军工行业的“十四五”展望

  • 作者:仁达方略
  • 管理类:行业研究
  • 行业:军工
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我国机械化、信息化、装备现代化建设与世界先进水平差距依然较大,国防建设依然是十四五的重中之重。除了装备提质上量外,十四五期间我国的大飞机产业集群也将迎来快速发展,且十四五末为中国制造 2025 的重要节点,一系列重大项目有望进入成果收获期

我国仍将继续奉行防御性国防政策,作为五大常任理事国中唯一没有实现完全统一的大国,我国面临的内外部国家安全问题依然严峻,且近年来国际军控接连遭遇挫折,军备竞赛趋势重新显现。而我国机械化、信息化、装备现代化建设与世界先进水平差距依然较大,国防建设依然是十四五的重中之重。除了装备提质上量外,十四五期间我国的大飞机产业集群也将迎来快速发展,且十四五末为中国制造 2025 的重要节点,一系列重大项目有望进入成果收获期。

(一)我国的国防工业发展历经打造基础、改革徘徊、自主研制三个阶段,即将步入第四个阶段

第一个阶段——打造基础(1949~1977 年):建国初期,在政府直接管理下,依托接管的解放区兵工厂设立重工业部。抗美援朝时期引进苏联援华的 156 项重点工程,其中 43 项为军工项目,占比最高,其余主要为电力、有色、机械等基础配套工业,为我国军事工业打下坚实基础。60 年代,推动了"三线建设",逐步形成完整的国防工业体系。

第二个阶段——改革徘徊(1978~1998 年):在改革开放和中美建交双重刺激下,为服务经济建设中心。在该阶段早期短暂的中美蜜月时期我国进口了少量先进的西式装备,同时中美军事技术交流频繁,引入了西方规范化的军备标准,树立起我国现代科学研发体系。之后伴随苏联解体、"瓦森纳协议"延续、"巴统"对华出口限制,我国转而成为西方制裁的主要目标,但同时却重启了与俄、乌的军事合作。该阶段是外部环境变化最为剧烈的时期,西式装备和苏式装备先后对我国开放引进,但军费的压缩和进口的冲击也导致了该阶段我国的自主研发遭遇挫折,多型号项目的研制工作在该时期陷入停滞甚至下马。

第三个阶段——自主研制(1999~2019 年):台海危机、驻南使馆轰炸、南海撞机等事件敲响了警钟,使我国深刻意识到军事发展必须重回正轨,坚持自主研发,确保自主可控,补齐装备短板。一系列重大专项出台,军费拨付快速提升,军工企业重新聚焦主业,同时积极开展军民融合,鼓励社会资源投入到国防军工事业建设中来。经过 20 年的发展,目前各谱系主战装备已基本定型并开始交付,但目前的服役主力仍以上一代的仿制装备为主,新一代的自主产品尚未形成战斗力,亟待下一阶段批产上量。

第四个阶段——提质上量(2019 ~):体系确立亟待量产跟进,该阶段的发展主要根据国防和军队现代化建设"三步走"战略构想推进,从 2020 年到 2050 年,共历时 30 年。第一步:到 2020 基本实现机械化,信息化建设取得重大进展,明年是最后一年。第二步:2035 年基本实现国防和军队现代化。第三步:2050 年全面建设世界一流军队。

内外部环境因素共振,我国的国防建设即将步入大周期的第四个阶段。从外部看,中美关两国存在分歧,遇到了一些困难:1)美国出台国家安全战略、国防战略的等文件,明确与中国和俄罗斯的长期战略竞争是美国国家安全的首要问题,而非恐怖主义;218 年以来美国发动对华贸易战,企图在高端制造、知识产权、金融开放等领域迫使中国让步;3)通过《台湾旅行法》、《香港人权与民主法》等法案,企图干涉中国内政。从内部看,自主研制体系已经成型,军队改革企业改革取得重大进展,主战装备拼图补齐,亟待上量,1)空军方面,目前航发主流型号产品已实现自给自足,空军 20 系列拼图也已基本补齐;2)海军方面,国产 001A 型航母已完成 7 次海试,我国即将迎来双航母时代,同时 055 大驱、JL-2 服役,加快海军从近海防御到远海防卫的战略转变;3)火箭军方面,国庆阅兵亮相的 DF-17DF-41 DF100,说明我国已掌握发展超音速/高超音速武器必备的三个核心技术:超燃冲压发动机、热防护材料、气动外形。

国际安全暗流涌动,国防建设进入新时代。2019 7 3 日,俄方签署暂停履约法案;8 2 日,美方正式退出《中导条约》,同时宣布将全面研发陆基中程导弹。美俄相继暂停履行《中导条约》,潘多拉魔盒重新开启,国际军控严重受挫。加之地缘政治形势并不明朗,任意一方率先部署都将引发对方的强烈反击,区域安全形势不容乐观。7 24 日,时隔四年国务院再次布《新时代的中国国防》白皮书,运用一整章对军改取得的成果进行了介绍,按"三大战役"推行:第一仗是领导指挥体制改革,第二仗是规模结构和力量编成改革,第三仗是深化政策制度改革。鉴于我国面临反分裂、国土安全的威胁日益严峻和我军现代化水平仍有待提升的情形,加强实战化训练导致装备损耗提升,预计未来军费将会合理增长,并向装备费倾斜。10 1 日,建国 70 周年大阅兵,人民军队全面改革重塑后的首次整体亮相,40%新装备为首次亮相,信息化程度大幅提升,为合成化、联合作战、全域作战保驾护航。《白皮书》指出当今世界正经历"百年未有之大变局",标志着我国国防建设迈入新时代。

(二)新的框架体系确立,亟待提质上量

1、指挥体制和力量编成改革完成,各军种装备存在结构性缺口

我国军队建设的总目标是到2020年基本实现机械化,信息化建设取得重大进展,战略能力有大的提升;力争到2035年基本实现国防和军队现代化;到本世纪中叶把人民军队全面建成世界一流军队。

总体看,军改后新的体系建成,新编制下装备存在结构性缺口。截至今日,军队改革已推行近4年,一系列重大改革自上而下、由点及面有序展开,在军委、军区、军种三个层级分别取得阶段性成果:1)中央军委直属的4总部已拆分为15个职能部门,实现业务拆分、责任落实、监管强化,更强调军委管总;2)原七大军区调整为五大战区,明确各战区的战略定位,强化战区主官的统筹指挥能力,更强调战区主战;3)各军种多层级军令下达系统扁平化,提高指挥效率,作战单位体系化、合成化,提高联合作战能力,更强调军种主建。随着军改逐步在领导管理体制、联战指挥体制、规模结构优化方面取得阶段性成果,下一步的重要任务将是进行军事政策制度改革,释放和深化军改效能。

年初至今,随着军改的深入推进,无论是在制度建设、部队建设还是装备建设方面,我国均取得了一系列重要成果。随着军改取得阶段性成果,各军种全新装备和作战编制陆续亮相,部队建设和装备建设的目标和重点也已逐渐明晰:

陆军:全域机动、立体攻防,战车和直升机需求扩大。部队建设方面,集团军由原先18个减少至军改后13个,但裁员不裁装备,军以下的作战部队基本未裁、作战单位合成化,排战车数量增加、"立体攻防"战略核心力量中的陆航部队扩编。装备建设方面,9699 型主战坦克占比不到50%,大量旧坦克面临换代、步战车数量较低,人均数量远落后于美国,未来有较强的装配需求。直升机方面据美国詹姆斯敦基金会推测,按照每个旅装备80~90架直升机计算,在2025年之前我军15个陆航旅/空中突击旅将装备约1300架直升机。

空军:攻防兼备、体系作战,特种机和战机需求增长。部队建设方面,新组建基地为"战役方向空军合成智慧机构",或将释放高新机及无人机需求、伴随作战单位升级,组建航空旅,战机需求有望增长。装备建设方面,根据《World Air Force2019》统计,我国在役的主战军用飞机仅占美空军30.3%,且一、二代机型占比仍近五成,伴随我国航发研究上的不断突破,未来或有强劲换装需求。

海军:近海防御、远海护卫,大吨位舰艇与两栖装备为建设重点。部队建设方面,以航母编队为核心,加强三大舰队驱护支队和海航部队建设、海军陆战队扩编,兵力增强,旅级作战单位增加。装备建设方面,我国海军发展正处于快速成长阶段,虽然军舰数量已和美国海军处于同一数量级,但从吨位来看,中美海军军舰吨位差距较大,未来大吨位新型舰艇可能存在较强列装需求。

火箭军:核常兼备、全域慑战,中远程导弹需求提升。部队建设方面,作为新晋独立军种,以中远程精确打击力量建设,增强战略制衡能力为中心,是国防的战略支撑和重要基石。装备建设方面,建国70周年阅兵中受阅的新型导弹,东风-17、东风-41、长剑-100均为现役主战装备。其中,东风-17具有全天候、无依托、强突防的特点,能对中近程目标实施精确打击,未来或将大批列装。

2、军工企业混改提速,院所改制有望破冰

公司制是国企混改的关键前置条件,军工科研院所改制仍在进行中。涉 69家央企集团、8万亿元总资产,以及3200家子企业的央企公司制改革工作于2017年底已基本完成。但军工集团下属科研院所由于保密层级、资产定价、人事变动等问题,目前大多为事业单位体制。

国睿科技重组获多方批准,提供院所资产证券化的创新示范。今年8月,国睿科技公告国防科工局原则同意公司本次重大资产重组,此次重组拟发行股份并支付现金收购国睿防务100%和国睿信维 95%股权,交易总额超68亿元,另配套募资不超6亿元,国防科工局的同意批复是涉军事项重组方案得以最终获批的重要一步。此次国睿先将所内涉军资产新成立一家子公司,然后再通过重组上市,在机制上进行了创新,为院所类资产证券化提供全新、高效的运作思路,具有积极示范作用。且方案已获股东大会审议通过,目前进入证监会核准程序。

院所改制的落地有望大幅推动军工集团优质资产的证券化率水平的提升。科研院所凭借较高的人力资源集中度、较低的重资产投入需求以及较平稳的科研生产合同,其盈利质量在军工集团内部一直保持领先地位。从营收和利润口径考量,科研院所在军工集团,尤其是电科系、航天系集团内拥有较高的贡献率。院所改制的完成,是军工集团提升资产证券化率的重要前提。预计首批科研院所改制有望在十三五末取得一定突破,其他核心军工科研院所的改制工作也会陆续跟进。

(三)阻碍装备批产上量的配套瓶颈已陆续破除

随着国庆70周年大阅兵中新型装备的亮相,我国新一代主战装备拼图基本补齐。歼-20、直-20、运-20等战略机种相继列装部队,新一代装备拼图已基本补齐,但由于过去配套能力没有跟上导致交付数量一直寥寥,据《World Air Force 2019》统计,目前我军装备的歼-20 10架、运-20 7架、直-20也刚服役。随着发动机核心技术瓶颈的突破加之配套能力的提升,未来服役数量有望进入快速增长通道。

1、美试图切断与我国国防工业联系,自主可控是必由之路

美国等西方国家在国防工业领域一直对我国进行禁运和封锁。从"巴黎统筹委员会"到《瓦森纳协定》,再到美国商务部工业与安全局限制出口名单,以美国为主的西方国家对于军用及军民两用高精尖技术和产品,对我国长期进行禁运和封锁。21世纪以来,美在其工业于安全局限制出口名单上不断加入中国的军工单位、高校等。20188月,限制出口新增44家军工企业名单,包括航天科工、中国电科集团下属多个单位。美国一方面加大封锁力度,一方面加速了工业部门的 De-Link,试图切断两国军事工业部门和高端军民两用制造部门的联系,国产化压力前所未有。

美商务部发文呼吁政府,采取措施确保稀土供应无忧。201965日,美国商务部发布《确保关键矿物安全可靠供应的联邦战略》。该报告称,美国严重依赖外国关键矿产资源和供应链,将导致经济和军事存在战略脆弱性。如果中俄长时间停止对美国及其盟国出口,可对整个美国和外国关键矿物供应链造成重大冲击。此外报告共提出61项具体建议,当中包括重新建立国内矿产下游供应链以及稳定确保从智能手机到飞机生产中不可或缺的35种重要矿物生产等,其中 54%的元素依靠中国生产、37%的元素依靠中国供应。2017年,美国 80%的稀土进口源自中国。

2011年起,我国出台多项政策,启动专项行动,要求提升关键基础零部件、基础工艺、基础材料、基础制造装备研发和系统集成水平。20155月,“强基工程”正式被编入《中国制造 2025》,成为中国制造业转型升级的五大工程之一。20164月,工信部在过去三年强基专项活动的基础上,探索完善工业强基工程的协同推进机制,在“四基”重点领域进行突破。

军工单位承担“核高基”重点项目,不断取得关键进展。“核高基”,是对核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品的简称,是2006年国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中的16个重大科技专项之一。该项目将持续至2020年,国家预计总投入超过1000亿元,以促进我国实现以上三大领域的突破。军用领域作为战略安全重要领域,也是高精尖技术的发源地,在过去十余年间,不少军工科研单位承担了多项“核高基”重点项目,推动了军民两用工业基础的发展。

2、军用元器件和高性能材料是我国军事工业相对薄弱的环节

国防工业产业链完整,在高端电子、高性能材料等领域仍有差距。一国军工复合体产业链的完整程度,通常可以反映该国自主国防安全能力的等级、热战条件下维持可持续性战争能力的等级,是该国“总体战争力”的集中体现。根据《简氏防务周刊》公布的数据,我国国防产业链完整度高,是为数不多可与美国媲美的国家。但我国在军用高端电子元器件和新材料等领域的国产化和自主可控程度仍相对薄弱。

元器件、高性能材料等多为军民两用领域,是立国之本、强国之基。2019 国家制造强国建设专家论坛”重点聚焦我国经济运行主要矛盾,以制造业高质量发展为主线,以创新为核心驱动力,结合我国制造业现状,探讨如何解决我国制造业面临的核心技术受制于人、创新能力不足等核心问题。我国在工业基础的产品、技术、工艺等与世界发达国家差距较大,对外依赖度高,国产化率不足,一定程度上也会影响我国国防工业基础的自主可控程度,制约了先进武器装备的发展。

1)元器件领域

2019年前三季度集成电路进口额首次同比下降,我国元器件自给率低的状况获边际改善。我国电子元器件产业在元器件的门类、品种、性能和质量可靠性等方面,与国外产品相比都有较大差距,特别是集成电路和光电子器件等高端核心器件差距更大,绝大多数需从国外进口。以半导体集成电路为例,我国半导体芯片国产化率低,近八成的芯片依赖于进口,高端芯片中进口占九成。2014年以来每年用于进口芯片的外汇高达2000多亿美元,其中2016年、2017年、2018 年的进口额分别为227126013121亿美元,逐年提升。但是20191-9月进口额仅为2149亿美元,相比20181-9月的2315亿同比下降了7.17%

军工元器件芯片也面临着国产化率不足的问题。由于军用芯片的特殊地位,世界各国均将其作为国家重点战略产业发展,采用国产自主研发芯片已成为各国共识。从上世纪70年代开始,美日欧等发达国家相继通过大量研发投入掌握了行业内最先进的工艺和技术,而韩国、新加坡和我国台湾地区则从上世纪90年代起通过“民转军用”、联合开发、技术转让等方式,在军用芯片设计、芯片制造工艺、专用集成电路解决方案等方面取得了飞速发展。集成电路属于技术密集和资金密集型行业,我国过去投入有限,且长期依赖进口,整体行业技术水平和产业链完整度等方面差距较大。同样的,我国军用芯片的研究整体起步较晚,由于缺乏高端人才,在核心元器件设计、制造设备、制造工艺水平等方面较落后,高端芯片如FPGA芯片、AD/DA芯片等主要靠国外进口。

军用电子元器件国产化率不足的问题一直受到重视,相关军工单位和科研院所致力于提高国产化率。一方面基于国产元器件进行技术方案设计,采用在性能、指标、质量等级方面已基本能够替代进口的国产元器件;另一方面从型号全系统设计上压缩进口元器件品种,统一关键进口元器件的选型。国内军工单位和科研机构根据总装对装备国产化率的要求,进一步降低进口元器件的使用比例。如某航天型号上使用的元器件,国产件在使用品种上的比例为95.8%,在使用数量上的比例为96.6%,在费用上的比例为96.9%,数费比为0.997。与此同时,国内科研机构在一些核心芯片领域也取得一些突破,如军用CPU、自主可控DSP、军用GPU等。

2)高端材料领域

我国碳纤维国产化之路早期坎坷,进入21世纪后才迎来较快发展。我国军用飞机从上世纪80年代初开始使用东丽T300碳纤维,本世纪初由于日企采取“施舍性供给、通知性涨价”的政策,其T300产品的价格从1000/kg 骤升至 8000/kg。随后的台海危机更是导致碳纤维进口全面封锁,致使军机生产几乎无米下锅。事实上,我国从上世纪80年代引进海豚直升机生产线后,就一直试图将法国进口的预浸料国产化,但由于缺乏合理的研发机制和等同性的评价体系,仅仅树脂国产化就耗费了10年。直到2001年国家设立“863”碳纤维专项、2005 年国防科工委引入“一条龙”项目管理流程,才有效推动了碳纤维的国产化进程。

经过20年的技术积淀,长期制约我国碳纤维产业发展的“技术”瓶颈已经突破。截止目前,我国在第一代高强纤维国产化的基础上,已相继实现了新一代高强纤维、高强中模纤维、高强高模纤维以及干喷湿纺、大丝束等工艺的突破,在市场需求量最大的几款主流型号产品方面已具备产业化能力。虽然现阶段国内批量应用的碳纤维仍以标模产品为主,但在中模和高模产品的制备技术和产业化能力建设方面已开始快速追赶国外。部分企业已具备T800H级纤维的稳定生产能力,该型纤维也在2018进入直升机斜梁的工程化应用阶段,一旦装备定型即可实现批量交付。低成本纤维方面,国内多家企业已具备干喷湿法技术实力,部分企业已完成产业化建设。吉林化纤和上海石化在大丝束纤维的产业化能力建设上也取得了阶段性进展。

航空发动机的性能提升依赖更先进的高温材料,碳化硅(SiC)纤维陶瓷基增强材料(CMC)是最理想的选择。提高发动机推重比和降低燃油消耗主要依赖两点:1)更高的工作温度,涡轮前温度每提高100度,推重可以增加10%2)更轻的结构重量。目前先进航发的涡轮前进口温度已1650℃以上,而常用的镍、钴基高温合金使用温度仅1100℃,无论是材料极限还是冷却成本都已经发展到了瓶颈。与传统高温合金相比,CMC部件重量仅为镍基合金部件的1/3,难熔金属的1/10,且相比碳化硅纤维更不易被氧化。以 SiC/SiC 作为高温材料不仅能使结构减轻 50%70%,而且能将工作温度提升400500℃,显著提高发动机推重比。

SiCCMC同样是性能优异的隐身材料。陶瓷纤维本身即为半导体,是雷达波吸收的重要材料,同时具备轻质、高强、耐高温、抗氧化等理想的结构材料特性。通过制备工艺改变晶体结构,可以调整纤维的电阻率,然后多向多层铺叠从而实现吸波和透波的目的。陶瓷纤维增强复材可以直接制备隐身结构件,相比隐身涂层具有更高的强度和耐高温性能。F-22在尾喷口附近应用了陶瓷基隐身结构材料;法国的APTGD导弹的尾翼由六角形小块陶瓷吸波材料组成,具有较好的吸波效果;美国空军开发出了一种Si3N4宽频透波天线罩。

美、日等发达国家推出了一系列国家级的研究计划与项目,推动CMC的应用研发。其中包括美国的 HSR/EPMIHPTETVAATE UEET 计划,以及日本的 AMG 项目。20世纪90年代,美国NASA通过EPM项目的研究成果将 SiC/SiC确定为民用飞机的最佳材料体系。据GE公司统计,在喷气发动机的历史里,发动机涡轮材料的耐受温度平均每10年增加10℃;然而随着CMC材料的引入,仅在最近10年里,发动机涡轮材料的耐受温度提高了66℃。

我国在《中国制造2025》绿皮书中也将碳化硅纤维和陶瓷基复合材料列入重点发展项目。绿皮书要求在燃烧室中使用陶瓷基复合材料、在涡轮中使用 CMC,并具体指出使单晶/陶瓷基高压涡轮叶片达到耐温能力>1700K,效率>0.91,二级总膨胀比>4.8。此外,绿皮书在关键战略材料章节中特别提出需重点发展碳化硅纤维、陶瓷基先进复合材料、构件及相关工艺装备。我国CMC的应用研发工作在 1980年代就已开始,无论是材料制备还是装备应用方面都取得了突出的成果,目前国内技术水平与国外差距已经明显缩小,未来有望赶超。厦门大学在此基础上还展开了吸波和透波性能的改性研究,成功制备出碳化硅吸波材料和氮化硅透波材料,产业化应用正有序推进当中。

3、高温合金母材及加工技术取得突破,动力系统瓶颈破除

15年出台两机专项,航发及燃气轮机成为国家重点发展领域。长期以来,两机核心技术一直被西方国家所垄断。近年来,我国不少企业涉足两机领域,投入大量资金,但始终未能达成真正技术突破,导致我国两机严重依赖进口,资金持续外流并威胁国家安全。“十三五”期间,我国将以组织实施重大科技专项为抓手,加大国防科研和高新技术武器装备建设力度,持续推进高端装备制造业的发展,全面启动实施航空发动机和燃气轮机重大专项,并已明确目标,航发领域重点聚焦涡扇、涡喷系列;燃气轮机专项的主要目标为,2020年实现F300MW 燃机自主研制,2030年实现H400MW燃机自主研制。

发动机性能瓶颈是制约我国新一代主战装备上量的主要问题,其中热端部件最为关键。涡轮前级温度每提高015℃,发动机推力可提升1%2%。目前先进航发的前涡轮温度在15001600℃,超过材料熔点400℃。空心叶片和隔热镀层是解决该难点的主要技术路径。目前,先进的燃气涡轮发动机涡轮部位大多采用单晶空心叶片,可以长期服役于环境最恶劣的条件。没有晶界可以避免裂纹源产生;同时,空心结构让气流产生对流,形成空气保护膜,大幅提高工作效率和寿命。目前空心叶片的单晶精铸关键工艺已经突破并得到应用和验证,剩余的温差只能靠隔热镀层来实现,当前北京航空航天大学在隔热镀层技术上取得了重大突破。

15年起,发动机进口额下降,重点型号国产航发产业化能力逐渐成熟,亟待量产配套跟进。经历了几年的攻坚克难的工作,我国第三代发动机的研制工作迎难而上,逐一攻克高温合金整体机匣的精铸、高温合金涡轮叶片再制造、粉末冶金涡轮盘再造等关键技术,三代航发在稳定性、使用寿命和成本控制方面都取得了长足进步,技术产业化能力日趋成熟,逐步替代进口发动机。2015 年以来,我国发动机进口额从最高点4.7亿美元持续下降。建国70周年阅兵首次亮相的Z-20采用的WZ-10发动机,说明该型发动机已批量列装部队。

 

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