宇航电源：被忽视的航天黄金赛道，国产替代与商业崛起正当时
1、宇航电源行业发展概况
电源分系统是航天器的“心脏”，可为航天器中的用电设备提供电能，目前绝大部分航天器及临近空间飞行器的自主活动都需要宇航电源系统的支持，例如卫星变轨、通讯等。典型的宇航电源系统架构如下：
宇航电源系统架构
资料来源：普华有策
受益于政策的大力支持和空间技术的快速发展，全球航天产业快速发展，火箭发射次数、发射航天器重量屡创新高，航天器电源系统制造产业随之受益。卫星是数量最多的航天器。
全球卫星产业价值构成
资料来源：普华有策
卫星通常由平台和载荷两大部分组成，由于功能不同，其成本结构也存在较大差异。数据显示，定制化卫星中，平台成本约占50%；而在批量生产的卫星中，平台成本则降至约30%。
卫星平台主要包括姿控系统、电源系统、结构系统、星务系统、测控系统及热控系统，其核心功能是为卫星提供机动能力和电力支持。因此，姿控系统与电源系统在平台中成本占比最高。根据数据，这两个系统的成本合计占平台总成本的60%以上。
随着我国载人航天工程、探月工程等重大航天任务的持续推进，以及商业航天市场的迅速崛起，航天产业正迎来高速发展阶段，宇航电源产业也将随之实现稳步增长。
2、宇航电源行业未来发展态势
随着航天器对性能与可靠性要求的提升，宇航电源技术的重要性愈发关键。一次电源系统正朝着大功率、模块化、智能化及轻质高效的方向发展；总体电路系统则由集中供电逐步转向分布式供电，并强化智能配电管理、故障诊断与隔离等功能。
与此同时，得益于微电子、电子装联、计算机集成制造及检测技术的发展，宇航电源设备正向系统集成化迈进。通过采用单元化、组合化的设计思路，形成功能高度集成的综合电子设备，不仅有效缩减了电源设备的体积和质量，优化了系统配置，也显著提升了航天器的整体可靠性与可维护性。
（1） 高压大功率
为适应未来航天器任务需求，电源系统面临高压、大功率、高效智能、轻量化、高集成、长寿命和高可靠等关键挑战。新一代卫星平台的发展推动电源系统向大功率、智能化及高可靠自主管理方向演进。随着功率需求持续提升，为提高系统效率并降低平台质量，高压供电系统已成为必然选择。
当前，通信卫星、高分辨率SAR、空间太阳能电站、新型航天器及大型在轨服务站等大功率航天器对能源系统的需求日益增强。例如，静止轨道大功率高分辨率SAR载荷卫星的短期功率需求预计达50～80kW；新型航天器输出功率为100kW；大功率电推进系统使用功率为20～50kW；超大型可重构综合卫星平台总功率不低于60kW；太空发电站演示验证系统功率更达兆瓦级。因此，50～100kW级超大功率电源系统将成为未来5～10年大功率航天器电源系统的主流发展方向。
（2）智能自主管理
宇航电源系统负责为航天器各组成部分提供及分配电能，其可靠性与供电能力直接关乎设备运行与任务成败。随着航天技术发展、载荷多样化及任务复杂化，电源系统对智能自主管理的需求日益迫切。
一方面，入轨航天器数量激增，为降低地面测控压力与人为失误，航天器需具备供配电智能管理能力；另一方面，在深空探测等长延时通信场景下，探测器必须自主完成故障管理、隔离与恢复。此外，卫星组网与多星协同任务也对卫星的任务规划与自主管理能力提出更高要求，推动卫星向智能化方向发展。作为任务规划与自主管理的核心组成部分，电源系统自主管理及能源平衡分析是保障任务顺利实施的关键。
（3）复杂任务及环境适应能力
随着航天活动的发展与深入，航天任务更加多样化，对宇航电源系统的各个环节提出了新的要求。除通信、导航等传统航天器用电需求及方式外，随着深空探测、空间太阳能电站、空间在轨服务与维护、空间多器并联组网等新任务的出现，对空间能源综合利用及航天器能源新型提供方式提出了新需求，并促使空间电源系统从发电、存电、传电、变电、用电等各个环节，催生出无线能量传输、电推进、柔性太阳电池等新型航天器电源技术。
（4）向小型化、模块化、集约化发展
近年来，微小卫星是航天领域的热点，由于技术的进步及商业航天的蓬勃发展，使微小卫星功能越来越全面，性能得到极大提高，微小卫星应用越来越广泛。2024年全球发射小卫星2790颗（质量≤1200kg），占全年发射航天器总数的97%，占全年发射总质量的81%。为与微小卫星体积、质量及特点相适应，相应电源系统呈现小型化、模块化、集约化发展特点，关键功能及设备模块化设计更加标准化。
（5）更具可扩展性和可维护性
未来大型航天器规模大、成本高，要求在轨工作寿命较长，且能根据技术进步和任务变化进行在轨扩展与维护。作为关键分系统，宇航电源需具备组合连接与在轨维护能力，即可扩展性和可维护性。
这与传统电源系统差异显著，在设计各方面面临较大挑战，必须通过创新设计实现，涉及分布式空间电源系统、大功率模块化电源系统等技术方向。这些变革将对发电、存电、变电、用电等环节产生深远影响，是未来宇航电源系统的重要发展方向。
3、宇航电源行业技术水平及特点
宇航电源系统因使用环境极为特殊，往往面临着极端的温度变化、压力和强辐射，因此对于电源有很高的要求。从产品类别来看，宇航电源系统包括一次性电源、核电源、燃料电池、太阳能热动力系统、太阳电池阵——蓄电池组电源系统等，对比情况如下表所示：
宇航电源系统分类
资料来源：普华有策
目前，太阳电池阵——蓄电池组电源系统是绝大多数在轨航天器使用的电源系统类型，也是临近空间飞行器使用最广泛的电源系统类型，下文分析的宇航电源系统包括航天器电源系统和临近空间飞行器电源系统。
太阳电池阵——蓄电池组电源系统通常由空间太阳电池阵（太阳翼）、空间锂离子电池组、电源控制设备等三类单机构成。
（1）空间太阳电池阵
空间太阳电池阵是由大量太阳电池组成的阵列，作为航天器电源分系统的主电源，负责将空间轨道上的太阳光能转化为电能供航天器使用。
太阳电池是一种利用光伏效应将太阳能转换为直流电能的半导体器件。应用于太空的空间太阳电池与地面光伏产品不同，其核心价值在于极致的性能与可靠性，是卫星、空间站及深空探测器等各类航天器的生命线。
在宇航电源发展历程中，作为主电源的太阳电池阵已历经四次技术革新：硅太阳电池、单结砷化镓太阳电池、多结砷化镓太阳电池，以及薄膜砷化镓太阳电池。
空间太阳电池主要技术特点
资料来源：普华有策
空间太阳电池阵按基板类型，可分为刚性太阳电池阵、半刚性太阳电池阵以及柔性太阳电池阵。
1）刚性太阳电池阵
刚性太阳电池阵采用铝蜂窝夹层结构基板（厚度20~30mm）作为承载结构，表面贴装太阳电池，其太阳翼质量比功率约为70~100W/kg，收拢体积比功率约为4kW/m³。目前，该技术因成熟度和可靠性高，广泛应用于国内外通信、导航及遥感等领域的大多数航天器。
然而，其基板及展开机构等机械部分在太阳翼中质量占比超过50%。同时，由于铝蜂窝基板较厚，且收拢状态下电池板之间需留有约20mm的安全间距，导致收纳体积较大。因此，刚性太阳电池阵的质量比功率和体积比功率相对较低。
2）半刚性太阳电池阵
半刚性太阳电池阵采用高强度框架与纤维网格作为基板，将太阳电池封装为模块后安装于基板上。该技术已应用于俄罗斯的“和平号”空间站、天空实验室，以及我国的天舟货运飞船、天宫目标飞行器和东方红五号卫星平台等。
由于基板采用网格结构，电池背面无刚性覆盖，散热性能更好，在轨工作温度更低、输出功率更高。基板多采用碳纤维材料，质量较轻，使质量比功率提升至75~120W/kg，体积比功率与刚性阵相当。此外，背面网格结构可适配双面太阳电池，充分利用地球反射光发电，进一步提高单位面积输出功率。
3）柔性太阳电池阵
柔性太阳电池阵是采用复合薄膜结构作为基板，与刚性、半刚性太阳电池阵在收拢状态下基板之间需留有间距不同，柔性阵在收拢状态下，每块基板均处于贴合压紧状态，对于大面积太阳阵来说，其收拢体积可以减少至刚性阵的1/10左右。根据收拢展开方式不同，柔性太阳电池阵主要包括三种形式，分别是手风琴式、扇形展开式以及卷绕展开式。
三种柔性太阳电池阵的主要区别
资料来源：普华有策
中国空间站搭载了我国研制的柔性太阳电池阵，采用手风琴式折叠设计。发射时，电池阵如合拢的手风琴收纳于舱内，单板厚度不足1mm，单位面积重量仅为传统太阳电池阵的一半。天和、问天、梦天三舱组合后，柔性太阳电池阵总发电面积近400平方米，发电总功率超过100kW。
（2）空间锂离子电池组
空间锂离子蓄电池组主要用作空间飞行器的储能电源，通过存储太阳电池阵转换的电能并对外输出，保障飞行器的持续能源供应。
由于太空环境面临极端温度、真空、强辐射等多重挑战，空间锂电池在耐候性、寿命、抗冲击等方面有更高要求。因此，国内空间锂电池须符合国家军用标准（如GJB6789/1-2017），在电极材料、电解液配方、电芯结构等方面采用与地面锂电池不同的设计方案。
空间蓄电池技术经历了镍镉、氢镍到锂离子的三代更迭。相比前两代，锂离子电池具有体积小、充放电效率高、无记忆效应、热效应低、自放电小等显著优势。其质量仅为同容量镍镉或氢镍电池的一半，体积分别减少40%~50%和20%~30%。选用锂离子电池可有效缩减供电系统的质量与体积，既满足航天器日益严苛的能源需求，也有助于提升有效载荷、降低发射成本，具有显著的经济效益。目前，锂离子电池已成为空间储能电源的主流选择。
各类锂离子电池技术特点及应用场景
资料来源：普华有策
（3）电源控制设备
空间用电源控制设备主要包括电源控制器、配电器、变换器等，在太阳电池阵-蓄电池组电源系统中发挥核心调节作用：当太阳电池阵供电充足时，设备控制其对蓄电池组充电；当供电不足或阴影期输出为零时，则控制蓄电池组对母线放电，从而维持稳定的母线电压。
针对部分航天器在轨寿命超15年的需求，电源控制设备还需对锂离子蓄电池组进行精细化管理。过高或过低的温度会严重削弱电池性能，过度充电则会缩短其工作寿命。采用健康合理的充电策略，既能保障电池组可靠充电，也有助于延长其使用寿命。
4、行业竞争格局及主要企业情况
宇航电源行业技术壁垒高、供应链管控严格，市场集中度较高。国内主要供应商包括中电科蓝天（产业链完整的电能源联合体）、上海空间电源研究所（承担载人航天等重大工程）、苏州馥昶（商业卫星电源配套超50颗）和山东航天电子技术研究所（专注电源控制设备）。国外领先企业有美国Spectrolab（高效空间太阳电池领先者）、德国AZUR（为超600个太空项目提供电池）及法国Saft（航天电池历史悠久，服务全球客户）。整体呈现国家队主导、商业力量崛起、国际技术领先的竞争格局。具体如下：
（1）中电科蓝天科技股份有限公司
中电科蓝天科技股份有限公司主要从事电能源产品及系统的研发、生产、销售及服务。业务领域覆盖物理电源、化学电源、电源系统，以及其他产业链上下游产品，是中国目前科技实力雄厚、产业链最完整的电能源创新联合体。
（2）上海空间电源研究所
该单位主要从事航天器、航空器、运载火箭、导弹武器及特殊飞行器用电源系统和关键单机的研发制造和试验，先后承担载人航天、探月工程、北斗导航、深空探测、高分辨率对地观测、新一代及重型运载、新一代遥感平台、空天往返等多项国家重点科研项目以及预研项目，是国内研制宇航电源单机及系统的主要企业之一。
（3）苏州馥昶空间技术有限公司
该公司可提供完整的卫星电源系统解决方案和产品研发服务，包括1套整星电源系统解决方案和6套单机产品，目前已服务国内外超过30家卫星总体单位，为TY-MINISAR、TXZ-A/B星、天雁05星、苏丹星、西柏坡号等数十颗卫星提供了电源配套，在轨飞行已超过50颗。
（4）山东航天电子技术研究所
山东航天电子技术研究所始建于1966年，隶属于中国空间技术研究院，其前身为中国空间技术研究院549厂，是国家级高新技术企业，航天电子产品重要研制单位，是国内生产宇航电源控制设备（宇航电源系统中的关键单机之一）的主要供应商之一。
（4）美国Spectrolab,Inc.公司（Spectrolab）
Spectrolab主营业务是高效空间单体太阳电池和太阳电池阵制造。自成立以来，该公司在开发用于太空任务的高效太阳电池方面一直处于国际领先地位，是全球第一家在月球（阿波罗登月计划，1969年）和火星（勇气号和机遇号火星探测器，2004年）表面放置太阳电池阵的公司，至今已经建造并交付了650万个多结空间单体太阳电池，生产了总功率超过4兆瓦的空间太阳电池，为全球卫星和航天器供电。
（5）德国AzurSpaceSolarPowerGmbH公司（AZUR）
AZUR主营业务是空间单体太阳电池及其阵列。该公司曾为1969年发射的第一颗德国卫星“AZUR”开发和制造太阳电池，至今已为多项深空科学任务及哈勃太空望远镜、罗塞塔、金星快车、火星快车、赫歇尔-普朗克等共计600多个太空项目提供了1,000多万个硅太阳电池和300万个砷化镓太阳电池产品。2021年11月，5NPlus收购Azur公司100%股权。
（6）法国帅福得公司（Saft）
Saft是道达尔公司的全资子公司，具有超过100年的电池研发生产制造历史，电池业务覆盖工业、航天、海洋、航空等领域。在宇航电源领域，该公司自1966年将电池产品应用在Diapason1A卫星后，至今已为包括美国陆军、波音、美国宇航局和欧洲航天局等全球客户的航空航天产品提供高性能电池系统及产品。
《“十五五”宇航电源行业细分产品及产业链全景调研报告》涵盖行业全球及中国发展概况、供需数据、市场规模，产业政策/规划、相关技术、竞争格局、上游原料情况、下游主要应用市场需求规模及前景、区域结构、市场集中度、重点企业/玩家，企业占有率、行业特征、驱动因素、市场前景预测，投资策略、主要壁垒构成、相关风险等内容。同时北京普华有策信息咨询有限公司还提供市场专项调研项目、产业研究报告、产业链咨询、项目可行性研究报告、专精特新小巨人认证、市场占有率报告、十五五规划、项目后评价报告、BP商业计划书、产业图谱、产业规划、蓝白皮书、国家级制造业单项冠军企业认证、IPO募投可研、IPO工作底稿咨询等服务。（PHPOLICY:MJ）