水下装备行业市场分析

水下装备行业市场分析1.装备升级推动模式变革，水下攻防体系拉开序幕装备技术提升推动水下作战模式改变，未来海战对抗将向体系化发展。当前，发达国家凭借其水下装备优异的隐蔽性能，使其免于其他国家反介入/区域拒止的限制，伴随着探测技术的不断提升，未来单纯依赖武器或平台对抗模式的水下体系将逐步丧失优势，水下装备需要变革以适应新的体系化样式。因此，水下无人装备蓬勃发展以及水下装备基础技术的不断突破推动了水下作战模式的转变。同时，作战空间增大叠加信息化发展，使得未来战争形态趋向多样化，为了综合多平台信息资源，海战将由平台对抗走向体系对抗，未来的作战样式将呈现“信息主导，体系对抗，资源共享”的新格局。水下攻防体系跨域整合武器平台，多要素保障作战功能齐全。作为现代综合海战的范例，水下攻防体系是指为了完成水下军事任务要求，进行跨域作战单元的统一部署，综合运用探测、指控、打击、保障等作战要素，形成执行水下攻防作战任务的有机整体。由功能上相互联系、相互作用，性能上相互补充的各种武器装备系统组成，既是动态、开放的复杂网络，又是水下战场探测感知、信息传递、指挥控制、决策交战、综合评估等全过程相关的作战资源有序集合。水下攻防流程共分为三步，整体体系需具备六方面能力。水下攻防对抗的基本过程可分为三部分：1）识别跟踪：攻击方发现并识别防御方，跟踪并确定目标信息，并将数据传递至指挥中心；2）指挥打击/拒止：根据上级指挥所指示或预设的攻击策略实施攻击；防御方在发现攻击方或声纳报警后实施防御；3）持续保障作战：双方相关攻防回合持续进行，信息作战以及后勤保障贯穿其过程，直至攻击方失去攻击能力，如弹药用尽，作战平台被击沉，或防御方系统被破坏等。以上三步对水下攻防整体体系提出了新的要求，其作战体系需同时具备侦察预警、指挥控制、隐蔽突防和打击、水下防御作战、水下信息作战、综合保障六方面能力，同时上述能力也是衡量整体系统核心战力的重要依据。为满足以上能力，水下攻防体系需包含多类水下装备，总体可分为机动装备、固定装备和基础设施三部分。针对水下攻防对抗过程所需能力以及各类水下装备的功能，体系需囊括多类武器平台。1）机动装备：主要可分为有人装备和无人装备两类，是目前各国水下装备发展的核心板块，其主要用于情报侦察、目标监视跟踪、移动式火力打击等；2）固定装备：主要指水下预置武器系统，一般提前布置于关键海区，长期待机，战时唤醒，用作系统防御，对敌方舰艇进行导弹或鱼雷打击；3）基础设施：通过水下基础设施建设，从而建立战略要地的长期固定水下警戒网络，提供水域环境信息，并为机动装备提供定位支持以及能源保障。机动装备与监听系统分别对应攻防两端，是攻防体系中的“矛”与“盾”，目前已成为各国水下装备的重要发展板块。机动装备中，无人水下装备与载人水下装备是各国目前军备研究的热门板块，其具备高机动性与隐蔽性，有效拓宽水下作战体系的战场空间，表征其整体进攻能力。监听系统利用声学原理监测过往机动装备，位于水下整体系统网络边界，有效保证水下作战体系的架构安全，是表征其整体防御能力一大指标。二者一攻一防，互为矛盾，战略意义重大，是水下军备发展的重要板块。2.水下装备三大板块，攻防两端军事意义显著2.1水下无人装备：超大型潜航器察打一体，智能化海战时代来临水下无人装备逐渐成为世界军事装备研发热点。水下无人装备是一类可辅助或替代人类在复杂、高危的水下特殊环境中进行无人作业的新型装备，在科研考察、民用作业、军事探测与攻防等方面有较为广泛的应用。根据邱志明院士《水下无人装备前沿发展趋势与关键技术分析》，在军事领域里，典型的水下无人装备主要有无人水下潜航器（UUV）和无人水下预警装置，其中水下无人预置系统包括水下预置武器和水下预置基础设施。UUV具有效费比高、隐身性能好、作战用途广和智能程度高等优势，是未来智能化战争中重要的新质作战装备。水下无人预置系统搭载载荷丰富多样，具有潜伏时间长、广域分布、隐蔽性好及响应快速等优点，已成为未来水下攻防对抗体系的重要组成部分。美海军非常重视无人潜航器的研发与应用，大型无人潜航器是美海军当前重点发展型号。无人潜航器目标小、隐蔽性好、风险低、使用方便灵活，可以在敏感海域执行特殊任务。美海军认为无人潜航器能够增强水下优势、区域存在力及影响力，进而能够提升海军作战能力。美军《无人系统综合路线图》根据排水量大小，将无人潜航器分为大型、重型、轻型和便携型4个级别。依据控制方式的不同，UUV可分为无人自主潜航器（AUV）、有缆遥控潜器（ROV）和自主遥控复合型潜器（ARV/HROV）等。其中，AUV能够依靠其自治能力完成任务，具有机动灵活、使用成本低、作业范围大、环境适应能力强等特点；ARV配备与母船连接的缆索，能够以自主、遥控、半自动等多种模式作业。据《参考消息》报道，波音公司2023年12月20日宣布，已向美国海军交付了第一艘“虎鲸”80吨量级超大型无人潜航器（XLUUV），预计将被用于水下监视、扫雷和电子战。XLUUV是大载荷的远程全自主水下航行器，可以完全独立于主航行器运行，属于新一级自主潜艇。UUV开始向集群化方向发展。根据邱志明院士《水下无人装备前沿发展趋势与关键技术分析》，UUV集群形式主要有同构集群和异构集群两种。同构集群为多个相同型号单体UUV协同完成通信、指挥控制与决策而组成的群组，异构集群则为与其他无人系统组网成组，通过分布式态势感知和信息共享协同完成作战任务。国外率先开展了UUV集群系统的研究，其中美国目前正向UUV集群自主协同及海陆空集群协同方向发展。我国在UUV集群方面的研究起步较晚，许多研究都还处于理论和仿真阶段，且主要聚焦于多UUV协同探测方面。水下无人预置系统是一类预先部署在近海或深远海重要航道、敌周边要地等前沿作战海域，可在水下长期待机、远程唤醒的全自主作战的新概念水下无人装备。按平台载荷类型划分，其中水下预置武器系统比较典型的有美国的“浮沉载荷(upwardfallingpayload，UFP)”、“海德拉Hydra”系统以及俄罗斯的“赛艇”海底导弹系统等。2.2水下有人装备：核潜艇补齐进攻端火力，深潜器拓展体系纵深有人水下装备主要包括潜艇及载人深海潜水器。潜艇主要分为核动力潜艇和常规动力潜艇，其中，核动力潜艇又分为攻击型核动力潜艇和巡航导弹核潜艇。深海潜水器与潜艇相比，其主要技术区别是深海潜水器不是完全自主运行的，必须依靠母船补充能量和空气。根据“战斗兵力2045”，美军对攻击型核潜艇需求数量极为迫切。潜艇作为水下战核心装备，未来任务将更加多样，有效负载能力将成为其发挥作战效能的关键。美国攻击型核潜艇分为4代，“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇属于第四代攻击型核潜艇，是支撑美国海军“由海向陆”转变的重点装备之一，是未来重点投入项目。此外，根据美国“动力”网站2023年12月11日报道，美国海军首次展示了一种名为“黄海鳗”的新型水下潜航器，它可以通过标准潜艇鱼雷发射管发射和回收。报道称，美国海军计划于明年开始部署这种新型装备，届时分布全球的数十艘美国海军核潜艇都可以利用它执行发现水雷和其他危险、隐秘搜集情报以及提高水下态势感知的任务，曾在周在“弗吉尼亚”级攻击核潜艇“特拉华”号上进行测试。我国载人潜航器（HOV）起步较晚，在国家重大专项支持下大力发展。2012年，由中国船舶科学研究中心主持研究设计的“蛟龙”号通过了7062m的潜深测试。除“蛟龙”号外，我国已有“深海勇士”号、“奋斗者”号和“彩虹鱼”号等国产的深潜器，其中“深海勇士”号设计深度4500m，参与了多次冷泉、海底矿物和海底生物等的探查。2.3水下监听系统：机动固基协同作战，海陆空天立体防御网络水下监听系统是攻防体系的“守门员”，位于体系边界搜集声学信息，实时监控过往船只。随着水下潜艇及其他武器的威胁不断加大，需建立实时监控网络补全水下防御网络。水下监听系统利用声呐学原理，通过收集得到的水声情况，实时跟踪、监视过往船只，是水下作战体系的“守门员”。传统监听网络通常由水下声呐阵列、岸基分析处理组件以及通信电缆等组成，传感器网、信息网、作战网三网合一，从而实现大范围、长时间、多数据扫描处理目标信息的能力。发展始于美苏冷战，目前美国体系技术最为成熟。上世纪五十年代，美国为针对苏联运用核潜艇威慑进行战略部署，开始在北大西洋盆地部署水下听音器阵列，启用水下监听系统（SOSUS）和“鱼钩”水下防御网，有效控制苏联海军可活动范围。伴随后期拖曳式阵列声呐系统发展，系统不再局限于沿海海岸，可部署范围进一步增加。上世纪九十年代，“广域海网”（Seaweb）计划有效解决水下自组网通信问题，并加入了磁场、光学等手段。2006年，美国提出利用“俄亥俄”级核潜艇搭载UUV、潜标等无人系统子节点，搭建近海持续监视网（PLUSNet）,以应对近海环境中的安静型常规潜艇。2010年，DSOP系统计划启动，可实现空海系统数据交换通信，增强航母舰队保全能力。未来监听体系主要由节点、网关两部分构成，装备间采用无线网络连接。结合以上机动补全以及防御立体两大趋势，未来水下防御网络将采用固定和移动节点相结合，水下与高空网关互联的形式进行搭建。1）节点可分为静止节点、自主节点和专用节点三类，主干为静止节点，包括监视传感器、中继器、接驳盒，外围为机动装备，如潜航器、滑翔机等作为信息监听补充，此外还将另设专用节点，如双基地声呐等；2）网关为海陆空天多领域指挥中心提供连接。水上部分，配备卫星的网关节点将水下网络与地面、机载、天基网络连接起来，如水上遥测浮标；水下部分，机动装备可通过水下电话波段或其他高频声呐信号接入海网。多节点机动补全以及多元数据融合是水下监听网络的必然发展趋势。1）机动装备成为监听系统可移动节点：随着潜艇技术的发展，其反探测能力进一步增强，传统固定式监视模式无法全方位完成反潜监听任务，因而大量的水下无人航行器被纳入到水下监听网络，作为其机动性探测补充，补齐探测手段。2）空海信息交换，声磁光等多元数据融合：水下攻防体系与航空航天装备有机统一，二者未来将实现高速信息传递，从而保证防御网络的信息全面性；此外传统的单一水下声学信息数据已无法满足现代海战的需要，为了进一步增强系统反潜能力，需加入多学科数据信息进行辅助验证判断，如磁场、光学等。3.产业链：多板块协作分工，各环节有序推进我国水下装备产业链呈现上中游多板块协作分工，各环节有序推进的格局结构，三大环节为：（1）上游材料加工：上游原材料国产替代走强，行业市场化程度较高，钛材与光纤材料未来应用前景向好；（2）中游系统配套：中游分系统是水下装备产业链中最为重要的一环，基于下游需求以及生产需要，我国水下系统配套主要分为动力、水声通信、电子以及武器装备四类，行业技术壁垒较高，相关产品在机动装备以及固定设施中应用极为广泛，其中中国海防、湘电股份及中国动力为核心供应商；（3）下游总装：参与单位主要为中船系企业、高校以及相关科研院所，三类产品分工明确，水下装备发展有序推进。3.1上游原材料：高端材料契合现代海战需求3.1.1钛合金：性能优良的海洋工程材料钛及钛合金具备良好的耐海水腐蚀性能、高比强度、无磁性、透声、抗冲击强、可加工性（包括铸、锻、焊接）好等特性，适用于船舶及海洋工程装备的性能需求。钛是海军装备最有应用前途的金属材料，被世界各国广泛应用于水面舰艇、水下潜艇、深潜器、水中兵器、通讯设备等领域。用钛合金制造艇体，可以大大减轻艇的排水量及结构重量，降低海军装备的维护时间和成本，保障装备战斗力。耐压壳体是深潜器的核心部件，现役深潜器中，耐压壳体主要采用钛合金和超高强钢制造而成。当潜艇结构已定时，潜艇的极限下潜深度与壳体材料的屈服强度和壳体厚度的乘积成正比。用加厚压力壳的办法增加下潜深度，会减少潜艇的有效载重量，若保持其有效载重量，则会使潜艇尺寸增大到实际不能使用的程度，因此必须考虑使用强度更高的材料。根据《新材料产业》，“阿尔法”级钛合金潜艇钛合金使用量达3000t。俄罗斯制造的“台风”级核潜艇是世界上最大体积和吨位的潜艇，其用钛量达9000t。随着钛合金在海洋工程应用渗透率提升，市场潜力巨大。根据《金属加工》及《特钢技术》等，国外船舶用钛量约为13%，俄罗斯船舶用钛量已接近18%，我国船舶用钛量占总质量的比例还不足1%。俄罗斯舰船用钛及钛合金研究及应用水平居世界前列，是最早拥有专用舰船用钛合金体系的国家，俄罗斯在核潜艇、常规潜艇、水面舰艇、航空母舰、深潜器等舰船领域都大量采用了钛材。3.1.2光纤材料：推动建成水下攻防信息网络光纤线圈是新型水听器中的传感单元，是水下信息网络建设的重要原材料。水下信息网络主要依靠各类传感器获取敌船数据，因而传感器是水下监听网络的核心组成部分，目前已发展出压电陶瓷水听器、光纤水听器等多类别。其中，光纤水听器是目前水下传感器较为先进的形式，其主要传感单元为光纤线圈。为了适应海洋环境，光纤产品常需要采用特殊设计工艺，以保证其结构安全以及信号传输稳定。光纤水听器具备七大优势，深度契合水下攻防网络大型化发展趋势。光纤水听器（FOH）是建立在光纤和光电子技术基础上，以光纤同时作为信息传输与传感媒介的一种新型水声传感器。自上世纪七十年代以来，光纤水听器逐渐由理念设计发展至实际军用。相比于主流压电式水听器，光纤水听器基于其构型、材料等特点，具备七大优势，更加契合目前水下攻防网络大型化的发展趋势。海试验证叠加工程经验成熟，光纤水听器军民应用前景广阔，带动光纤材料需求增长。光纤水听器发展总共历经三阶段，由上世纪70年代理论研究，发展至80年代室内测试以及90年代实海测试，最后21世纪实现多品类大规模应用。军事应用方面，2004年，美国海军实验室实现深海海底全光纤声呐系统（AODS）的布放，同期成功研制出全光轻型宽孔径阵列（LWWAA），并装备于“弗吉尼亚”级核潜艇。伴随光纤布拉格光栅（FBG）的发展，美国成功定型量产新型光纤F-P水听器，如TB-33光纤超细线拖曳阵列系统，已部分装备于“弗吉尼亚”级核潜艇。民用领域方面，挪威Optoplan公司在北海海域布放了一条16000基元的FOH阵列，将用于该海域石油储层的长期监测，可监测海域面积达60平方公里。2017年广州海洋地质调查局联合神州普惠，采用光纤水听器成功取得了海洋地震勘探数据，为后续地质勘探应用打下了坚实基础。3.2中游分系统：中国海防、湘电股份及中国动力为核心供应商水声通信装备是水下机动装备的核心系统之一。美国“弗吉尼亚”级潜艇强调多用途、濒海作战等作战应用，需要装备大量的声呐探测及相关电子系统设备，其中增装下部高频探雷声呐及舷侧阵声呐，并在尾部增装了拖曳声呐阵列，增加了潜艇排水量。我国研制水声通信技术的科研院所及上市公司主要包括中科院声学所、中国海防、哈尔滨工程大学、西北工业大学、浙江大学、厦门大学、中山大学等。未来潜艇推进方式仍将以泵喷推进为主，并逐步发展全电力推进形式。2015年，美国海军完成了潜艇综合电力系统兼容性测试相关设施的配置工作。2016年，美海军提出安静型推进系统项目，计划在“俄亥俄”级替代艇及新一代攻击型核潜艇上采用综合电力推进系统，按照美海军潜艇相关技术的发展路线，电力推进将具备在“弗吉尼亚”级潜艇应用的能力，未来将装备于后续潜艇。根据美国海军哥伦比亚级弹道导弹潜艇建造计划文件，哥伦比亚级潜艇采用全电推进系统，动力系统造价为17亿美元，占总造价的11.32%。我国主要单位为中国动力及湘电股份。3.3下游总装：充分利好三大船舶总装上市公司3.3.1水下无人装备我国UUV主要研制单位为中科院沈自所、哈尔滨工程大学、上海海洋大学、上海交通大学、青岛海洋科学与技术试点国家实验室。沈自所研制了潜龙系列AUV，其中潜龙一号与其改进型潜龙四号均为6000米级AUV，在ARV方面，沈自所研制了问海1号6000m级ARV；哈尔滨工程大学研制了悟空号全海深AUV，2021年实现10896m深潜；海洋国家实验室海洋高端装备联合实验室（中船重工集团部分）研制了问海号全海深AUV，2021年完成了万米级海试及试验性应用，是目前国内航速最快、续航里程最长的全海深无人自主潜航器。3.3.2水下有人装备我国有人水下装备总体单位主要为中国船舶、中国重工和中船防务三大上市公司以及701、708、719三大总体所。3.3.3水下监听系统我国目标在东海与南海建成多个海底观测网，并在三亚有了成熟的工程经验案例。参研单位为同济大学、中科院旗下研究所以及张江综合性国家科学中心等。4.重点公司分析4.1西部材料稀有金属新材料行业领先者，第一大股东为西北有色金属研究院。公司拥有钛及铁合金加工材、层状金属复合材料、稀贵金属材料、金属纤维及制品、钨铂材料及制品、稀有金属装备、钦材高端日用消费品和精密加工制造等八大业务板块，产品主要应用于航空航天、核电、环保、海洋工程、石化、化工、冶金、电力等行业和众多国家大型项目。2022年营业收入为29.41亿元，同比增长22.83%；归属于母公司净利润为1.85亿元，同比增长38.97%。钛合金适用于各大海洋工程装备需求，公司拥有高端钛合金材料主要研发生产基地。1）2022年公司钛合金营收占比约为56%，子公司西部钛业主要业务为钛及钛合金加工材生产；2）根据公司年报，公司募投项目高性能低成本钛合金材料生产线技术改造项目顺利投产，公司铸锭熔炼能力提升至15000吨/年，合金薄板产能提升至1000吨/年，管材产能提升至1500吨/年，产能大幅提升。4.2三角防务国内领先的航空航天锻造民营企业，拥有较强的技术研发实力和生产制造能力。公司主要从事航空、航天、船舶等行业锻件产品的研制、生产、销售和服务，参与空军、海军等重要装备的设计定型。公司建有“陕西航空大型部件锻压工程研究中心”和“西安市难变形材料成型工程技术研究中心”，并已取得生产军工产品所需资质。2022年公司营收为18.76亿元，同比增长60.06%；归属于母公司净利润为6.25亿元，同比增长51.51%。公司设备齐全，科研及技术实力强劲，板材及管材可应用于水下设备壳体部件。1）模锻方面，公司具备设备实力。公司核心设备之一的400MN大型航空模锻液压机是目前世界上最大的单缸精密模锻液压机，主要用于铝合金、钛合金、高温合金等难变形材料大型构件的整体模锻成型；2）自由锻：公司拥有31.5MN快锻机，可应用于钛合金、高温合金、铝合金等大型自由锻件的生产。4.3中国海防海军水声装备核心企业，第一大股东为中国船舶重工集团有限公司。公司主营业务为水声电子、防务以及特装电子等，目前在电子防务装备领域拥有水声电子行业方向上国内的全体系科研生产能力以及水下攻防、卫星通导、专用计算机、运动控制、专用电源等多个行业方向上的科研生产能力。2022年营业收入为42.92亿元，同比降低11.95%；归母净利润为5.85亿元，同比降低31.09%。公司海洋装备相关细分领域产品市占比较高。1）根据公司公告，海声科技子公司瑞声海仪研制的水面信息获取装备市场占有率达到100%，国内处于垄断地位；2）根据公司公告，辽海装备子公司中原电子的水声对抗装备具有较为突出的技术优势，研制的产品在国内处于主要地位，细分领域产品型号占全国70%以上、数量占85%以上。4.4中科星图数字地球研发核心企业，需求释放带动收入及业绩快速增长。公司是国内最早从事数字地球产品研发与产业化的企业，长期专注数字地球行业，形成