隔热材料：商业航天热防护的命脉所在
随着商业航天发展，航空航天飞行器的设计与制造日益受到关注，热防护能力为关键技术。作为工业技术的巅峰之作，航空航天飞行器的研 发难度远超普通飞机，并且面临着更多挑战 —— 提升航空航天飞行器的热防护能力便是其中之一。
航空航天飞行器的最大飞行速度可达5马赫以上，带来了极为严峻的热环境挑战，TPS系统保障火箭可回收。高速飞行产生的气动加热会导致 飞行器表面温度急剧升高。如NASA在设计航天飞机时，表面温度可达1600°C以上，此足以熔化或烧毁大多数材料，热防护系统（Thermal Protection System, TPS），是确保火箭回收的核心关键技术。
隔热材料必须同时满足多种苛刻条件，如高温耐受性：应对再入大气层时的极端热流；抗氧化能力：在高温氧化环境中保持稳定性，延长材 料使用寿命；轻量化设计：减轻航天器负荷，提高燃料利用效率；机械强度与重复使用性：在发射、再入与着陆过程中，抵御剧烈的冲击与 震动，支持多次任务循环等。
多场景渗透：隔热材料贯穿火箭发射回收多流程
高温隔热材料在火箭回收、火箭发射等多个环节起核心作 用。
火箭外表面：隔热瓦瓦片在SpaceX的星舰二级火箭上扮演着至关 重要的角色，瓦片通过六边形瓦状设计，不仅提供热防护，还能 分散应力，增加结构强度，防止飞船内部结构过热和损坏。
火箭发射架：火箭点火发射的刹那，温度高达两千多摄氏度，发 射平台要承受高温和强热流冲刷，需要隔热材料抵挡。
火箭内部：以长征五号火箭为例，其发动机的燃气管路具有工作 温度高、空间狭小、结构复杂等特点，其在工作中产生的大量余 热，使用隔热材料能够将多余的热能有效地限制在管路内，从而 保证发动机正常运转。
载人飞船返回舱：返回舱在返回地面的过程中，温度高达 1500℃，隔热层在发生熔化、蒸发、分解等物理和化学变化时， 也会带走大量的热；另一部分发生碳化，并在舱体表面形成牢固 碳层，阻隔大量的热。
陶瓷基复材：隔热材料更优解，航天需求占主导
陶瓷基为重要无机非金属材料，耐高温性能卓越，性能优于高温合金。根据观研报告网发布的《中国陶瓷基复合材料行业发展现状调研与投资趋势 研究报告（2025-2032年）》显示，陶瓷基复合材料是继金属材料之后的无机非金属材料中最重要的材料之一，主要由纤维增强体、陶瓷基体和界 面三部分组成。 我们认为，Starship的隔热材料亦为陶瓷基复材。Starship的隔热材料为TUFROC改进版，而TUFROC为陶瓷基，故我们认为Starship外表面的隔热 材料亦为陶瓷基复材。 按价值量分析，目前在陶瓷基复合材料的下游市场中，航空航天市场占据主导地位。观研报告网数据显示，在2023年全球陶瓷基复合材料的下游应 用中，按价值量分析，航空航天占比最大43%，引领着市场需求提升；其次为能源动力，占比23%。
当前时点，为何关注隔热材料——全舰可回收时，隔热材料依然有耗材属性
航天飞船飞行会导致隔热材料耗损。美国航天飞机“哥伦比亚号”解体事件发生时，该事故发生在高温峰值期间；爆炸发生后的回收陶瓷片仍与结 构物粘连在一起，表明了因热效应和气动载荷导致的故障模式。许多隔热砖上的标识标记被烧掉，RCG涂层和LI-900硅基材料出现下陷，均表格隔 热材料较为容易掉落或者损伤。
Starship飞行也会有隔热瓦材料损失，如掉落或者结构损伤。星舰的ITF-4号飞行成功后，SpaceX公司决定升级隔热罩，因为飞船上观察到隔热材 料相当大的损伤； ITF-5飞行的上一级的隔热罩被完全拆除，取而代之的是更坚固的瓦片，并在下面的敏感区域安装了二级烧蚀层；表明Starship 飞船的隔热材料在每次飞行也会有一定量损耗。
SpaceX的龙飞船防热大底材料为PICA系列，材料也会伴随时间而烧蚀，表明隔热材料长期烧蚀也需更换。在20世纪90年代后期，NASA Ames 研究中心为提升深空探测热防护系统的防热性能和飞行器推重比，研发了酚醛树脂浸渍碳烧蚀材料（PICA）；之后NASA又与 SpaceX联合研发了 PICA-X， 产品成为SpaceX龙飞船防热大底，但是PICA系列产品在高温氧气流中依然会被烧蚀，或表明隔热材料长期烧蚀也需更换。
我们认为，根据SpaceX现阶段可回收火箭从猎鹰9系列的一级火箭可回收，向着Starship星舰全舰完全可重复使用发展，未来火箭终将发展为全舰 可回收。但即使在火箭完全可重复使用的背景下，除燃料外，由于结构性损伤或隔热层缓慢磨损，隔热材料依然具有“耗材”属性。
海外技术溯源：NASA 奠定航天隔热瓦技术基石
NASA较早开发全系列隔热瓦。以哥伦比亚号航天飞机为 例，美国国家航空航天局（NASA）为其设计选用了四种 基本材料，分别是增强型碳-碳复合材料（RCC）、低温 和高温可重复使用表面隔热瓦（分别称为LRSI和HRSI） 以及可重复使用表面隔热毡（FRSI），四类合计32000块 隔热瓦。 RCC：最高耐受3000°F（约 1649℃），纯碳复合材 料，表面经抗氧化处理，覆盖碳化硅涂层。 HRSI/LRSI：耐受1200-2500°F（约 649- 1371℃），高纯度二氧化硅纤维，黑色/白色反应固 化玻璃（RCG）涂层。 FRSI：耐受350-700°F（约 177-371℃），二氧化硅 纤维毛毡。
隔热瓦 + 衬垫打造星舰二级火箭多重防护
Starship隔热层包括陶瓷瓦、隔热毡、舰体等组成。SpaceX的星舰采用的热防护结构结合了粘接式与盖板式两类热防护结构的特点，形成了一种 独特的结构，该结构继承了粘接式TPS的隔热承力一体化设计思想，又保留了盖板式TPS的可靠的机械连接方式。
Starship隔热系统或为NASA隔热系统TUFROC的改进型。2018年，SpaceX和NASA艾姆斯研究中心签署《太空法案协议》，TUFROC（简称增 韧单件纤维增强抗氧化复合材料）为SpaceX重点研究项目；埃隆·马斯克将Starship隔热系统称为“TUFROC衍生物”，则Starship隔热系统或为 NASA TUFROC的改进型。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
