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光启技术核心竞争力分析和未来发展展望(一)

林中行 前言超材料是国际上一门新兴交叉学科,也是各国国防新一代尖端装备的核心战略性技术,分别被《科学》杂志和《今日材料》评为最重大的十项科技突破之一,和过去半个世纪最重大的十项材料创新之一。超材料其实是一种逆向设计技术,是根据人们的特定需求,以一种人工设计的结构呈现出天然材料所不具备超长物理性质的复合材料。经过我国军工企业部门长达8年的严格测试,超材料产品的特殊功能已经得到证实,正在我国军工各领域开展大规模应用,这从光启今年以来的众多研发订单和批产订单公告中得到证实。虽然目前超材料的应用还主要在对材料的电磁性能的调制,但目前已有的结果证明通过超材料技术还能使材料本身具有自然材料不具有的各种物理性能,还能使机器的结构件具有航电、对抗、识别等感知功能。这些特性使超材料技术在民用领域有着更为广泛的应用空间。每个行业都有难以克服的痛点,如果这些痛点是由于自然界的材料性能不足而造成的,从理论上来说都是超材料技术可以发挥作用的地方。因此,超材料技术还是为整个社会赋能的技术。超材料是一种颠覆性的创新技术,有着极其高的设计、制造、检测门槛,具有“烧钱又烧技术”的技术特征。超材料的市场需求呈现倒金字塔结构,尖端和超尖端的需求量达到80%以上。这些特性使得光启有着后来者几乎难以逾越的壁垒,能长时间巩固光启的行业龙头地位。尽管目前光启的超材料技术在我国军工领域的应用还是最为紧迫的任务,但仍不妨碍光启提前进行超材料技术在民用领域应用的探索。超材料技术所具有的为社会各领域赋能的特征,以及在技术和市场方面的壁垒,使得光启的超材料技术进入民用市场的最佳策略是建立为全社会服务的超材料应用平台,而不是采用独自以重资产投入的模式。目前,光启的超材料技术的研制和应用正在飞速发展,市场应用前景几乎无限大,顺德项目的分析也证明工业化大规模生产超材料结构件的盈利能力非常高。对这种完全处于垄断优势的企业该给予怎样的估值,我想市场会有自己的定位。一,光启三则引起市场广泛关注的信息为了顺利进行后面的分析,我们首先关注光启最近发的三则公告。1,与沈阳某客户签订超材料机载产品独家研制协议2020年10月13日光启发布公告,其主要内容为:光启作为一级配套制造商于2020年 10月11日与沈阳某重要客户签订基于超材料的先进多功能机载产品独家研制任务协议等相关协议。其中,部分产品的首笔研制经费拨付协议6,500万元。协议所含产品总重量占整机机体结构重量近10%,该系列超材料航空产品价值占整机价值比例不低于其重量占比,是超材料技术大规模全面应用的里程碑。市场对该信息的关注点基本集中在单笔大额独家研制经费和超材料产品占整机机体结构重量比重这两点上,并忙着估算在未来几年内可能会给光启带来的业绩,很少有投资者去深入探究“基于超材料的先进多功能机载产品”究竟是指什么?根据本人从多方面证实,“基于超材料的先进多功能机载产品”指的是由超材料制作的结构件不只具有隐身性能,还同时具有航电、对抗、识别等感知功能。过去飞机的隐身、航电、对抗、识别等感知能力,是要通过不同的材料或者设备去实现的(如飞机的隐身功能是通过涂料实现的),现在用超材料技术在一个结构件内就可以实现,这样就能减轻飞机的无效载荷,使得在其他条件不变的情况下,飞机的续航能力更强,人员、武器、弹药等有效载荷更大。这里大家首先要记住由超材料制作的结构件,不仅具备结构功能,还能同时具备多种电磁功能。这对理解超材料产品和光启业务的特性,有着非常重要的作用。本文后面会从多个方面说到超材料结构件的。2,警用智能头盔成为公安部推荐装备光启的警用智能头盔经过上海三届世博会的试用,以及公安部在各地进行的两个多月的测试,2020年9月底通过公安部列装评审会评审,2020年底成为公安部推荐的列装装备(该智能头盔今年年初申请的是推荐列装试用,不属于强制列装。)根据公开资料,光启的智能头盔除了具备头盔基本的防护功能以外,还具备强大的人工智能感知功能和前端与后台的即时通讯功能(由光启科学提供),还将民警执勤携带的记录仪等三种不同电子设备全部集中到该头盔中。我认为这些功能的技术门槛并不是非常高的,其他企业想做的话也可以做得到,该头盔最具技术含量的应是三项超材料技术的应用:(1)该头盔盔壳是用航空特等材料再经过超材料技术处理以后做成的,既轻又硬,即使集中了各种电子设备以后重量也只有1080克,远低于传统警盔盔壳本身的重量。(2)该头盔盔壳本身具有很强的防辐射功能。(3)与该头盔盔壳形成一体的共形天线是用超材料特制的,对电子信号具有非常强的聚焦性与方向性。电子信号的定向发射和对辐射的隔绝,使得该头盔即使集结了众多的电子设备,其对人体辐射的影响也只有手机的1/20,国家标准的1/40。使得民警的安全得到充分保证。该头盔是光启的超材料技术在民用领域第一个也是目前唯一一个产品。里面运用到了超材料的三个特性,即超强的物理性能,对辐射波的隔离,电磁波的定向发射。3,顺德项目即将全面投产,超材料产品大规模工业化生产得到验证2020年12月28日,光启史无前例地组织部分媒体、券商、机构及投资者参观其深圳银星基地和佛山顺德基地。参观者亲眼目睹了银星基地的满产状况,以至于一部分产品不得不转移到顺德基地。待一部分设备到位以及完成环保消防验收后将全面投产。光启公布的调研资料说明:“709基地是新一代超材料的大规模制造基地,集研发、制造、检测为一体,建成后公司将拥有超材料尖端装备产品科研及产业化全链条的能力,每年可以新增超材料尖端装备产品40,000公斤产能。709基地在7月份封顶后,当前正为全面投产做准备,进行关键设备的最终调试,即将投产。随着709基地顺利投产,光启技术将在超材料尖端装备领域形成大规模、批量化,可满足更复杂、更高难度、更体系化的超材料尖端装备产品生产能力需求。” 本人认为,顺德基地更大的意义在于证明了通过工业化方式大规模生产超材料产品的可行性。二,理解光启的几个关键之点为了使大家能更好的理解光启的经营模式、核心竞争力和未来发展前景,本章节先简单地说一下几个关键的问题。1,什么是超材料技术?1968年,前苏联理论物理学家菲斯拉格首先提出了超材料的概念。中国国家标准(GB/T 32005-2015)对超材料的定义是:超材料是对现有材料在关键物理尺寸上进行有序结构设计,使其获得常规材料所不具备的超常物理性质的技术。超材料的特征:具有新奇人工结构的复合材料;具有常规(或传统)材料不具备的超常物理性质;超常物理性质主要由新奇的人工结构决定;新奇的人工结构包括单元结构(人工原子和人工分子)和单元结构集合而成的复合结构两个层次。举个简单例子大家就明白了。光射入水中折射路径如上图的左边所示,但研究发现如果水的介电常数和磁导率都被调整为负值时,光射入水中的折射路径就如上图的右边所示。这种介电常数和磁导率都为负值的水在自然界中是不存在的,但通过人为地改变水的分子结构形式,就能使水具有天然水所不具备的超常物理性质,这就被称为超材料。同一种元素,不同的分子或原子排列形式可以显出不同的特性。这里举两个例子。将纳米级金颗粒加工为三角形,24K纯金就呈现为红色,进一步将其加工为五边形,24K纯金也可以呈现绿颜色。化学元素里有一个碳元素,它的原子呈四面体结构的话,它所形成的物质就是金刚石。呈球形结构的话,它所形成的物质就是富勒烯。呈平面网状结构的话,它所形成的物质就是石墨烯。呈六边形或三角形结构的话,它所形成的物质就是石墨等等。尽管在本世纪前10年,人们就能在实验室内通过调制材料内部的原子排列结构做出自然界没有的具有特殊性能的材料,但通过大规模工业化手段生产这种特殊材料,还是近一两年内才实现的。这绝对是一种世界级的颠覆性创新技术,也是全球最复杂的技术体系。这点在讲述光启的核心竞争力的时候再做进一步叙述。与以往的创新是根据自然界有什么材料,就制作什么样的产品不同,超材料完全是逆向思维,是根据不同的应用需求,制造具备特定性能的材料,真正做到"按需定制"。比如,如果客户要求材料具有电磁波隐身功能,生产商不是通过已有的隐身涂料来实现材料的隐身,而是通过算法设计,重新排布功能性材料的微结构单元,让材料本身具备隐身性能。超材料涉及众多学科领域,如电子工程、凝聚态物理、微波、光电子学、经典光学、材料科学、半导体科学以及纳米科技等,是全球最前沿的最具有战略性意义的研究课题。2,什么是超材料多功能结构件?所谓的超材料多功能结构件就是按照客户的特定需求,先通过大型计算中心进行各种的模拟计算以得出满足客户需求所需的原子或分子排列结构,然后采用微波射频集成电路等微纳制造技术在一些特定的材料上(如碳纤维薄膜、金属薄膜等)上通过专门研制的设备对其进行分子或原子级别的排列调制(听起来有点匪夷所思,但实际情况就是这样),然后将这种特殊的薄膜与其他传统材料如纤维、合金、陶瓷等仔细粘合成型(目前这一步是通过人工做的),再放入高压罐中进行高温高压成型,所得的产品就是超材料多功能结构件(一般简称超材料结构件)。所谓的多功能是指按此方法生产的超材料产品不仅具有特定的隐身、航电、对抗、识别等电磁功能,还具有自然界材料难以达到的物理特性,如更硬、更耐高温、更耐腐蚀等。所谓的结构件是指这些超材料产品不是装备的额外增加的一部分,它本身就是装备的某部分结构(未来还可能装备的全部结构都会用到超材料产品)。在光启组织的这次参观活动中,参观者除了看到众多的结构件产品样品,有飞机的、无人机的、导弹的、舰艇的,还看到了超材料金属薄膜,上面刻满了用放大镜才能看得到的各种不同的花纹式微结构,这些微结构的密度达到了每平方米625万颗,而且每个微结构里面还有相应的结构。为了获得高质量的超材料薄膜,对其所需的原材料要求极为严苛,许多原材料国内都不能生产,国外又禁运,以至于光启不得不自己研发,例如以“白起”命名的高性能电磁材料就是光启历时4年研发出来的。总之,光启向客户提供的是超材料结构件,而不是超材料薄膜本身。超材料结构件本身属于复合材料,但并不是所有的复合材料都是超材料。3.两个关于超材料结构件的案例为了让大家更直观的了解超材料结构件的概念和作用,再举两个案例。(1)飞机的进气口格栅飞机的进气口格栅的作用是吸收外面的冷空气进入机体内部,对发动机等部位进行降温以后再将高温气体排放出来。因此它本身既要承担高端战机以超马赫速度飞行时所产生的高温、高压,还是飞机最难隐身的部位。传统的陶瓷或合金材料一直不能满足高端战机对此部位的要求。只有超材料结构件才能同时满足这几方面的要求。(2)飞机电磁隐身结构过去市场总是认为光启的隐身技术就是在飞机外面涂抹一层涂料,或者在飞机外体覆盖超材料薄膜,实际上根本不是这回事。军用飞机的第一代隐身技术主要是通过在机体外面涂抹稀土涂料来实现的,但依靠涂料隐身除了隐身范围小、额外增加无效荷载、维护成本高昂等缺陷外,还不可避免地与飞机所要求的各种电磁功能发生难以调和的矛盾。隐身性能是现在高端战机的第一需求,据美国测试,有隐身功能的战机与无隐身功能的战机对抗成绩为128:0,简直就是碾压级的优势。机翼前缘承担着飞机飞行时的阻力差和小物体撞击,本身就需要极为坚硬,还是飞机最难隐身的部位,它上面所挂的各种接收或发射装备更增加了它的暴露面。而通过超材料技术制造的机翼前橼,表面极为光滑圆润,不但具备隐身功能,而且多种探测接收设备都全部隐藏于前橼结构层中(通过调制超材料薄膜不同部位的电磁特性实现),再通过隐藏于结构层中的极超细的电线与主机上电子设备相连接。4,什么是超材料技术跨带升级?在光启组织的这次参观活动中经常听到刘董事长说现在超材料技术研发和应用正以一日千里的速度飞速发展,与半导体中的摩尔定律相似,超材料产品每两年就要更新换代,使参观者无不受到很大的鼓舞和震撼。目前超材料正由第二代技术向第三代技术推进,预计2021年上半年会完成所有产品序列从第二代超材料技术跨向第三代超材料技术,也是光启超材料在我国尖端装备领域大规模、全面应用的关键时期。2020年光启超材料得到了尖端装备客户的广泛认可,其研制和批产订单数量明显增加,尤其是成都和沈阳的两大尖端装备客户对于超材料产品的大规模应用,也进一步推动了光启超材料的升级换代进程。同时,光启也正在做第四代超材料的基础研究工作,预计在2023年实现第四代超材料规模化量产。目前,超材料技术主要朝两个方向发展,一是朝全频域方向发展,其中又主要是朝低频域方向发展。二是朝全方位无死角的探测方向发展。技术在不断的发展,但产品总要定型生产,因此光启也以两年为一代,每两年对产品进行一次升级换代,同类型的产品每次换代以后性能会更高。超材料每跨一代,频谱范围就要增加20多倍,对电磁辐射调制性能提高6倍以上,单位密度从几万颗到上千万颗。三,超材料结构件在我国尖端装备领域应用前景分析1,国家的安全与国防政策的转变共同构筑了光启未来发展基础(1)近年我国安全形势骤然严峻在中国的GDP达到美国的60%左右的时候(2020年这一比例可能达到74%),美国骤然感觉中国才是它在全球真正的唯一战略对手,美国精英阶层也形成共识,要全力打压遏制中国的崛起,不管是共和党执政还是民主党执政,都将如此。这与所谓的意识形态之争无关,纯粹就是利益关系,是中华民族要和平崛起过程中不能不跨过的门槛。这方面相关的报道有很多,不再详叙。美国在与中国打贸易战失败,科技战成果有限的情况下,利用其强大而先进的军事力量全面围堵、威胁中国将是主要手段,甚至不排除中美之间发生一定规模的局部战争可能性。美国除了海军舰队经常进入中国近海对中国施压外,其最先进的第5代战机F-35已经进入量产阶段,未来有可能在中国周边部署3000~4000架。这使中国的国防安全形势骤然严峻。(2)我国“十四五”时期国防政策的转变改革开放前40年,我国国防建设以服从经济建设全局为主,并未放在重点发展的位置。现在中国已是世界第二大经济体,“但国防实力与之相比还不匹配”,因此需要加快军队现代化建设,2020年11月召开的中央五中全会也提出了“确保2027年实现建军百年奋斗目标”。 “十三五”之前,我国尖端装备一直处于“研制、定型或者小批量列装阶段”。根据《新时代的中国国防》白皮书,2010-2017年我国在武器装备费上共投入2.42万亿元,已经成功研制、小批量量产了歼-16、歼-20、直-20、运-20 等一系列重点型号武器装备;2018年以来我国加大实战化训练,训练强度和频率大幅增长,解决了从有到会使用再到逐步形成战斗力的问题;进入“十四五”时期,随着我国国防政策的转变,将通过大批量的装备列装以正式形成我国军工作战能力体系。与之相适应,“十四五”期间武器装备列装政策也将由过去的“研制定型及小批量建设”转变为“备战能力即放量建设”。随着强军目标的确定和国防政策的转变,“十四五”武器装备采购重点方向也以“未来作战装备”和“消耗性装备”为主,具体品种为先进战机,智能无人机以及导弹等。2. 推动光启业绩快速增长的因素分析在分析光启快速发展的外部环境以后,下面再来分析推动光启业绩快速增长的具体因素。经过十几年的发展,超材料已经成功蜕变和发展成为我国军工新一代尖端装备的主流技术。比如说飞机结构,它不仅是力学结构,具有保证飞机能正常飞行的强度、防雷击、防雨蚀等功能,还在这些结构中融合通信、探测、接收信号、调制信号、反馈信号等所有传感功能,以适应多频谱和复杂电磁环境下的任务的执行。这样的装备结构不仅仅是一种力学结构,还是智能结构、功能结构,这种结构的功能化是航空装备最重要的跨代特征。这种通过超材料技术使原先只简单承担力学功能的结构件同时拥有多种的电磁功能的多功能智能型结构件,即超材料结构件的应用是我国尖端装备升级换代的重要特征。也使光启成为我国各军种尖端装备升级换代的最大的受益者。(1)超材料结构件应用由小件向大件发展超材料技术能够使其产品不但具有对电磁波隐身和电磁的探测、发射、对抗等功能,还能使其结构主体具有自然材料难以达到的抗高压、抗高温、抗腐蚀等物理功能,这是经过军方长期测试和试用证实的。军方对光启的超材料结构件的需求也朝着从小件到大件、从边角到整体的方向发展。由于军工订单都是保密的,我们只能从光启发布的公开信息或能让投资者了解的信息中来推断这些发展进程。光启2020年9月10日公告:"光启尖端某大型复杂超材料构件产品已达到重要应用节点,预计近期可进入批产交付阶段。该产品是我国同类大型复杂超材料构件中首个进入应用节点的,产品重量是公司目前已批产同类产品最大重量6倍以上,该单一产品明年的交付量预计达到6,000公斤至8,000公斤"。根据2021年2月4日公司公告,该批产产品已经进入投产阶段,两年内的订货需求达到17吨,为光启至今最大的订货需求。光启2020年10月12日公告:"光启作为一级配套制造商于2020年10月11日与沈阳某重要客户签订基于超材料的先进多功能机载产品独家研制任务协议等相关协议。其中,部分产品的首笔研制经费拨付协议6,500万元。协议所含产品总重量占整机机体结构重量近10%,该系列超材料航空产品价值占整机价值比例不低于其重量占比,是超材料技术大规模全面应用的里程碑。"光启2020年11月5日公告:"光启收到客户A的超材料航空结构产品订货需求,其中前期已明确供货价格的产品在订货需求中涉及的供货金额超过人民币12亿元,未明确部分的产品价值将根据产品的研制交付周期,双方依照相关规定进行确定。"比较明确的信息是,在我国正在研制和生产的高端战机中,光启的超材料结构件占整机机体结构的重量已经达到10%左右。未来这一比例还将继续提高。(2)超材料结构件应用由单点向整机发展过去光启的超材料结构件主要用于我国高端战机的边角部分,而且以小部件为主。如飞机的转角、整流罩、进气口格栅等,光启公布的销售合同也只是以订货金额为主,基本没有关于产品的重量和占比等信息。如2020年5月26日光启发布的1.6亿元的订货合同,就是如此。据了解,我国先进战机的整个部件如飞机机翼,甚至整个外壳都有可能采用超材料结构件。但这些结构件的生产涉及到更大规模的设备投资以及原有生产厂家的生存问题,光启可能采取联合生产的方式,在靠近主机厂附近建联合工厂,由光启提供已经制作好的价值最高的超材料薄膜产品,在联合工厂里面与其他传统材料进行粘贴,再高压成型。如果真是这样的话,那超材料结构件在我国尖端战机整机机体重量占比至少达到50%以上,至于价值占比更是远超50%以上。目前光启在沈阳已经有了100亩的规划配套用地,据了解,在成都也在申请规划配套用地。如果这些设想真的能在一两年内实现,光启的规模肯定在短期内成百倍的增长。更重要的是推而广之,与我国各大军工集团形成同样模式的合作,光启将真正成为我国军工领域超材料推广和应用平台。2020年2月28日,刘董事长在接受媒体的采访时表示:“我们要做尖端装备领域里超材料的功能或者智能结构的综合平台,去服务所有的客户。”这对未来超材料进入民用领域也将形成一个很好的示范作用。(3)对超材料结构件的需求由少数军种向多军种发展我国最早对超材料感兴趣的是哪个军种或哪个军工企业,由于涉及到保密原因,外界很难知道,但估计少不了航空企业。经历过前后长达8年的测试,超材料产品的特殊性能已经为各大军种和军工企业的认可,光启的军工客户种类和数量也在急剧增加。仅在2020年12月下旬光启的公告中就分别增加了成都B客户和C客户,沈阳的某客户,以及南昌的某客户投产通知。可以说目前超材料已经广泛应用在我国先进飞机、大型无人机、海洋航空装备、电子通信系统、单兵AI装备等多个尖端装备领域。关于光启的超材料结构件价值在这些军品的占比问题,在我国先进战机中占比肯定超过10%,而且未来还会越来越高。如果无人机整个外壳都采用超材料结构件(就像投资者看到的样品那样),则占比也肯定超过10%,甚至还远不止。在导弹上用隐身技术,是从南昌某军工企业开始用的。但超材料结构件在每枚导弹上的应用价值也达到了几十万元,更主要是导弹的数量特别大,未来整体的用量不会小。在军舰上用超材料结构件的数量还不多,主要在上层建筑方面的应用,将来真正用的多的是舰载战机和无人机。(4)大幅增长的研制收入超材料产品的设计和制作过程是逆向的,即按照客户提出的性能指标先经过大型计算中心设计计算,再用特殊的专项设备生产出超材料薄膜,然后与传统材料进行粘贴并高压成型,再通过测试以制造出达到客户要求的超材料样品。这些样品是按照客户的要求专门定制的,只能适用于该客户的需求,或者接照保密协议规定只能提供给该客户使用。在这个阶段,客户必须向光启支付研制费用,这就构成了公司营业收入中一个很有特色的项目:研制收入。在整个A股市场4000多家公司中,可能只有光启能够单独列出研制收入。这是能够反映光启未来经营情况的一个非常前置性的数据。光启经常说每一项产品的研制收入都对应着未来10年内成百倍的产品批产收入,并且批产收入比研制收入毛利率还要高。其道理也不难理解:假设某个产品的研制费用为1,000万元,其数量为三个样品(不会是单个样品的,因为要做包括破坏性在内的各种测试),只要在其产品使用周期内(军品定型后使用时间一般在10年以上)批产产量达到300个以上,批产与研制对应的空间就是百倍以上(我想绝大部分军品数量都能够达到300个以上的,有些甚至远远不止)。根据资料,从2017年到2019年光启的研制收入总计1.93亿元,这批已经研制完成的产品对应着光启未来十年的营收预期就达200亿元左右。2019年光启研制订单1.24亿元,完成量为0.63亿元,有0.61亿元转到2020年度。虽然目前还不知道2020年研制订单总共有多少,但光启10月12日公告沈阳某客户的部分产品的首笔研制经费就达0.65亿元,12月31日又公告与沈阳某客户签定了0.41亿元的研制合同。2020年上半年,光启的超材料研发业务收入1,574.30万元,较上年同期增长143.87%,在研项目个数同比增长105.56%。这些大幅增长的研制收入和研制订单,也预示着光启未来业绩大幅增长的潜力。3,光启未来两三年营收的粗略估算对于光启包括2021年在内的未来两三年内营收到底有多大增长,估计光启管理层自己心中也没有数,这并不是对订单不足的担心,而是对接踵而来的大额订单和额外订单感到捉襟见肘,原先的产能储备和人员储备都有点力不从心。想想也是,为了应对美国在未来10年内将在中国周边部署3000~4000架最先进战机的威胁,中国也至少要布局两三千架先进战机与之抗衡,这些先进战机可能不完全是歼20(估计产能上受限制),2021年以后生产的歼15、歼16战机也将全部使用光启的超材料结构件以增加隐身功能。再加上海军的舰载机(歼31)和无人机、导弹、海军舰艇等都需要进行隐身化,未来的想象空间是足够大的。光启的管理层经常强调军工行业是个特殊的行业,只能产能等订单,不能订单等产能。即使如此,本文还是尝试根据研制收入来推算光启未来两三年营收增长情况。前面说过,光启2017年到2019年期间的研制收入总计1.93亿元,对应着光启未来十年的营收预期就达200亿元左右,也就是平均每年20亿元的营收预期。2019年研制订单结转到2020年的量为0.61亿元,再加上已经公布的0.65亿元和0.41亿元的大订单,估计2020年公司的订单量应在2亿元左右。如果这些订单能够在2022年内完成研制,对应2023年开始的10年内订单总量为200亿元,平均每年订单量也为20亿元。如将这两个订单简单相加,从2023年开始,光启的营收收入有可能达到40亿元左右,如果假设光启的超材料结构件的平均单价为每公斤7.7万元,则对应着52吨的产能,已经超过顺德项目的产能。如果真是如此,按照军工行业只能产能等订单,不能订单等产能的原则,估计最迟从2022年下半年开始,光启就要着手顺德项目的新增产能扩产事宜了。顺便说一句,顺德项目全部投产以后,批产订单主要在顺德基地生产,研制订单全部安排在深圳银星基地,这样研制效率会提高很多。当然,如果2021年下半年光启就能实现与成都A客户联合生产体量更大的飞机部件甚至是整机机体,则2022年以后的光启营收立即爆量,顺德基地的产能也将进行更大的扩产。4,光启超材料结构件的定价机制目前光启的众多研制任务已经完成,正在与客户协商确定批产单价。仅是成都A客户未确定批产单价的产品数量就远大于已确定批产单价的产品数量。估计单价的确定应该会有多种方式,其中一种方式为:由于光启的超材料结构件同时具有结构承载功能,隐身功能和航电、对抗、识别等感知功能,日后的维护费用也很少,其价格不应低于原来的结构件加上这些功能器件和维护费用以后总价格,且由于超材料结构件具备更先进性,其总价还要更高一些。2020年上半年,光启超材料结构件批产的毛利率为61%,不知道是不是按照这种方式确定的。我国军工行业的其它材料制成的产品,铝合金复合材料大概每公斤1万元以内,钛合金复合材料大概每公斤2~3万元,碳纤维复合材料大概每公斤3万元。光启的以超材料为核心的复合材料,根据产品的复杂程度,最贵的每公斤20多万元,最便宜的每公斤6~7万元,而且结构件尺寸越大就越复杂,单价相对来说就越贵,平均价格接近每公斤10万元(参观现场介绍的数据)。这也从一个侧面反映出光启超材料结构件的技术含量水平。对于产品大批量生产以后,产品价格是否会下降的问题,光启的回复是主要核心装备的价格两三年内不会变,5年后最多降低10%。但它的上游材料也会大幅降价,通过科技手段降低成本提高的利润部分也将留在企业中。四,超材料有着巨大的天然壁垒----光启核心竞争力分析超材料是人类通过逆向设计和工业手段在分子和原子层面改变自然材料原有的结构和排列形式,从而获得自然界材料不存在的能满足人们需求的新材料的技术。从材料的分子或原子层面调整其微结构,从而实现人们所需要的电磁性能,对普通人来说这属于天方夜谭的概念。前面说过,超材料是对现有材料在关键物理尺寸上进行有序结构设计,据了解,目前光启的超材料技术正处于不断逼近实现用微观结构构建宏观材料从而能够实现自由地调节材料的电磁性能的关节点阶段。现在庞大的电子工业是建立在对电子运动控制基础之上发展起来的。由于电和磁是相互作用相伴相生的,一旦人类实现对材料的电磁运动的自由控制,以此为基础能发展出多大的新产业,现在谁也无法预测。但军工对超材料产品长达8年的测试以及正进入大规模实际应用,无疑揭示了超材料技术的可实现性以及产品的广泛应用前景。随着超材料应用前景的明确,必然会出现有如上世纪90年代大量资本涌入互联网领域和本世纪最近这10年大量资本涌入人工智能领域的状况,会有大量的资本通过各种途径进入超材料领域的。此时光启还是否能保住目前这种在超材料领域完全处于垄断地位的状况,关键就看超材料技术本身的门槛有多高了!根据现有的资料分析,超材料技术背后涉及三个门槛非常高的能力,这也是光启最核心三个竞争优势。核心优势一:反向设计和深度计算能力现在在人造物质基因库里已经有500多亿种不同的人造微结构(2018年的数据),这500多亿种人造微结构相当于500多亿种分子结构,它们的不同组合可以形成不同的材料特性。要从这几百亿种人造微结构中挑选出满足人类要求的特性结构,需要用到一系列与形成材料特性有关的方程式进行反向设计。光启刘董事长2018年曾透露,光启算过四个方程,第一个方程是麦克斯韦方程组(描述电磁现象的方程),第二个方程是伯努利方程(描述压强与速度关系的流体力学方程),第三个方程是薛定谔方程(描述波与粒子关系的量子力学方程),第四个方程是贝叶斯公式统计模型。并且这些方程的计算还不是我们通常理解的从左向右进行计算,而是从右到左的反过来计算。(反向设计也就是从这里来的吧?)这些反向设计不但需要构筑特殊的数学模型,还涉及非常复杂的计算,涉及的计算力非常庞大。光启的二期超算中心的运算速度还只有700万亿次/秒,2020年6月份已经达到4200万亿次/秒浮点计算能力。该计算能力突破了超材料复杂微结构的设计,设计复杂度高达10的20次方,远超国际上的10的6次方水平。我曾在一篇怀念于敏的文章看到:“核爆炸级别的数值计算对于算力的需求几乎是无穷大的,计算维度高一维,方程描述再精确一些,跟踪粒子数多一些,计算网格打的密一些都会使计算量呈指数形式上升。美国能源部2002年提出到2020年要发展出百亿亿次(10的18次方)超级计算机也就是E级计算来进行核武器全过程的三维数值模拟,这也是目前各大国争夺的一个技术制高点。”现在光启的超材料复杂曲面逆向设计,用到的计算力已经达10的20次方,已经超过了美国能源部2002年提出到2020年提出的设想的两个数量级。但这样仍然不够,随着超材料结构件的尺寸不断增大,设计的复杂程度越来越高,现有的4200万亿次/秒计算能力即将不能满足要求,光启正在筹划建设更大的超材料计算中心。超材料的反向设计技术及特别构筑的超算中心,是光启最核心的技术,也是超材料最大的技术壁垒。据了解,在光启这方面由刘董事长亲自掌控,除了公司层面必要的管理工作以外,刘董事长的主要精力都投入到超材料微结构的设计中。刘董事长曾说超材料技术的研发和应用正一日千里的快速发展。光启的超材料产品能每两年就升级换代一次,其中起最关键的作用就是这个超算中心了。这个超算中心对光启是如此的重要,以至于光启曾经表示即使深圳的超算中心计算能力大过光启的超算中心,光启也不会采用深圳的超算中心,因为它不可能把自己的技术秘密放在公共计算平台上。核心优势二:独特的工业化路径和堪比制造5纳米芯片的制造工艺2009年,刘若鹏博士团队在美国杜克大学实验室试制成功了一条长50.8厘米、宽10厘米、高2.5厘米的由数以千计的类似人造玻璃纤维组成的、具有隐身功能的“超材料”样品。2012年7月,光启在深圳建设了全球第一条超材料中试线。但光启要做到以工业化的手段大规模的生产超材料结构件,估计也要到2020年(标志性事件就是深圳银星基地另一条4000公斤生产线的快速建立以及顺德生产基地40000公斤项目的投产)。如何将自然界的材料按照反向设计的计算结果,通过工业化的手段改变其内部的分子和原子结构排列形式,而生产出超材料薄膜,这在光启内部也属于最高级别的机密。光启在全球是第一个实现工业化生产超材料薄膜的,但光启从未透露过其技术路径和方法,网上也没有这方面的资料。美国现在也可能实现了,但外界同样不知道其技术路径和方法从生产超材料薄膜到生产超材料结构件,再到结构件的检测,其中的工艺是高度复杂的,其中众多的生产设备都是光启自己研发的。现在光启已经可以做到单面薄膜包含的超材料微结构达到每平方米625万颗,而且每个微结构里面还有相应的结构,这个制造的难度是非常大的。按照光启的描述,其超材料结构件的制作“突破了微结构制造精度,在大型构件中微结构的精度可达3微米,远超国际20微米的水平;突破了工艺制造的复杂度,每一件超材料产品的制造都由2000多项自主创新的核心工艺技术构成,实现了难度系数80-230的普通航空构件制造,远超当前8-15难度系数的航空构件工艺难度系数。”下面三幅照片可以帮助投资者了解制造超材料结构件的工艺要求程度。 下面这张图是光启提供的光启航空超材料结构件与波音传统复合材料结构件的比较说明。 据了解,国内曾有某主机企业向光启提出由光启提供超材料设计图纸(或者是已经制作好的超材料薄膜?),他们自己组织生产超材料结构件的要求。结果试了几个月后产品根本达不到要求,不得不将产品全部委托给光启生产。根据光启介绍,超材料结构件制造工艺的复杂度达到5纳米芯片水平。最关键的是超材料还具有“烧钱又烧时间技术”的特征(这点后面再阐述)。光启从2012年的第一条试验性质的生产线,到如今的顺德项目生产线,8年经历了3次迭代,后来者很难不经历这一过程直接到最先进的生产线的。核心优势三:超材料尖端装备产品的检验检测航空结构产品生产出来以后,都要委托第三方进行结构安全检测,检测完成以后再进行军检,然后才能交付使用。对于超材料航空结构件,除了结构安全方面的检测以外,还要进行一个意义更为重要的检测----产品的电磁性能检测,即产品的隐身性能和各种电磁性能是否达到了设定的要求。过去,国内能够做这种军品级的电磁性能检测的只有某军工院所,光启的产品要到该所进行检测以后才能交付使用,因此效率比较低。光启的深圳阿波罗基地虽然也有一个检测场所,但目前吞吐量不够大规模交付需求,而且由于市场需求的迅速增加,计划马上增建2个微波暗室。光启的顺德基地专门建设了这样的检测场所----高精度紧缩场,也称为微波暗室。而且一次性就建了大中小三个紧缩场,对应检测不同的超材料结构件产品。紧缩场测量技术是为解决室外远场测量遇到的对准困难、保密性差、测量对气候条件要求高等问题而提出的一种测量方式。它要求整个场内保持电磁净空状态,为此要安装全金属腔内胆来屏蔽外面的电磁波,里面还要放上目前世界上最好的尖锥类型吸波材料以吸收内部产生的电磁波。然后再做发射源发射出电磁波,以检验产品满不满足军方的审核要求。军工级别的紧缩场对测试环境要求极高,要同时具备电磁发射和隐身双向检测能力;要恒温恒湿,每个地方温差小于1度;要独立基础,十年沉降不能超过3毫米等等。在2019年12月举办的第一届超材料大会上,光启现场公布歼20与F22一项测试数据的对比数据,“超材料研制阶段,RCS曲线测试了64万条,高达13600小时,超过了F-22研制过程中所有详细部件RCS测试10000小时的记录”。就是在这种环境下测试的。注:RCS为Radar-Cross Section(雷达散射截面积),是测试战机等装备隐身能力关键核心技术指标,它表征了目标在雷达波照射下所产生回波强度或散射截面积。由于尖端装备隐身与反隐身技术需要,须通过RCS技术进行测试试验来指导设计和改进武器装备,提高隐身性能,以应对雷达侦察、监视、跟踪与目标识别。顺便说一句,按照现在的设计,紧缩场每测试一件产品需要20多个小时,紧缩场的测试效率是制约顺德基地产能扩张的关键因素。目前光启正在研究如何提高紧缩场的测试效率,比如说减少产品进场和出场的时间,缩短测试时间等。如果能够有效提高紧缩场的测试效率,顺德基地一期的产能可以由目前的40吨提高到80吨。光启除了在超材料产品的设计、生产、检测三方面有着壁垒极高的核心优势以外,还在如下三方面取得了不容忽视的核心优势。核心优势四:人才壁垒到现在为止,超材料技术还属于全球高科技颠覆性创新技术。2010年刘若鹏博士等五位博士回国创业团队,已经是全球当时这一领域最尖端的人才团队。从2010年至今的十年时间里,光启博士后工作站总计培养了超材料技术方面的130多位博士后。据了解,这些博士后除了早期少量博士在光启集团以外工作并且已经改行外,其他博士都留在光启集团内各公司及研究部门工作。光启还有上百人的超材料电磁设计工程师队伍,这应是中国乃至全球最大的一支超材料技术研发及应用研究的团队。据了解,现在中国或全球各大院校都还没有设置超材料专业,专业人才的成体制培养还根本无从说起。后来者要想在超材料领域追赶全球顶尖水平,首先就难以绕过人才关。核心优势五:难以绕过的知识产权壁垒光启的创业团队在10年前就已经是全球超材料领域最顶尖的团队,回国后始终坚持新兴科学领域的深度研究,从源头进行技术创新,所有产品均从底层科学研究做起,所有标准、专利、技术、工艺、产品均为原创,在全球率先构建了超材料从设计到交付的全工业链条,实现了超材料产品的规模化批产。在此过程中,光启高度重视知识产权保护,累计获得授权专利3411件,实现了超材料底层技术专利覆盖,得到了中、美、德、英、法等多国法律认可和保护。经中国专利局、美国制造业前瞻联盟、英国专利局对比分析,证实光启全球超材料专利申请量排名第一。此外,光启还发起成立超材料技术及其制品国家标准化委员会,主持制订了该领域的中国标准。正是因为如此,面对美国的制裁,光启才能坚定地回应:“美国制裁毫无意义。” 相反,在超材料技术及应用方面,光启遵循的是中国政府的技术输出管制条例,不会把最先进的技术随意的输出给别的国家。也就相当于说你美国搞反了,应该是我制裁你。后来者要想在超材料领域有所作为,除了需突破设计、制造、检测这三个高门槛以外,还面临着知识产权阻挡的问题。核心优势六:由大客户背书的品牌优势由于具体的超材料产品均是为特定的行业甚至特定的客户专项研制的,因此按照现在的惯例,客户是需要承担前期研制费用的,而且这个费用还比较大,因此客户会选择最为可靠的企业作为合作对象。军事装备对产品的技术性能、品质质量、生产工艺、供应能力等均有着最为严格的要求,光启的超材料产品既然能满足军工装备的要求,自然容易满足民用产品的要求,剩下的问题就是产品的价格问题了。光启有国家军工这个最大的客户背书,对超材料领域的后来者来说,天然具有巨大的品牌优势。总之,在超材料领域,光启已经取得了“技术领先优势+制造领先优势+检测领先优势+人才领先优势+知识产权优势+品牌领先优势”。在全球的高科技公司中能同时取得这六种优势的公司还真没有,这将使光启能够长期保持超材料研发和应用垄断优势,并为未来将超材料技术顺利进入民用领域应用,奠定了良好的基础。五,超材料技术在民用领域应用前景展望几乎所有的前沿技术,它的发展应用都有一个规律,从实验室诞生,在军工领域实现工程化和产业化,然后通过军民融合途径广泛应用到民用领域,实现普及。芯片、半导体、激光、通信这些高科技无一不是沿着这样的路径发展的,汽车工业、飞机工业、半导体、计算机、互联网,也无一不是军民融合的产物。很多投资者都将高昂的超材料产品价格视为超材料技术进入民用领域应用的障碍,但这是一个伪问题。随着超材料技术的不断进步,生产工艺的不断成熟,以及生产规模的不断扩大,超材料产品的终端价格会逐渐降下来的。虽然这两三年光启的精力主要放在军工领域,要把该拿的订单都拿下来,要将光启的规模迅速做大,实力做强,等有着坚实的基础以后再进军民用领域,但这并不妨碍光启对超材料技术在民用领域的应用做些准备。据了解,光启理工高等研究院已经将超材料技术在民用领域的应用做了分类,并就一些比较有前景的项目提前进行研究,作为技术储备。比如说5G、新能源汽车等领域,尤其是在电磁辐射和抗干扰方面要求比较高的领域。现在谁也无法预测超材料技术最适合用于哪些民用领域,但不妨我们就超材料在军工应用的情况简单映射到民用领域,做一下应用前景展望吧!1,对辐射要求比较高的产品目前智能穿戴产品越来越多,产品上集结的功能越来越全面,这是一个时代发展大趋势。随着5G通信设施的完善,VR和AR等设备的应用将会逐渐普及,智能穿戴产品的电磁流量也必然大幅增加,产品对人体的辐射的影响也必然会增加。虽然这些产品的辐射量都会控制在国家标准以内,但仍然会对人们的心理造成相当的影响。超材料制作的天线具有非常强的聚焦性和方向性,从而能有效降低产品辐射对人体的影响,利用该特性可制作各种类型的智能穿戴产品的天线甚至射频装置。虽然这些零部件的造价比普通零部件的价格可能要贵上好几倍,但由于这些零部件的成本占产品的成本的比例并不高,并不会造成产品整体成本的大幅增加。对于中高端的用户来说,这反而是一个非常好的卖点。同样,对一些有较大辐射的设备(如一些医疗检查设备),也可以利用由超材料制作的结构件将辐射引向人体活动不到的区域。2,对抗干扰要求非常高的产品正在日益发展的自动驾驶(包括汽车和动车)、各种民用飞行器、卫星导航等领域都对抗干扰性有着非常强的要求,而用超材料制成的射频装置具有非常好的聚焦性和方向性,军工产品又是对抗干扰性要求最高的领域,所以超材料产品对在有这方面需求的民用领域是应该能满足要求的。3,通信设备小型化超材料制作的天线不但有非常强的聚焦性和方向性,还能大幅度提高天线增益性和缩小通信设备的尺寸。在2019年就有报道,用光启的电磁超材料制作的通讯系统使我国某先进航空装备的机载共形天线增益性能提升了近30%,产品尺寸缩减了40%、通信覆盖范围扩大了50%。而用于不同类型的舰艇的远洋卫星通信天馈系统则比国际允许出售给中国的同类产品尺寸缩减50%。最近我又看到了一个案例。空中预警机需要具备电子对抗、电子侦察、巡逻、反潜、预警、航测等功能,因此需要安装体型巨大的圆盘型或平衡木型雷达。为了使雷达功率更高,探测距离更远,滞空时间更长,还需要尽量大的机载平台。据说中国正在研制的空警-3000采用雷达紧贴机身设计方案,由于取消了体型巨大的圆盘型雷达,估计其整个机载平台自然要小很多,也更灵活。这种设计是美国最早提出,但仍未实现,如果中国能够率先做到,那将是我国军工的又一次超越,也是超材料技术的一次卓越应用案例。最关键的是这种天线技术有可能会极大缩小现有的大型天线矩阵,使大型雷达系统变得小巧而便于移动,其战略意义和应用空间会更大。超材料的这种功能在民用领域应用前景也是极为值得期待的。比如说结合超材料天线的增益性,不但能大幅缩小现有的5G基站尺寸,而且能还能大幅加大基站之间的距离。4,取代自动驾驶汽车的传感器系统目前自动驾驶汽车的传感器系统主要包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达等,不论采用哪种探测器都至少需要二三十个探测终端。前面说过,超材料结构件除了对电磁波有很强的隐身功能以外,还含有

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02月18日 14:09
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