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光启工夫主题比赛力了解和他日进展预计

发布时间:2021-10-10 文章来源:欧宝电竞在线登录 作者:admin

  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。

  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。

  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。

  (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。

  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。

  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。

  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/T32005-2015)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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  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。

  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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。”

  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。

  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%。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  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。

  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。”

  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。

  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-CrossSection(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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

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  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。

  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。

  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。

  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。

  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!

  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。

  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。

  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%、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%。

  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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

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  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。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  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。

  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,还含有很强的探测和接收功能。如果将这些探测和接收功能与自动驾驶汽车的外壳融合于一体,就可完全取消自动驾驶汽车的传感器系统,而且布局的传感器会更多,探测效果会更好。再有一个那就是几乎不需要维修维护费用。

  这种类型的应用还有一个专用名称叫智能结构。过去,结构只起力学支撑方面的作用,如要增加其他方面的用途,还需在结构上面安装各种各样的电子设备。未来,通过超材料技术,这些电子设备都可以与结构融为一体,结构本身就具有相当的智能。从这个角度考虑,超材料未来的应用空间更巨大。

  虽然说现在对电磁波的调制是超材料应用的主要方向,但超材料技术还能使其产品本身比自然界的产品具有更大强度,更能耐高温和耐腐蚀性等物理性能。比如说上面说过的我国高端战机的进气口格栅,原来用高强合金做,一两年内就会坏。而采用超材料结构件,现在已经在我国高端战机上用了五六年都没有问题。这就使超材料有着更为广泛的应用空间。

  比如现在的锂电池容量会衰减,其中一个重要原因就是用自然界已有的材料制作的正极材料和负极材料性能不足造成的。能否使用超材料技术生产出更适合锂电池使用的正极材料和负极材料呢!

  又如舰船终年漂泊于海上,受到海水的腐蚀无法避免。舰载机长期暴露海洋环境中,受海水腐蚀情况也非常严重。这些都是自然界已有的材料无法解决的问题。用超材料技术能否解决呢?目前还没有看到确切的资料,只是光启的一些超材料结构件目前正在我国南海进行长期测试。或许时间会给我们答案。

  随着超材料技术从理论研究到工艺制造的不断成熟,超材料的应用方向也将不断的扩展,许多应用是我们目前无法想象的,比如工作在可见光到红外甚至更长波段基于超材料结构的石墨烯晶体管、用于可见光成像与太赫兹成像的CMOS数字图像传感器、提高增益降低成本的微带贴片天线、超材料频选表面制成的卫星天线、高效薄膜太阳能电池、光谱检测分析设备等。下面举两个非常有意义的探索。

  2016年,哈佛大学研究团队利用高度约为600纳米的二氧化钛“纳米砖”,造出了一块完全“平整”,薄如纸片的“聚光镜片”。这块超材料镜片的有效放大倍率高达170倍,并且具备优异的成像分辨率。试验阶段的超材料镜片已能与常规光学玻璃透镜的分辨率媲美。其原理简单来说就是一“张”使用纳米砖堆砌的排列得异常规整且具备负折射率的纳米结构镜片。由于这些纳米结构的尺寸小于光的波长,所以它可以改变自身的形状、大小和排列方式,或阻断、或吸收、或增强、或折射经过期间的光子,进而实现光的“聚焦”。

  只是当时的超材料镜片对通过的波长很“挑剔”,例如在红光中能聚焦的超材料镜片,在绿光中可能就无法聚焦,所以目前它还无法像普通光学玻璃那样应用在光学镜片领域(如相机、手机的镜头),只能在使用激光等波长单一的仪器中使用。一旦克服复合波长的光波在超材料镜片中通过的难题,将整个可见光谱整合到相同焦距之下,那将给我们所熟知的光学应用领域带来颠覆性的变化,如相机镜头可能会变得像纸片那么薄,并且不再存在“凸镜”天生的畸变和边缘成像衰减问题。且超材料镜片的镜头造价比传统玻璃镜头要便宜得多,还能够完全兼容硅芯片技术,能被放入智能手机、显微镜、DSLR或其他成像设备中使用。

  我们生活在一个三维的空间里,在石墨烯出现之前,所有已知的元素都是以三维的结构存在的。而石墨烯的结构却是单层的石墨,是一种存在于二维空间的网状材料。正是由于石墨烯的二维结构,使它有着异于其它常规材料的极为特殊的性能:

  首先,石墨烯超乎想象的轻,却异常坚固,它的强度是钢的300倍,却具有很好的柔韧性。其次,石墨烯还是一种几近完美的导热材料,导热系数高达3000W/mK~5000W/mK,这数值几乎能够秒杀几乎所有金属的导热性。第三,由于石墨烯拥有非常高的电子迁移率,电子在石墨烯上几乎可自由迁移,所以它的导电性也非常好,发热还小。

  这些特性让石墨烯有着巨大的应用价值而成为各大企业和材料研究领域的争先研究的对象。可惜到目前为止人们只能采用把胶带贴合在石墨的表面,然后再一次次揭开胶带得到单层的石墨结构。但用胶带撕只能得到可观察的石墨烯。想要得到能用的石墨烯,目前的化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法等制备方法都还做不了。

  有可能用超材料技术能解决石墨烯的大规模生产问题。其中一个天马行空的方法为:由于天然的石墨烯是二维网状结构,极薄易碎,自然状态下很难保存,如果将其它的碳元素材料薄膜通过某种材料固定以后,再将其三维的原子结构调制成二维的网状结构,就有可能做成石墨烯结构件。

  总之,超材料技术在民用领域应用有两大方向,一是对材料的电磁性能的调制,这是目前超材料应用研究的主要方向,它将使人类继利用半导体自由调控电子传输之后,首次具备了自由调控电磁波的能力,这对未来的新一代通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。二是对传统材料性能的改造和提升,甚至有可能创造出自然界没有的全新的材料,从而解决许多领域由于材料性能不足而使发展受到限制。

  全球有没有一些特别的领域,即使它的下游产品已经广泛应用到社会各层面,但它的技术和制造工艺仍然掌握在极少数的企业手中?肯定有的,光刻机就是一个典型的例子。这种领域有一个最显著的特征,它不单是技术和制造工艺方面的高精尖,还需要长期的资金投入和经历长时间的工艺迭代才能到最高的水平,后来者很难一步到位,即具有“烧钱又烧时间技术”的特征。

  超材料也明显具有“烧钱又烧时间技术”的特征,而且从技术难度和工艺复杂度来说甚至超过光刻机。因为在上个世纪80年代,中国在整体技术水平还十分落后的情况下就已经可以研发自己的光刻机了,并且与国际水平差距不是很大。只是后来中国市场整体转向购买更为便宜的进口芯片,而错过了40年期间光刻机技术迭代进步而造成现在短期内难以追赶的局面。而超材料即使在我国尖端装备已经开始进入大规模应用阶段,全球除了极少数的一两家企业外,外界还难以知道其反向设计技术及实现大规模生产超材料产品的技术路径和制造工艺。由此可以推论,与光刻机相比,超材料不论是在技术上还是在制造工艺上,难度更高,进入门槛也更高。

  还有一个因素,光刻机的产品芯片市场需求是低端大于高端的,技术升级也是从低端通过迭代逐步进入到高端的,即产品的市场分布呈现正金字塔形式。而超材料产品市场分布呈现倒金字塔形式,超尖端和尖端超材料产品市场需求达到80%以上。光启现在之所以能够将超材料产品做到最高端层面,是因为这10年来国家各级政府一直通过各种形式支持光启进行超材料的基础研究和应用研究,同时又有我国军工这个全国最大的客户既烧钱又烧时间地陪着光启走到了现在,后来者难以再有这个机遇。想遵循传统的产品路线从低端做起逐步升级到高端,由于缺乏市场需求支持,将困难重重。

  从社会分工的角度来说,这种技术和制造门槛都非常高,又需要大量资金投入的行业,并不是所有的国家或者所有的企业都能进入的,只要少数国家或企业能以合理的价格向市场供应适合的产品,整个社会将具有最大的经济效益。但现实是有些少数国家或企业往往利用这种垄断优势攫取超高额的利润,甚至将这些垄断优势作为政治工具打压对手,才迫使对手下决心即使花再大的代价也要研发制造自己的产品,掌握行业的主动权,中国许多高端产业就是这么发展起来的。

  2017年初光启借壳龙生股份上市时,配套募集的68亿资金主要投资方向就是超材料在民用领域的应用。两个具体应用方向为:

  地面行进装备超材料智能结构:采用超材料智能结构打造的具有智能功能的轻质化、高强度行进装备结构,可应用于各类汽车、轨道交通装备以及其他新型地面行进装备。

  可穿戴式超材料智能结构:利用超材料等尖端技术研制的可穿戴式智能结构,可在有效保护人体的同时,大幅增强使用者的动作机能、环境感知能力、互联协同能力及生命系统管理能力。

  这两个项目规划的投资金额达到了50.5亿元,再加上将近4.1亿元的运营中心项目,光启几乎是想凭借自己的一己之力推动超材料技术在中国民用领域的应用。只是没想到超材料产品在我国军工市场需求突然爆发,光启不得不匆忙终断民用领域的投入(好在还没有大规模投入),全力转向军工领域。

  如今超材料在我国军工领域的应用正在大规模展开,估计在不久的将来,光启还会回过头来继续推动超材料在民用领域的应用。只是光启是否继续像过去那样继续再以重资产投资的方式进入民用领域?这值得投资者的关注。

  从2015年光启开始筹划借壳上市算起,至今已经过去了6年时间,超材料,不论是从应用研究到规模化生产,都取得了实质性的巨大进步。2015年,光启的超材料还“处于基础技术研发迭代和样品测试、优化阶段,刘若鹏博士及其下属单位尚未对其进行过产业化投资和运营”,现在光启年产40吨超材料产品的顺德一期项目已建成投产。2015年光启承担的众多军工项目还处于研制阶段,现在已经到了大面积的规模化的应用阶段。2015年,整个市场对于超材料的功能还普遍持有怀疑态度,现在,随着军工尖端装备应用效果的不断涌现,社会对超材料的认知也将发生了根本性的变化。

  在这种情况下,本人认为光启超材料进入民用领域应用的方式也应随之调整,不宜再采用独自以重资产投入的模式,而是要充分利用超材料产品天然具有垄断市场的特性,以及在军工尖端装备应用取得的品牌效应,为社会各领域赋能,努力成为全社会超材料应用平台。

  超材料技术是颠覆性的创新性技术。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,超材料技术还是一个为整个社会赋能的技术。

  因此,在光启将超材料技术应用于民用领域的同时,不应局限于某一领域或某项产品,而应本着利用超材料技术为社会赋能理念,逐步建立起超材料应用平台,在成就社会的同时也最大程度的成就自己。

  超材料是本世纪人类在材料领域最重大的发明,是颠覆性的创新技术,其最终必然会引起各行各业产生巨大的变化。由于超材料技术有着极高的进入门槛,虽然从其第一个试验性产品发明到现在已将近20年,但目前在全球也只有一两个顶部企业(另外一个应该是美国洛马公司,f-35的生产商)。光启作为超材料领域不但在中国而且在全球都是最杰出的领先企业,既要肩负起超材料在民用领域应用探索和普及的责任,也要在这一过程中找准自己的定位,即只做各行业超材料应用的标准制定者、整体方案提供商和超材料结构件提供商,不轻易介入整个产品的制作,除非是像警用智能头盔这种完全创新性的、整个市场都还没有的产品。这样不但有利于加快超材料技术向各行业的应用普及,而且也使各行业、各企业放心地与光启合作而不担心威胁到自己的利益。

  例如,光启可利用超材料制作的天线具有很强的聚焦性的特点,为众多与人体接触的智能穿戴企业提供辐射影响最小的天线,利用超材料制作的射频装置具有很强的方向性特点,提供对可靠性要求非常高的与卫星信号联络的射频装置。而不轻易涉足整个产品的制作。

  由于超材料产品是专为某行业某企业甚至某单项产品研制的,有很强的针对性。除了该行业或该企业甚至该项产品以外,其它企业使用不一定有预期的效果,属于专项应用产品。因此,按照现在的惯例,是由委托企业承担相应的研制费用的。行业龙头企业自然就具有更大的动力和更多的资金进行专项委托研制,对行业的示范作用更大。对光启来说,与行业龙头企业进行合作,影响力也会更大,更有利于推动超材料技术在行业中的应用。

  合作的方式可以多种多样,包括以股权投资合作在内。我认为光启甚至可以通过向这些行业龙头企业增发股票的方式来将双方的利益紧紧捆在一起,这比向纯粹的投资公司增发股票要好得多。至于大股东的控股权问题,可采取同股不同权的方式来解决。

  前面说过,碳元素的原子排列呈二维网状结构的话,它所生成的物质就是有着特殊强度、特殊导电性、特殊导热性的石墨烯。推而广之,如果其它化学元素的原子排列也呈二维平面网状,它所形成的物质又有什么特殊功能呢?

  不同的微结构,不同的排列,可以形成性能不同的物质,这已经经过科学证实。早在2018年,人造物质基因库里就已经有500多亿种不同的人造微结构,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。只是目前人们没有精力或者那么多的科学手段去探测这些微结构所形成的物质有怎样的特殊性能。

  过去,光启都是根据客户提出的要求,采用反向设计手段通过大型超算中心模拟计算出能满足这些要求所需要的微结构形式。未来,光启完全有可能通过模拟计算来探索不同的微结构组成形式会有怎样的自然界材料所不具备的特殊性能,向全社会提供这些性能指标,引导各行业不断的创新发展。

  如果真的到了这一步,光启不但打开了超材料更大的应用空间,而且在巩固自己超材料应用平台地位的同时还可以成为全社会创新引领平台。

  长期的超高额利润必然不利于产品的推广,也必然引来群狼环视,即使是在垄断行业也是如此。

  对于光启来说,超材料的前期基础理论研究,其费用来源主要通过政府的各项政策补助,应用方面的研制费用也有我国军工这个大客户帮解决了,因此其在前期研发方面的积累成本并不高(2020年上半年公司的无形资产为2.86亿元),今后面临的也主要是行业应用的研制成本,相信以前面研究和实践成果作为基础,新的行业应用研制投入不会太大,再加上制作工艺的成熟和规模化的生产,相信产品的成本会大幅度下降,能适应社会的承受能力。这是行业新进入者不可能具备的条件。

  因此,只要光启的超材料产品保持合理的毛利率水平,不但社会能承受得了,也不会给后来者过大的动力和利润空间,反而有利于光启垄断超材料在民用领域的应用,特别是在高尖端领域。而且由于实现了大规模的生产,产品的毛利率虽然降低了,但总的净资产回报率极有可能不但没降低,还能有所提高。

  现在谁也无法预测超材料技术最终对人类社会会产生多大的影响,这就像上世纪90年代互联网刚进入普及时,当时人们认为互联网最大的用途只是搜索新闻而已,当时最热门的互联网企业就是新闻类的综合网站。谁知后面竟然发展出电商、社交、视频、游戏、导航、快递、外卖等众多更为重磅的应用和企业,也出现了众多千亿市值级别和万亿市值级别的互联网应用公司。

  如果光启的超材料技术只应用在我国军工尖端装备领域,光启就始终只能是一个千亿市值级别的公司,至于能达到几千亿,那就要看业绩增长情况了!只有在民用领域打开局面,才有可能成为万亿市值级别的公司。

  古语云:“善者不亏,行之则远”。光启要想在未来的道路上走得更远,进一步提高和完善公司治理水平是必不可少的途径。

  对于高科技公司来说,股权激励是将公司的高科技人才与公司紧紧绑在一起,激发他们的动力的必不可少的措施,也是衡量高科技公司治理是否完善的一个重要指标。

  2021年2月3日,在光启借壳上市4周年和进入大规模发展之时,光启终于公布了市场期待已久的股权激励计划。该激励计划拟向激励对象授予股票期权总计899.00万份,约占该激励计划公告时公司股本总额21.55亿股的0.42%。该激励计划授予的股票期权的行权价格为23.25元/份,计划拟授予的激励对象总人数不超过122人,均为公司(含子公司及分公司)在超材料业务板块任职的核心骨干人员。

  (1),本激励计划采取的激励工具为股票期权。股票来源为光启技术股份有限公司向激励对象定向发行本公司普通股股票。预计整个股票期权摊销的总费用为3845万元,其中2021年摊销的费用仅为1,585万元,2022年摊销的费用仅为1,415万元,公司的净利润并不会因为股权激励费用摊销而产生过大的影响。这是对公司原有股东利益影响最小的股权激励计划。

  (2),这次股权激励计划最大的看点是以接近市价的23.25元价格对公司122位核心技术骨干增发899万股的期权股票,人均约7.37万股。公司之所以敢于以那么高的价格作为行权价格,应该是有信心在两三年之内能使公司的价值增长3~4倍,这样才有充分的激励效应。

  光启的大股东原来持有公司的股份为45.9%,可以说基本达到完全控制公司的要求。2020年11月27日,光启大股东申请其中的15%的股权解禁,可随时进行流通转让,以归还光启借壳上市时向银行借的40多亿的贷款及其它贷款,这是市场可以理解的。

  2020年12月26日,光启公告大股东以大宗交易的方式转让了公司2%的股份,以缓解年底银行还款压力,并有1%的股份将在未来三个月内以集中竞价方式进行减持。对此市场也是可以理解的。

  本人认为大股东对剩下的12%的股权以何种方式进行减持,就得慎重考虑了!如果还像前面那3%的股份那样继续在二级市场进行减持,虽然比较简单省事,或许卖的价钱也高一点,但会造成两个极大的隐患,首先是减持完成以后,大股东只剩30.9%的股份,还不到1/3的比例,对公司的控制并不稳定,这对一个重要的国防军工企业来说是不妥当的。更重要的是向市场传递某种信息,即大股东对公司的控制权并不是很在乎,而更在乎自己的经济利益,后续还会不会有减持行动?那会严重影响光启的长远价值。

  本人认为光启对剩下的那12%的股份减持的最佳对象应该是国家战略投资基金以及各大军工集团,有它们以战略投资者的身份成为光启的股东,协助大股东稳固对公司的控制权,这才是最重要的。在这种情况下,各大投资基金也会跟着进来的。这样就能彻底改变目前光启股东中的除了大股东外都是忙着减持的小非和一群大小散户,光启的股价才会改变目前这种大起大落恶意炒作的状况,走上长期稳定上涨之路,这对大股东才是最有利的。

  好在光启现在也认识到这点的重要性(具体见2020年12月28日媒体对刘董事长的采访记录)。下一步我们就等着看具体结果怎么样!

  光启借壳上市后的前面三年(从2017年到2019年),基本上都是以超材料技术应用研究和产品的研制测试为主,产成品还很少。公司的生产管理还是以科研人员为主。2000年公司的产能规模急剧扩大,进入2021年以后公司的产量也将大幅度增长,公司的管理经营的工作量也将随之大幅增长和更为复杂。公司就有必要引入更多的生产管理和经营方面的人才,并按现代的经营管理理念来管理公司,如此公司的管理制度才能适应公司的大规模发展,并能更有力地促进公司的发展。

  对公司的估值既是科学更是艺术,而且受风险偏好和市场情绪影响很大。光启的产品目前在军工领域刚开始处于大规模应用的前期,民用领域的应用还未展开,超材料技术最终对整个社会的影响有多大也无从得知。因此现在难以对光启进行具体的估值,只能说一些对估值有重要参考作用的因素。

  光启的业绩能否长期而快速的增长、未来发展空间有多大、盈利能力有多高,这些都是对光启估值考量的重要因素,也是后面叙述的重点。至于对这些因素给予长期保障的公司核心竞争能力问题,已经在上面章节中有过详细叙述,这里不再重复。

  军工尖端装备有个特殊之处,它的研发周期虽然很长的,甚至长达10年以上,但是一旦定型进入批产阶段,在该装备的使用周期内(这个周期一般都是10年以上)每年都会连续生产,而且在周期内不会轻易更换参与装备设计、生产、测试和定型的各环节的配套生产商。只是在周期内如有重大的新技术出现,原生产厂家能跟得上的还是优先使用原先生产厂家的产品,只有原先生产厂家确实不能跟得上的才可能更换其他厂家。

  比如成都A客户生产的某尖端战机,在10年前进行研发试制时,光启并未进入它的配套商内,后来光启是靠着与原来的配套厂家进行一个一个零部件的PK,并且都能证明自己产品的优越性,才挤掉这些配套厂家,获得了A客户的生产配套企业资质。

  至于沈阳某客户的某款尖端战机,光启从一开始就参与研发测试,如不出意外,该款战机整机机体10%以上的结构件都是由光启提供的。凭着光启在超材料方面的垄断优势,如果在该战机量产阶段没有更新的技术出现,整个量产周期内的超材料结构件也是由光启提供的。

  军工尖端装备的这个特性决定了光启参与的尖端装备只要进入量产阶段,光启就能保持长期而稳定的收益,目前我国各军种的众多尖端装备正在进入放量阶段,而且其中许多装备光启都参与了研制,这从客观上保证了光启未来业绩长期而快速的增长。

  首先,前面说过,军工装备前期必须要有一个研制过程,光启现在获得的批产订单就是前期研制成果的一部分,这些订单不但在10年内有保证,而且每年还会有增长。这是促成光启业绩长期增长的第一层因素。

  比如光启2020年12月1日公布的与成都A客户签订的某件产品订货合同,总金额6,192万元。这个合同不但2021年有,2022年也会有,以后各年都会有,而且随着批产量的增大,合同金额还会提高。

  光启2020年12月7日披露的总金额为8,785万元的另一件产品订货合同,也是如此。

  其次,据了解光启目前获得的批产订单只占其研制成果的1/10,另外还有9成以上的研制成果将在一两年内转化为批产订单。这是促成光启业绩长期增长的第二层因素。

  第三,光启目前还在源源不断地获得研制订单,而且订单的总量越来越大。这些研制订单在两三年内都将转为对应空间达百倍的批产订单,这将更进一步保证光启业绩长期快速地增长。

  可以明确的肯定军工尖端装备的放量及不断获得研制订单,将使光启业绩进入稳定可靠的长期快速增长轨道。

  虽然在两三年内光启还不可能大规模的进入民用领域,但三年以后(也就是2023年以后)却完全有这个可能。到时光启的超材料技术已经进化到第4代,超材料在民用领域应用的方式也看得更清楚,大规模的工业化生产超材料产品的技术也更成熟,届时光启也具备了相当的实力,这一切都为光启大规模进入民用领域打下坚持的基础。

  外媒曾报道,未来十年,中国国内超材料市场年需求量超过1000吨。也就是说未来10年尖端以上超材料需求量达到800吨以上。

  2020年7月,光启在顺德基地动工的时候曾给出的未来10年超材料需求量见下表。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  到了这一步,只能说光启的未来发展空间太大了,怎么想象都不过分,这里就不yy了!但光启的投资者如果看不到这一前景,也不算是一个合格的投资者。所谓“不谋全局,不足以谋一域”,讲的就是这个道理。

  截止到2020年底,光启的业务收入还是比较小的,加上又有一个汽车配件业务在内,因此公司现在的财务数据并不能真实反映超材料业务真正的盈利能力。

  我们先撇开光启现在的财务数据,单就顺德项目的财务状况做个粗略分析,以此来判断未来超材料业务大规模扩张以后(后期还会有顺德二期以及更大级别的项目),其盈利能力情况。

  (1)顺德一期产能40吨,基本上是超尖端和尖端以上级别的产品,根据光启公布的资料,2020年7月份产品平均价格为7.7万元(后来应该有提高了吧!2020年12月28日现场介绍是将近10万元,为保守计还是按照7.7万元估算),满产后收入为30.8亿元。

  (2)2020年上半年,光启超材料产品业务毛利率是61%(还未大规模投产前)。光启公布的超尖端和尖端以上级别的产品,毛利率在65%~70%之间。为保守计,顺德项目的产品毛利率按下限65%计算,由此得出顺德项目满产后产生的毛利润刚好为20亿元。500)this.width=500 align=center hspace=10 vspace=10 alt=>

  (3)顺德项目总投资8.9亿元,即使按照10年折旧期计算,每年的折旧费用也只有0.9亿元。在三项费用中,比较大项的只有公司的无形资产和商誉(总计约6亿元)的在顺德项目的摊销。没有财务费用(全部是自有资金),营销费用也很少(估计只有差旅费和应酬费用)。

  虽然现在还不知道顺德项目每年的最终盈利有多少,但仅从上面简单的几组数据就可得知,它的盈利能力是非常强大的。特别是简单地进行技术升级后,顺德一期项目的年产能可以提高到80吨,到时每年产生的利润更为惊人。用现金奶牛来比喻也不为过。

  至于光启的超材料产品进行更大规模的扩产以后,每年盈利能到多少?那只能靠自己想象了!

  光启长远的价值决定于三个因素:广阔的发展前景,坚实的行业壁垒,强大的产品盈利能力。至于对它的中短期估值并以此决定买入卖出时机,那就是不同的估值方法各领风骚了!

  传统的价值投资者可以从市盈率角度对它进行估值;成长风格的投资者可以以PEG为核心对它进行估值;至于风险性偏好更大的投资者可以以未来市值法对它进行估值。

  至于本人是倾向于用未来市值法对光启进行估值的。只要光启未来的市值与现在的市值相比差距足够大,光启就具有充分的买入或持有价值。至于目前的股价波动,从长远来看只是一些沟沟坎坎而已。

  至于说到对光启未来的估值,雪球上有一位叫似水年华的雪友在一篇名叫《如何去看芯片股的高估值?》的文章中讲述了该如何对芯片股进行估值:“现在该如何去看风口行业芯片股的高估值?其实,可以很简单的去理解,因为炒股炒的是预期,这轮牛市芯片股的市值峰值,将反应十年后它们的盈利预期,也就是说,用十年后的盈利预测成熟市场的芯片股估值(大概20倍左右),就是这轮牛市,韦尔闻泰兆易创新中微北方华创等核心标的的合理估值,然后市值的峰值还会叠加牛市泡沫的溢价。”

  似水年华给这种估值方法起名为“终局估值法”,其实质上也是我提出的“未来市值法”。下面就以似水年华提出来的十年后光启应有的市值作为本轮牛市峰值,来估算三五年内光启有可能出现的巅峰市值。

  假设2030年超材料产品需求量线吨,其中超尖端和尖端的超材料产品全部由光启生产(按现在的情况看10年内光启没有像样的竞争对手)。

  再假设届时光启产品的毛利率下调到50%,净利率为25%,则届时光启每年有200亿的净利润。

  再假设届时光启的市盈率为50倍(以光启这种尖端企业的特性,我认为这个估值是合理的甚至低估的),则光启的市值刚好达到万亿市值。

  其实资本市场是最善于挖掘这些具有着巨大成长前景的企业的应有价值的。蔚来汽车即使2018年和2019年有着百亿元的亏损,但目前估值仍然达到了6,000亿。恒大汽车连一辆车都没有生产出来,目前估值也达到了4,000亿。

  当然这里有个前提条件,那就是光启在做好军工产品的同时还顺利进入民用领域,并在两三个赛道内开始发力。

  还是那句话,如果超材料技术只应用在我国军工尖端装备领域,光启始终只能是一个千亿市值级别的公司,只有广泛应用于民用领域,才有可能成为万亿市值级别的公司。

  为了写这篇文章,我又上互联网查找关于超材料技术和应用的相关资料。我感觉与近一年前我为了写作《光启

  未来已来,拥抱世界》时相比,互联网上关于超材料的资料并没有什么新的变化。即使是在光启的超材料已经开始在我国军工高端装备领域得到大量应用的时候仍是如此。

  这应该反映两个情况:1,超材料技术的门槛非常高,目前能从事这个行业的人非常少;2,各国或企业从事超材料研发和应用的人员即使有新的科技成果,不管是基础研究方面的还是应用方面的,都不会轻易对外发表。

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