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1、低轨卫星通信与天基互联网

1.1 、卫星的发展与卫星通信

卫星的发展过程可概括为“小卫星—大卫星—现代小卫星”。在人类开展航空航天活动初期,受火箭运载能力和卫星制造技术水平限制,发射的卫星功能少、体积小、重量轻,可视为早期小卫星。随着大推力运载火箭的研发和卫星制造技术的升级,可发射的卫星逐渐向功能复杂、重量增加、体积增大方向变化,相应的成本也不断提高,一般经济水平的国家无法承担,而且一旦发射失败就会造成严重的经济损失。因此,研制高性价比的卫星成为了航天界的主要目标之一。20 世纪 80 年代,美国军方提出了现代小卫星的概念。由于现代小卫星造价低、重量小等特点,全球范围掀起了现代小卫星研制的热潮。

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卫星通信,是卫星最主要的应用领域之一,是指利用卫星中的转发器作为中继站,通过反射或转发无线电信号,实现两个或多个地球站之间的通信。

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卫星通信系统由卫星端、地面站、用户端三部分组成。卫星端可包含一颗或多颗卫星,每颗卫星由卫星母体和星载设备组成。地面站由跟踪遥测和指令站、监控管理站以及通信关口站(包含控制中心和地球站)组成。地面站可以是卫星系统与地面其他通信网的关口,也可以是用户端与卫星的地面通信枢纽。用户端则是接受服务的各种用户终端设备。

卫星通信形式通常包括音视频广播、数据广播(导航、定位等)、音视频通话、数据传输(遥感、遥测等)、互联网连接等。

地面通信依赖于地面基站的铺设,即便基站覆盖率很高,但是依然存在较多基站无法覆盖或者缺少基站覆盖的应用场景。在过去的 50 多年时间里, 卫星通信凭借着覆盖范围广、灾难容忍性强、灵活度高等独特的优势,在偏远地区网络覆盖、航海通信、应急通信、军用通信、科考勘探等应用领域中发挥了不可替代的重要作用,为地面通信网络提供了有效的补充、备份和延伸。

1.2、卫星通信的分类与特点

卫星通信系统一般按照其运行的轨道分为同步轨道(GEO)、高椭圆轨道(HEO)、中轨道(MEO)和低轨道(LEO)等系统。各个轨道因其自身高度的不同具有不同的通信特点:

同步轨道的高度约为 36000km。其技术成熟,通信距离远,单颗卫星覆盖面积大,约 3-4 颗即可覆盖全球,但对高纬度地区覆盖力较差,长距离对信号的传播时延和干扰也有很大影响。典型系统为VSAT 系统。

高椭圆轨道的高度约为 40000km(远地点),利用远地点进行通信。采用大仰角,可以覆盖高纬度地区,但需要星间链路,适用于其他卫星较难覆盖到的高纬度区域。

中轨道的高度约为 2000-20000km。其传输时延、覆盖范围、链路损耗、功耗大于低轨但小于高轨。典型系统为 Inmarsat 国际海事卫星系统。

低轨道的高度约为 500-2000km。具有传输时延、覆盖范围、链路损耗、功耗较小等特征,因此也较多的采用现代小卫星。典型系统为 Motorola 的铱星系统。

传统卫星通信较多是依靠高轨卫星,不同于光纤、公众移动通信等地面通信方式,其具有覆盖区域广、地面基础设施少、组网部署灵活、信息安全能力强等方面优点,同时也具有信息延时较大、对用户端要求高、带宽容量有限、通信成本高等方面不足。

低轨卫星相对于高轨卫星具有传播延迟小、卫星和地面终端设备简单等特点,更加适合应用于个人移动卫星通信。通过围绕地球飞行并覆盖地球大部分或者全部地区的卫星群和信关站作为中转站,实现全球通信,可作为全球尤其是偏远地区的重要通信手段。

在经过了与陆地通信网络的竞争后,业界也已经对低轨卫星通信作为全球通信网中重要的补充部分达成了共识。新一代的通信系统要求支持宽带多媒体,而低轨卫星相对于高轨卫星的传输低时延、质量较好等优点刚好符合这一需求,从而更加奠定了低轨卫星通信在全球通信市场的重要地位。

1.3 、什么是天基互联网?

天基互联网是利用位于地球上空的各类空中平台为地面和空中终端提供宽带互联网服务的新型网络系统。通常情况下,采用高度为 200~36000 公里的高通量卫星星座向地面提供信号,主要代表有美国的 Intelsat、Viasat、HughesNet、欧洲 Eutelsat 等公司;近年还出现了国际企业通过 20~200km 的气球、飞艇、无人飞机作为通讯星座的应用模式,如 Google 的气球、Facebook 的太阳能无人机等。

与卫星通信类似,天基互联网的概念也是针对地面互联网的不足而提出的,其可适用于边远地区、农村、山区、海岛、灾区以及远洋舰队和远航飞机等陆地通信不易覆盖的地区,是地面互联网的重要补充。

1.4 、基于低轨星座的天基互联网——卫星通信的新热点

通过卫星星座通信系统实现的天基互联网并不完全算是新概念,从出现至今已发展了 30 年左右的时间,主要经历了三个阶段。

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在其发展历程中,第一阶段的最具代表性的产品就是 20 世纪 80 年代末摩托罗拉公司推行的“铱星”系统,而该系统所采用的即是低轨卫星技术。该系统计划用 66 颗卫星分 6 个轨道面构成一个全球低轨卫星通信星座,突破基于地面的蜂窝无线通信系统局限,成为第一代真正依靠低轨卫星星座支撑的全球移动通信系统。但由于技术难度、运营成本、经营管理等多方面原因,摩托罗拉公司投资组建的铱星公司于 1999 年 3 月宣布破产。

20 余年匆匆过去,科技的进步使现在的低轨卫星通信技术与此前初代的“铱星”系统相比,有了显著的发展和不同:不仅建设成本可以大大降低, 在数据传输速率上也有了较大进步。从而,基于低轨通信卫星星座构建天基互联网的时机逐渐成熟,卫星通信领域掀起新一轮的竞争热潮:

从 2014 年开始,天基互联网进入到第三阶段,该阶段以星链(Starlink)、 OneWeb 等计划为代表,定位于与地面通信形成互补融合的无缝通信网络, 而且大多是通过低轨卫星进行组网。现阶段天基互联网与地面通信系统二者之间更多的是互补与合作,发展空间巨大。从用户人群来看,世界上尚有较大比例的人口无法使用互联网,潜在用户众多;从万物互联来看,地面上偏远山区、大漠戈壁等部分区域如今依旧是通信盲区,卫星互联网低成本、广覆盖的优势巨大;从应用场景来看,随着太空旅行等人类探索太空步伐的加快,星际间通信需求不可或缺,卫星互联网有能力提供解决方案。

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2、卫通行业的发展需求、影响因素及发展现状

2.1 、卫星通信及天基互联网产业的发展需求分析

2.1.1 、全球互联网普及率仍较低

据 InternetWorldStats 统计,至 2019 年 12 月,全球互联网普及率约为58.7%,意味着世界上仍有超过 40%的人口约 32.2 亿人未实现互联网连接。

分析部分国家和地区互联网建设推进困难的主要原因:一是部分国家和地区人口密度低,大规模的建设地面基站成本过高;二是部分国家和地区虽然人口密度高,但受制于其经济发展方面原因,承担不起地面通信网络的建设,如亚洲、非洲、拉丁美洲区域的大多数第三世界国家。因此导致世界上超过 40%的人口,尚未在现有的互联网建设模式下接受到互联网服务。

对于尚未普及互联网的人口能够为通信市场带来的增量,行业普遍看好。由 Google、汇丰银行等公司联合组建的互联网服务公司更是将公司直接命名为 O3b,即英文“另外的 30 亿(other 3 billion)”的缩写,表明该公司将尚未接入互联网的人口作为其主要的市场方向及用户定位。

2.1.2 、当前陆上移动互联网建设模式成本较高

以当前陆上最新一代的移动互联网设施 5G 网络为例,由于 5G 网络依赖于数量众多的小型发射塔,因此,大多数寻求部署 5G 网络的地区将需要在基础设施方面进行大量投资。德勤(Deloitte)的一项研究发现,美国需要投资 1300 亿至 1500 亿美元用于光纤布线,以满足美国全国范围 5G 基站的网络连接需求。而如果通过低轨通信卫星星座构建天基互联网实现网络覆盖,根据美国公司 SpaceX 的方案,其使用将近 12000 颗 Starlink 卫星可完成组网,能够覆盖的区域不仅是美国而是全球范围,而组网卫星的造价需求仅约 100 亿美元,考虑发射等费用,总投资需求仍远远低于 5G 覆盖的方案。可见依靠低轨卫星搭建互联网会有巨大的成本优势。

在网络质量方面,2019 年 11 月中下旬,中国北京通过陆上常规模式, 已经开通 5G 基站近 11000 个,对北京不同地点进行现场 5G 测速,从测试的结果来看,5G 的下行速率平均 538.5Mbps。而 2019 年 7 月,基于 OneWeb低轨通信卫星进行的网速测试在韩国首尔进行,其网速超过了 400Mbps。SpaceX 公司的 Starlink 卫星也曾在 2018 年时通过飞机进行过网速模拟测试,测得的下行速度为 610Mbps。2020 年 1 月,国内银河航天的首颗通信卫星成功进入预定轨道,按设计状态其通信能力可达到下行速度 1000Mbps。通过后续的通信性能测试结果,其通信能力满足设计要求。

因此我们认为,与通过低轨卫星星座构建天基互联网实现互联网通信相比,当前陆上的移动互联网建设模式其成本较高,而在通信性能方面并没有表现出明显优势。

2.1.3 、国内卫星通信建设有待进一步提升

根据UCS 的统计数据,至 2019 年 10 月 1 日,全球在轨有效运行的卫星数量总计 2218 颗,其中中国运营卫星 320 颗,约占全球数量的 14%,约为美国运营数量 988 颗的三分之一。

通信卫星方面,全球数量总计 829 颗,中国 44 颗占比 5%,美国 381颗占比 46%,俄罗斯 83 颗占比 10%。

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可见与美国等航天发达国家相比,中国在运行的卫星数量上存在差距。而在通信卫星方面,中国的卫星数量较少,更有待进一步提升。

2.1.4 、当前国内卫星通信的使用价格较高

国内的卫星通信使用方面,海事等通信领域此前长期由国外系统处于垄断地位。2016 年 8 月 6 日,国内成功发射了大容量地球同步轨道移动通信卫星“天通一号”01 星,并于 2017 年 3 月 31 日开始投入使用,有望打破受国外垄断的格局。

目前,天通一号已经商业化落地,由中国电信独家运营。主要功能为语音和短信业务。而网络虽不是主要功能,但天通一号也能够提供一定的网络数据流量服务。当前的收费标准为:

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国内大多数居民目前手机使用的是 4G 服务,通信服务的价格大多在通话 0.1-0.2 元/分钟,流量 1-10 元/G。相比之下,天通一号卫星平台的使用价格较高,与其“海上通信、野外作业、登山探险或地震等自然灾害时可靠的通信方式”的定位相符合。目前来看在民用市场较难实现大面积推广。根据天通一号网预测,中国天通终端需求约 200 万套,覆盖一带一路地区后终端需求约 500 万套。

2017 年 4 月 12 日,中国成功发射了实践十三号卫星,卫星完成在轨试验后被命名为中星 16 号。这是中国首颗高通量通信卫星,其意义是更好的实现自主通信卫星的宽带应用。目前,国内的联通航美公司已经开始通过中星 16 等高通量卫星,开展卫星互联网应用服务,按照宣传,目前相关产品是主要面向航空、船舶、海工平台、岛礁、抢险救灾等领域,也尚未发展到在民用市场大面积推广的程度。

通过以上分析:当前全球仍有 40%以上的约 32.2 亿人口未能使用互联网,互联网普及率仍较低;陆地上通过 5G 模式建设移动互联网,需投入的成本较高;依靠目前国内的通信卫星实现移动通信,使用价格较高。结合低轨小卫星的特点,我们认为,低轨卫星通信及天基互联网产业存在较为明确的发展需求。

2.2 、影响行业发展的主要因素分析

2.2.1 、政策方面——多国积极布局现代卫星通信建设

世界上但凡是有能力发展航天、卫星等产业的国家及地区,近些年来大多较为关注和重视卫星通信建设,并配套出台一系列政策来鼓励和扶持相关企业,从而起到促进和推动产业发展的作用。

如美国于 2015 年先后颁布了《商业航天发射竞争力法》、《鼓励私营航空航天竞争力与创业法》等法律,有力规范和促进私营企业参与卫星发射活动。2016 年欧盟委员会出台的《欧洲航天战略》强调推进欧洲航天一体化。日本 2017 年出台《航天工业展望 2030》,明确将加紧构建航天产业生态链,提出为小型商业太空发射活动配备专用发射场、为航天新兴企业提供在轨试验机会、加速实现空间技术商业化等措施。

在国内,十三五期间航天领域国家政策密集出台,卫星通信产业发展迎来重大契机。《“十三五”国家信息化规划》指出十三五是国内由网络大国向网络强国过渡的关键时期,主要从科学规划和利用卫星频率/轨道资源、统筹推进航天领域军民融合、建设陆海空天一体化信息基础设施等方面着力, 同时集中突破低轨卫星通信、空间互联网等前沿关键技术,推动空间与地面设施互联互通,构建覆盖全球、无缝连接的天地空间信息系统和服务能力。《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025 年)》为国内民用卫星通信产业发展指明方向,规划指出固定通信卫星和移动通信卫星并重发展, 强化地面系统建设,并提出了“十四五”卫星通信产业目标等。

国内在两个重大航天工程——虹云工程和鸿雁星座的引领下,低轨宽带通信卫星系统建设稳步推进。国务院已明确支持民营企业进入卫星领域,《国家民用空间基础设施中长期发展规划》(2015-2025 年)中表明国内低轨卫星发展机制从政府投资为主向多元化、商业化发展转变,自 2014 年国家鼓励民营企业进入航天领域以来,越来越多的民营企业步入到微小卫星产业中。

2.2.2 、技术方面——模块化、低成本等趋势明显

当前,卫星通信的新技术加速发展,卫星系统实际部署效率进一步提高。在各国际卫星公司积极推进与竞争下,通信卫星在卫星制造、火箭发射、单星容量、频谱效率、成本控制等方面均取得一系列进步。

(1) 设计和制造技术方面

模块化设计、轻小型化、规模标准化、3D 打印生产使得卫星研制成本和迭代周期不断降低。

(2) 发射与回收技术方面

一箭多星技术大幅提高了卫星商业发射的效率。重型火箭技术实现规模效应,提升单位成本效益。火箭回收技术大幅提高了火箭的重复利用率。这些技术革新使卫星发射成本不断下降。

(3) 星座与编队技术方面

卫星组网主要通过卫星星座技术与编队飞行技术实现,即通过多颗卫星协同工作完成特定空间任务。

(4) 宽带化与软件化技术方面

高通量卫星通过采用高频段、波束成形、多点波束、抗干扰、频率复用、高波束增益等通信技术使得同样尺寸天线的增益更高,卫星通信吞吐容量增大,进一步促进了卫星接收终端的宽带化。

星上通信计算载荷的软件化以微型计算机为核心,采用超大规模集成电路,利用软件工程技术和软件无线电技术,把无线通信功能用软件来实现。软件化减少了卫星对各类硬件的需求,可进一步降低卫星重量,提升卫星利用率。

通过这些技术上的突破,使在短时间内完成大量卫星的设计、生产、测试及发射成为可能,对于利用小卫星构建低轨卫星星座系统的实现具有极大的推动作用。

2.3 、发展现状:低轨卫星通信带动行业景气发展

随着市场对于移动互联网需求的日益突显,以及卫星技术的不断进步, 基于卫星通信的天基互联网被人们看好。当前,各国纷纷将天基互联网建设上升为国家战略。

因为频率和轨道资源有限,在美、俄等航天强国的推动下,国际规则中卫星频率和轨道资源的主要分配形式为“先申报就可优先使用”的抢占方式, 日益增长的需求使得卫星频率轨道资源争夺白热化。如今地球同步轨道有效轨位资源已经非常紧张,各国纷纷将目标瞄准低轨道,预计该轨道内卫星数量会快速增长;频率资源方面,C 频段和 Ku 频段资源紧张,通信卫星向高频段发展的趋势明显,目前 Ka 频段是国际上大多数高通量卫星的首选,而Q/V 频段同样有巨头企业提前布局。

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存在需求、技术可行、资源有限,多重因素促使世界上多家公司布局低轨卫星通信及天基互联网,从而带动了卫星通信乃至卫星行业的景气发展。

2.3.1 、国外多家企业批量发射卫星及开始运营

目前国外提出卫星互联网计划的既有波音、O3b、Telesat、ViaSat 等老牌企业,也有 OneWeb、SpaceX、Theia、Audacy 等新兴科技公司。

O3b 星座系统是目前全球唯一一个成功投入商业运营的中地球轨道(MEO)卫星通信系统。

2017 年,一网公司(OneWeb)成为第一家获得 FCC 准入许可的低轨星座公司。2019 年 2 月。OneWeb 旗下首批 6 颗星座卫星发射升空,太空互联网计划进入部署阶段。

太空探索技术公司(SpaceX)的 Starlink 星座项目规模庞大。该公司计划于 2015 年 1 月正式提出,拟发射约 12000 颗小卫星建设两个天基互联网。2018 年SpaceX 获得 FCC 低轨道卫星通信网准入许可,并发射了两颗测试卫星。2019 年 5 月,首批 60 颗“星链”卫星被一次性发射入轨,创下了人类历史上单次卫星发射升空数量之最。同年 11 月,第二批 60 颗“星链”卫星再次发射并成功入轨。后续每批的发射间隔时间明显缩短,2020 年 3 月18 日,SpaceX 将第六批 60 颗“星链”卫星成功送入太空。至此,该公司已累计发射近 360 颗星链卫星,成为迄今为止全世界拥有卫星数量最多的商业卫星运营商。

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此外,波音公司提出了规模近3000 颗卫星的星座计划,亚马逊提出3200多颗低轨卫星计划,LeoSat MA 公司提出 80 颗卫星的低轨星座计划。

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2.3.2 、国内紧跟国外加速布局及试验验证步伐

在全球低轨卫星及天基互联网的发展推动下,国内多家国有和民营企业,也积极参与到该领域的竞争。中国航天科技集团的鸿雁星座、中国航天科工集团的虹云工程是两个国家重大航天工程,二者于 2018 年相继成功发射了各自的第一颗试验性质卫星进入轨道,低轨宽带通信卫星系统建设实现零的突破,国内打造天基互联网迈出了关键一步。

其中鸿雁星座一期 60 颗卫星预计 2022 年组网运营,届时将成为中国首个满足基本卫星数据通信需求的系统。

虹云工程计划发射 156 颗卫星,它们在距离地面 1000 公里的轨道上组网运行,构建一个星载宽带全球移动互联网络,实现网络无差别的全球覆盖。按照规划,整个虹云工程被分解为“1 4 156”三步。第一步计划在 2018 年前,发射第一颗技术验证星,实现单星关键技术验证;第二步到“十三五” 末,发射 4 颗业务试验星,组建一个小星座,让用户进行初步业务体验;第三步到“十四五”末,实现全部 156 颗卫星组网运行,完成业务星座构建。

民营企业中,九天微星物联网星座计划于 2020 年底前部署完成 72 颗低轨卫星。银河航天计划打造全球领先的低轨宽带通信卫星星座——银河Galaxy 卫星星座,建立一个覆盖全球的天地融合 5G 通信网络。星网宇达、和德宇航、欧科威等公司也公布了低轨卫星计划。

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考虑到还有未列入到以上表格的星座计划,可以预见,未来国内将有更多的低轨道通信卫星升空。如果已公布的卫星计划均能够实际开展,我们估计,国内在未来几年的低轨卫星制造及发射数量将达到 2000 颗以上。而且这是在原有航天工业市场规模上的增量,从卫星制造、航天发射到通信服务组成的产业链将迎来发展机遇。

3、低轨卫星通讯带动卫星产业链发展提速

3.1、行业产业链多个环节 2018 年同比增长

卫星通信属于卫星行业的细分领域,产业链结构与卫星行业相同,涵盖卫星制造、发射服务、地面设备制造、运营与服务等环节。在下游的应用方面会与导航、遥感等方向存在一定差别。

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根据美国卫星产业协会(Satellite Industry Association, SIA)发布的2019 年卫星产业状况报告,2018 年卫星产业总收入为 2774 亿美元,与上年相比增长了 3%。

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各方面业务在 2018 年度的收入为:

卫星制造收入 195 亿美元,占总收入比 7.0%,同比增长 26%; 发射服务收入 62 亿美元,占总收入比 2.2%,同比增长 34%;

地面设备制造收入 1252 亿美元,占总收入比 45.1%,同比增长了 5%; 卫星服务收入 1265 亿美元,占总收入比 45.6%,同比下降 1.7%。

处于产业链上游的卫星制造及发射产业受需求端的拉动,相比前一年有较大幅度的增长。地面设备制造业和卫星服务产业面向用户实现通讯、遥感、导航等方向的具体功能,体量较大。

卫星服务收入的 1265 亿美元中,扣除遥感服务收入 21 亿美元,通信服务收入为 1244 亿美元。通信服务中,电视服务以 76%占据最大比例,其他各项业务特别是移动通信和宽带,仍占比较少。

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下面主要结合国内情况,对卫星/卫星通信产业链以及开展低轨通信卫星星座建设可能对产业链当中各环节产生的影响进行介绍和分析。

3.2 、卫星制造:有望直接受益于低轨通信卫星增量需求

卫星制造包括卫星整体制造、部组件和分系统制造。近年来,随着科技的进步以及低轨通信卫星星座建设的提速,低成本小卫星将在短期内存在大量的需求。受此影响,小型化、模块化将成为卫星制造的发展趋势,并且小卫星产业迅速发展将带动卫星制造市场。

市场规模方面,SIA 统计 2018 年全球卫星制造收入 195 亿美元,同比增长 26%。

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卫星的价格方面,受卫星性能指标、制造商的成本、技术水平及加工能力等方面影响,不同的卫星价格会存在差异,而各公司单颗卫星的造价信息也少有公开。在此通过 Starlink 的有关报道对于当前受到关注的低轨通信卫星价格作简单估算如下:

SpaceX 公司 12000 颗卫星的预算为不少于 100 亿美元,可以近似认为单颗 Starlink 卫星的造价在 83 万美元以上。每艘猎鹰 9 火箭的发射价格为6200 万美元,其可将 60 颗 Starlink 卫星送入轨道,而SpaceX 总裁马斯克曾介绍当前将该卫星送入轨道所需的花费已经超过卫星本身的造价,从而可估计Starlink 低轨通信卫星单颗价格大概介于 83-103 万美元之间。

OneWeb 公司低轨通信卫星的单价也约为 100 万美元,与 Starlink 卫星的价格相当。

国内从事卫星制造的企业方面,国有航天军工集团企业中国航天科技集团、中国航天科工集团在基础设施、资金配套、技术创新、重大航天科技项目方面具备突出优势,能够完成各类卫星的制造,是卫星制造领域的龙头。近来,中国科学院微小卫星创新研究院等国有企业也开始参与小型卫星的制造,而微小卫星制造也逐渐开始成为民用航天企业的重要方向,欧比特、天仪研究院、银河航天、九天微星、微纳星空等企业纷纷聚焦微小卫星制造, 成长迅速。

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由于目前国内低轨通信卫星尚未开始成规模的批量化生产,而且卫星属于高科技产品,前期研发需有大量的资金投入。结合 SpaceX 公司 Starlink 卫星以及 OneWeb 公司卫星的价格情况,我们假设国内的星座计划采用与Starlink 和 OneWeb 公司同等级的低轨通信卫星,量产后平均价格约为 700 万元人民币。按照上文国内将发射 2000 颗以上低轨小卫星估算,在卫星制造市场,将产生约 140 亿元以上的市场增量。

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3.3 、卫星发射:有望继续随发射需求增加而快速增长

卫星发射服务主要包括发射场服务和火箭研制两部分。

市场规模方面,SIA 统计 2018 年全球卫星发射服务收入 62 亿美元,同比增长 34%。考虑未来几年多家公司将继续发射数量众多的低轨卫星,预计发射服务收入将继续保持较快增长。

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中国目前共有四个航天发射场地,分别是酒泉卫星发射中心、西昌卫星发射中心、太原卫星发射中心和海南文昌航天发射中心,由军方管理。目前有关管理部门正在积极探索解决发射场商业化的问题。

火箭研制方面,航天科技集团和航天科工集团是一直以来国内火箭研制和发射服务的主要承担者。航天科技集团旗下的长征系列火箭拥有近 20 个具体型号,可以承担从小型到重型航天器的各种发射服务。航天科工集团旗下的开拓者系列火箭、快舟系列火箭是小型固体发动机火箭,可以承担近地轨道发射任务。

此外,星际荣耀、蓝箭航天、零壹空间、九州云箭、翎客航天等民营火箭公司近年来不断涌现,有望为国内中小型火箭市场提供更多的选择,有效提升低轨道运载能力并降低发射成本。

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发射服务的价格方面,随着科技的进步,火箭发射的价格显著降低。例如运载能力同样是能将 22 吨左右的载荷输送至近地轨道,1997 年美国的TITAN IV 运载火箭发射费用约为 4 亿(当年美元价格);2004 年美国的DELTA IV 重型火箭发射费用约为 2.4 亿(当年美元价格);而现在的猎鹰 9 号发射费用仅需 6200 万美元。

当前,卫星发射商业化经营较为突出的是 SpaceX 公司。其 FALCON猎鹰 9 号火箭,发射价格为 6200 万美元/次,将载荷输送至近地轨道的价格约为 2700 美元/公斤。猎鹰重型火箭为 9000 万美元/次,将载荷输送至近地轨道的价格约为 1400 美元/公斤

国内目前在国际上最具商业优势的快舟一号甲火箭,对低轨卫星发射, 其发射成本约为 10000 美元/公斤。而利用“可重复使用火箭”技术,发射到近地轨道的价格也降低至 5000 美元/公斤。

Starlink 卫星单颗重量约为 220-250 公斤;如果国内低轨通信卫星按照每颗 240 公斤预估,数量为 2000 颗以上,暂不考虑发射载荷重量余量进行保守估计,则低轨卫星星座建设将为卫星发射市场带来约 168 亿元人民币以上的增量。

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3.4 、地面设备制造:有望受益于设备的增量及升级换代

地面设备制造包括网络设备和用户终端设备两大类。其中,网络设备主要包括地面站、控制站、静中通、动中通等产品;用户终端设备主要包括卫星电视终端、卫星无线电终端、卫星宽带终端、卫星移动通信终端等组件和产品。

地面设备制造因使用需求量较大、生产难度及资金门槛相对较低,有中电科集团等国企以及大量的民营企业参与,市场竞争较为激烈。

市场规模方面,SIA 统计 2018 年全球地面设备制造收入 1252 亿美元, 同比增长了 5%。

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低轨通信卫星星座组网完成后,在星座运营和用户使用层面,由于与传统通信方式之间的差别,会带来地面设备的升级换代以及新增方面的需求, 地面设备制造市场有望在星座组网的中后期以及后续的运营期间持续受益。

3.5、运营及服务:有望受益于组网完成后的应用打开

商业航天的应用方向主要包括通信、导航和遥感等。不同方向之间,运营及服务也存在差别。

市场规模方面,SIA 统计 2018 年全球卫星运营及服务领域收入 1265 亿美元,同比下降 1.7%。

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通信卫星运营一般分为空间段运营和地面段运营两部分。

空间段运营主要是通信卫星转发器租赁等业务。由于设施投资规模大、运维专业性强、属于空间基础设施的特点,一般由专业的通信卫星运营商投资、建设和运营。地面段主要包括支持用户访问卫星转发器并实现用户间通信的地面设施。由于投资规模小、运维成本低、与用户使用直接相关的特点, 一般是由卫星通信用户投资,并由用户或者专业机构运营。地面段运营的公司较多,主要有中国直播卫星有限公司、中国电信集团卫星通信公司、众多VSAT 运营商、以及多个新兴的商业卫星公司。卫星运营企业需要对在轨卫星进行实时监测,并对设备进行日常维护,为下游行业客户提供各类型的卫星服务。在产业链中的角色类似于电信运营商。

卫星地面段由于投资规模小、运维成本低、与用户使用直接相关的特点, 一般是由卫星广播通信用户投资,并由用户或者专业机构运营。

卫星通信服务主要包括卫星广播(BSS,Broadcast Satellite Service)、卫星固定(FSS,Fixed Satellite Service)、卫星移动(MSS,Mobile Satellite Service)服务等。卫星广播指通信卫星直接向用户转播音频、视频和数据等信息,具有信息单向传输、一发多收等特点。卫星固定业务是目前绝大多数常规通信卫星提供的业务类型,特别是对地静止卫星广泛提供了VSAT 通信、电视直播到户、电视节目传输、应急通信等卫星通信服务。卫星移动业务是指利用中继卫星实现移动终端之间通信的无线通信业务。

运营及服务环节是卫星通信产业规模相对较高的领域。参照此前卫星广播电视、导航等已经得到了广泛的应用,以及天通系列卫星已经开始带动卫星移动通信市场,低轨卫星通信领域将成为新的经济增长点,市场开拓潜力巨大。

3.6、产业壁垒:上下游逐渐放开,地面段竞争激烈

在近年来全球低轨卫星及天基互联网的发展推动下,国内制定了一系列火箭研发、卫星制造、卫星应用等领域向民间资本开放的政策。如 2016 年12 月 27 日,国务院发布《2016 中国的航天》提出“进一步完善准入和退出机制,建立航天投资项目清单管理制度,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动,大力发展商业航天”,为国内民间资本和企业能够参与商业航天产业提供了可能性。

目前,进入卫星通信行业仍存在一定壁垒,主要体现在资质、技术及资金等方面。以下结合产业链,对各环节的进入壁垒进行分析。

(1) 卫星制造与发射

卫星制造、发射,包括火箭的制造,其技术密集、资本密集、高集成总装的特点决定市场格局相对集中,垄断特征明显。世界上只有少数几个国家掌握相关技术,而且相关国家也都是由国家级的科研机构或极少几个大型军工企业掌控核心技术。基于国内航天工业的总体布局、历史沿革和发展现状, 此前国内拥有通信卫星和运载火箭制造能力,且能够商业化应用的研制主体主要集中在航天科技集团、航天科工集团、电子科技集团等系统内单位。随着政策逐渐放开,卫星制造与发射环节的资质壁垒逐渐减弱,已有民营企业在参与。

卫星制造与发射又同时具有技术密集、资金密集的特点,高精尖的技术方面要求以及动辄百万、千万美元量级的卫星制造、火箭制造及发射费用, 对于民营企业来说具有较高的技术壁垒和资金壁垒。

目前国内共有四个航天发射场地,完全归属军方管控.

卫星间激光通信的目标市场(卫星行业深度报告)(22)

(2)地面设备制造

地面设备包括网络设备和用户终端设备两大类,因进入壁垒较低,该环节参与竞争的企业有中电科集团等国企以及大量的民营企业,竞争较为激烈。

其中,网络设备主要包括地面站、控制站、静中通、动中通等产品;用户终端设备主要包括卫星电视终端、卫星无线电终端、卫星宽带终端、卫星移动通信终端等组件和产品。

卫星间激光通信的目标市场(卫星行业深度报告)(23)

(3) 运营及服务

在国内,通信卫星运营业务属于基础电信业务,经营基础电信业务需取得由工信部颁发的《基础电信业务经营许可证》才能开展经营活动。从取得该许可证的条件来看,基础电信业务经营许可对经营者的企业性质、技术水平、生产经营场所、资金规模等条件要求较高,经营资质的限制为新进入者设立了较高的资质壁垒。目前,取得卫星通信业务牌照的有运营“天通一号” 卫星的中国电信、运营“中星”系列卫星的中国卫通等企业,仍以大型国有通信企业为主。与这些企业相比,进入卫星通信行业的民营企业规模小、数量多,考虑到工信部等管理部门在实际管理方面的难度,我们认为短期内能够取得经营许可证并开展经营的可能性较小。参照移动通信领域曾经出现的虚拟移动业务,与当前已拥有经营许可权限的企业合作运营或许是个可行的模式。

卫星间激光通信的目标市场(卫星行业深度报告)(24)

4、投资建议(略,详见报告原文)

基于低轨通信卫星构建的天基互联网具有较好的市场前景,美国企业已经开始大批量发射低轨通信卫星,而卫星轨道资源及信号频段资源有限,我们认为国内卫星通信产业会加快发展步伐。首次覆盖,给予卫星行业“增持” 评级。

鉴于当前国内低轨通信卫星星座仍处于布局阶段,产业链上游主营卫星总装制造及生产配套器件的公司有望最先受益。我们推荐的投资标的包括: 卫星总装制造领域:中国卫星;核心器件配套领域:中航光电、航天电器、航天发展、宏达电子。

4.1、中国卫星(600118.SH)

4.2、中航光电(002179.SZ)

4.3、航天电器(002025.SZ)

4.4、航天发展(000547.SZ)

4.5、宏达电子(300726.SZ)

……

(报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:光大证券)

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