卫星互联网职业研讨:横跨军民范畴万亿新赛道迎迸发式基建新纪元
  发表时间:2024-04-15 01:51:15 | 作者:米乐首页 

  空六合一体网络是面向未来的通讯网络,卫星互联网是打通空六合大互联不行短少的 一环。跟着信息技能的翻开,人类活动对通讯网络的要求继续进步,移动通讯从 2G 发 展到 5G,网络速度从约 100kbps 进步到 5G 时代的 1Gbps,25 年间进步了 1 万倍。随 着人类活动和经济出产活动的不断扩展,咱们进入了万物互联的新时代,对网络通讯的 需求也从速度进步,逐步向通讯互联时刻、互联空间等范畴全面拓宽,现有通讯网络对 山区、沙漠、海洋、天空等人际活动稀疏的当地掩盖严峻缺乏,而虚拟实践、主动驾驶、 物联网等新工业也对通讯容量、通讯推迟提出了全新的要求。空六合一体化网络技能在 新时代的需求下应运而生。

  卫星互联网具有广掩盖、低延时、宽带化、低本钱等特征,是空天一体网络的必要组 成部分,其在国防军事和民用范畴有着极为广泛的运用和巨大的潜在价值。 军用:卫星互联网在国防范畴具有巨大潜力。其在战役中的运用包含:支撑网络言论、 确保地上使命、串联情报信息、支撑准确冲击、援助无人机作战、反网络电子干扰。具 备的潜在战斗才干包含:方针侦察才干、电子对立才干、反导阻拦才干、通讯确保才干。 2020 年美国陆军与 SpaceX 签署协作研发协议,将 Starlink 宽带卫星衔接到军事通讯网 络。从当时的趋势看,Starlink 的技能将从民用为主转为军民共举的方向,成为美军未 来作战理念新载体。

  民用:卫星互联网是处理地球“无互联网”人口数字间隔的有用手法之一。现在,地 球上超越 70%的地舆空间,触及 30 亿人口未能完结互联网掩盖。卫星互联网具有广覆 盖、低延时、宽带化、低本钱等特征,是处理地球“无互联网”人口数字间隔的重要手 段之一,也是完结网络信息地域接连掩盖的有用弥补。

  1)广掩盖:可完结全球宽带无缝通讯。传统地上通讯主干网在海洋、沙漠及山区偏僻 区域等严苛环境下铺设难度大且运营本钱高,在互联网浸透率低的区域经过安置传统通 信主干网络进行延伸遍及已存在实践妨碍。据 ITU 核算,2021 年全球仍有 37%的人口 未接入互联网,非洲等区域 4G 网络掩盖率仅在 50%上下。

  相较而言,卫星互联网具有“天主视角”的优势,能够向全球各个地域供给信息通讯服 务,然后完结全球宽带无缝通讯。现在已有多家卫星联网公司给出了掩盖全球或是掩盖 全球大部分区域的计划,卫星通讯完结全球无网络死角指日可下。

  2)低延时:可完结延时与地上网络适当。关于延时灵敏类事务,如:金融交易、网络 游戏、虚拟实践等,其对传输时延有着极高的要求。以 SpaceX 发表的其星链互联网测 试效果,星链互联网的下载速率为 102 至 103Mbps,上传速率为 40 至 42Mbps,推迟 为 18 至 19 毫秒。依据数据,美国固定宽带的均匀推迟为 22 毫秒,移动 网络的均匀推迟为 39 毫秒。星链互联网的推迟已与地上宽带大致适当。

  3)低本钱:制作本钱低于地上通讯设备。SpaceX 的官方音讯称,Starlink 卫星通讯星 座的总出资额约为 200-300 亿美元,折合人民币 1300-2000 亿元,初期需求 50-100 亿 美元才干全面投入运营。而地上 5G 的安置本钱,据麦肯锡猜测,榜首轮全球 5G 安置 将投入 7000-9000亿美元,且2030年仅有美国、我国、欧洲等区域能够享用5G网络。 由此可见,卫星互联网制作与地上通讯设备制作比较,其本钱具有很大优势。

  4)宽带化:高通量卫星技能日渐老练。高频段、多点波束和频率复用等技能的运用显 著进步了通讯才干,下降了单位宽带本钱,能满意高信息速率事务的需求,极大的拓宽 了运用场景。4G 体系要求的下行速度均匀为 100Mbit/s 左右,5G 要求的下行体会速率 要到达 1Gbit/s,峰值速率最高要到达 20Gbit/s,Starlink 卫星通讯星座全球测验的效果 峰值速率能够到达 649Mbit/s,SpaceX 均匀速率方针为 50-150Mbit/s,可见 Starlink 卫 星通讯星座能到达的速率与 4G 的水平根本相等。从用户容量上看,Starlink 单星通讯容 量现已与单个 5G 宏基站的容量根本相等,理论带宽也已挨近 5G,跟着技能的老练、传 输速率的进步,卫星通讯宽带化的特征将进一步凸显。

  卫星通讯是当今必不行少的通讯办法之一。卫星通讯是运用人造地球卫星作为中继站 转发或反射无线电信号,在卫星通讯地球站之间或地球站与航天器之间的通讯。卫星通 信是航天技能和现代通讯技能相结合的重要效果,在广播电视、移动通讯及宽带互联网 等范畴起到了广泛的运用,是当今必不行少的通讯办法之一。 卫星通讯本质上是运用通讯卫星作为中继站而进行的一种特别的无线电中继通讯。卫 星通讯体系由通讯卫星、通讯地球站分体系、盯梢遥测及指令分体系和监控办理分体系 等四大功用部分组成。

  通讯卫星占全球在轨卫星半数以上,是人类最为高频运用的航天器之一。截止 2022 年 5 月 UCS 发布的数据,全球共有在轨卫星 5465 颗,通讯卫星数量达 3613 颗,份额达 66%,占有了在轨卫星的半壁河山。

  轨迹与卫星的使命密切相关,依据轨迹高度不同,通讯卫星常用轨迹包含低地球轨迹、 中地球轨迹和地球停止轨迹。依照卫星的使命要求,挑选最有利的运转轨迹是轨迹规划 的首要作业,依据其运转轨迹间隔地上的高度来分类。

  从带宽视点看,卫星通讯可分为宽带通讯和窄带通讯,Ka 频段的宽带通讯是重要翻开 方向。宽带通讯卫星大多选用 Ka 频段,首要方针是经过卫星进行话音、数据、图画和 视频的处理和传送,为多媒体和高数据率的互联网运用供给一种无所不在的通讯办法。 宽带通讯卫星较以往的通讯卫星最大的差异在于,其能够供给的事务由低速事务及话音 事务变为互联网和多媒体事务,现在全球多国都已开端研发和制作宽带通讯卫星。

  卫星通讯的运用场景及潜在运用场景十分宽广。卫星通讯运用场景横跨军民,依据 UCS 数据,截止到 2022 年 5 月,在轨卫星中商业用处卫星占比达 77%,军事用处卫星占比 为 10%。依据卫星的不同运用场景,卫星通讯可分为电视及声响直播、边远区域通讯、 专用网通讯、双向数据分发(如高速互联网接入、物联网)、军用通讯等。

  高通量通讯卫星(HTS),亦叫超高吞吐量通讯卫星,高通量通讯卫星常运用频率资源 的多倍复用来进步吞吐量,能供给传统卫星的数十倍乃至上百倍的容量。高通量通讯卫 星的首要有 3 大特征:1)技能晋级;2)频段拓宽;3)轨迹开发。这些特征使卫星具 备更大的通讯容量,一起下降了单位带宽的本钱。

  1)技能晋级:高通量卫星是相关于运用相同频率资源的传统通讯卫星而言的,首要技 术特征包含多点波束、频率复用、高波束增益等。多点波束方面,运用许多点波束完结 广域规划掩盖;频率复用方面,点波束之间能够完结子波段的复用,添加频谱运用率和卫星通讯容量;波束增益方面,波束宽度窄进步天线增益,下降终端天线口径,进步频 谱运用率,进步数据传输速率。 2)频段拓宽:传统运用的 C、Ku 频段逐步饱满,高通量卫星逐步向更高频段翻开,如 运用 Ka 频段的我国首颗高通量卫星中星 16 号,又例如银河航天的运用 Q/V 频段的 5G 通讯卫星。运用如 Ku、Ka 高频波段,能有用进步通讯速率,一起高频段资源丰厚可用 频带宽(Ka 频段可用频带宽高达 3.5GHz,超越现有 L、S、C、Ku 频段总和),但遇云/ 雨衰减较大。 3)轨迹开发:与频段资源相似,轨迹资源是稀缺资源,特别是赤道同步轨迹仅此一条, 为了供给更高容量,也为了满意更高的通讯需求,高通量卫星从以GEO(地球同步轨迹) 为主导向 LEO(低地球轨迹)延伸。

  高通量卫星凭仗高吞吐量、低单位带宽本钱、数据传输速度快等优势,为通讯卫星行 业带来了更多的运用或许,具有宽广的商业化远景,商场空间巨大。美国在高通量卫 星范畴国际抢先,Viasat 公司的高通量卫星经过三代翻开,已到达单星数百 Gbps 通讯 带宽的才干(Viasat-3 容量将超越 500Gbps,乃至可到达 Tbps 等级)。

  卫星通讯选用高通量通讯卫星是大势所趋。跟着通讯、互联网和多媒体运用的逐步普 及,卫星通讯关于宽带化、高通讯容量的需求越来越激烈,并伴跟着制作技能的日渐成 熟以及发射本钱的日渐低价,卫星通讯职业翻开高通量通讯卫星已成定局。高通量卫星 的运用场景也在不断地丰厚,其在卫星数量、通讯容量、商场需求和运营收入方面均实 现了快速添加。 2004-2020 年,地球同步轨迹通讯卫星年发射数量小幅上涨,但同步轨迹高通量卫星 (GEO-HTS)数量大幅上升,2018 年到达顶峰,但年发射数量为 2004 年的 4.3 倍,占 当年同步轨迹通讯卫星的 50%,由此可见消费商场对高通量通讯卫星需求之旺盛。

  我国高通量卫星与国际最先进水平比较还有必定间隔,但一向继续打破和探究,从中星 16 到中星 26,我国已构成初具规划的高通量卫星产品宗族和服务才干,我国卫通正在 活泼翻开我国第三代高通量卫星(容量将超越 300Gbps)。2023 年 2 月 23 日,我国首 颗超 100Gbps 容量的高通量卫星——中星 26 号卫星成功发射,该星是我国现在通讯容 量最大、波束最多、技能最杂乱的民商用通讯卫星,中星 26 的成功发射入轨标志着我 国全面敞开卫星互联网运用服务新时代。

  低轨星座具有时延小、单星造价低、体系通讯容量大等特征,在高通量卫星范畴取得 更多喜爱,是当下卫星互联网制作的干流挑选。跟着低轨卫星的技能日益老练,结合 低轨卫星本身具有低本钱、掩盖才干强等优势,现在低轨卫星的发射节奏远超高轨卫星, 截止至 2022 年 12 月 11 日,全球共发射低轨卫星 12516 颗,仅 2022 年全球共发射 2273 颗低轨卫星,占全年一切发射卫星数量的 98.6%。由多颗低轨卫星组网而成的星 座计划应运而生,再结合高、中、低轨卫星的特征与优势,组合构成卫星互联网,卫星 互联网作为地上通讯体系的弥补,正式迈入了遍及时代。

  空六合一体化网络现已成为包含我国在内的多个国家确立为面向未来的 6G 通讯构架的 中心方向。在 6G 时代,天基(高轨/中轨/低轨卫星)、空基(临空/高空/低空飞翔器) 等网络将与地基(蜂窝/WiFi/有线)网络深度交融,构建起全球广域掩盖的空六合一体 化三维立体网络,为用户供给无盲区的宽带移动通讯服务。现在全球国际组织现已翻开 了针对空六合一体化网络的研讨及规范化作业。

  将卫星互联归入 6G 网络中心架构是 6G 相较以往任何移动通讯体系最深的革新之一。 6G 通讯技能不再是简略的网络容量和传输速率的打破,更是为了缩小数字间隔,完结 全球无缝掩盖,完结“万物互联”这个终极方针,全面服务新一轮的技能立异和工业革 命。6G 网络架构的一个严峻改变是:从地上接入向空六合海泛在接入的改变,需求支 持天基、空基、地基多种接入办法,固定、移动、卫星多种衔接类型。作为未来通讯重 要的根底设备,卫星互联网将为全球供给低本钱互联服务。

  国际各国对 6G 高度重视,纷繁发起相关研讨和规范化作业,提早布局下一代移动通讯 体系,并且瑞典、韩国等国现已明晰在试点运用范畴、时刻节点上面作出了规划。

  6G 时代是我国不会也不能错失的新时代,翻开卫星互联网势在必行。我国从 4G 时代 开端开端布局上游中心范畴如协议规范、基带芯片的拟定和研发并且取得重要效果,在 5G 时代跃升国际一流的移动通讯强国,华为对 3GPP 贡献了超越 25000 个规范,国际 排名榜首。6G 时代也必将是我国不会错失也不能错失的新时代。

  5G NTN 落地,逐步向完结空六合互联过度。传统卫星通讯均需求专用的接纳终端,受 限于专用终端的价格、体积,用户集体受限。2022 年 6 月,3GPP 正式冻住 5G Release17 版别, 支 持 手 机 与 卫 星 直 接 通 信 的 所 谓 “ 非 地 面 网 络 ( NonterrestrialNetwork,NTN)”功用被正式界说,手机直连卫星工业化向前跨进一大步。 高通、爱立信、泰雷兹、联发科、中兴等通讯巨子的参加,极大推动卫星互联网走进大 众消费的进程。

  1.3.3 移动通讯巨子前瞻布局卫星通讯与蜂窝网络交融,手机直连卫星时代已到来

  卫星通讯与移动通讯走向交融是大趋势。未来移动通讯网络将以地上蜂窝通讯为依托、 卫星天基网络为拓宽,构建星地交融一体化立体掩盖网络。从 2017 年到 2022 年间, ITU、3GPP 和 ETSI 大力翻开并推动依据 5G 体系的卫星互联网星座组网探究,拉开了 卫星互联网与地上蜂窝体系体系走向交融的前奏。

  手机直连卫星,移动终端厂商在卫星互联的布局已悄然翻开。卫星衔接能够协助添补 地上蜂窝网络的空白,运用卫星互联网为手机供给服务已成为电信公司、手机制作商和 卫星运营商较为重视的范畴,多家厂商活泼布局手机直连卫星的事务与产品。

  卫星互联网的翻开起始于 20 世纪 80 时代,至今现已历了 30 余年、三个阶段的翻开。 现在已翻开至与地上通讯网络交融的第三阶段,以一网公司(OneWeb)、太空探究公 司(SpaceX)等为代表的企业开端主导新式卫星互联网制作。在这个阶段,卫星互联 网与地上通讯体系进行更多的互补协作,交融翻开。

  榜首阶段(20 世纪 80 时代末至 2000 年):妄图代替地上通讯网络。这期间以铱星 (Iridi-um)、全球星(Globalstar)、轨迹通讯(Orbcomm)、“泰利迪斯”(Teledesic) 和“天空之桥”(Skybridge)体系为代表,力求重建一个天基网络,出售独立的卫星电 话或上网终端与地上电信运营商竞赛用户。但由于这些体系对商场定位与用户挑选的错 误、技能杂乱、投入本钱昂扬、研发周期长以及体系才干落后,终究宣告失利。

  第二阶段(2000—2014 年):卫星成为地上通讯的“填隙”。以新铱星、全球星和轨 道通讯公司为代表,既为电信运营商供给一部分容量弥补和备份,也在海事、航空等极 端条件下面向终究用户供给移动通讯服务,与地上电信运营商存在必定程度的竞赛,但 首要仍是作为地上通讯手法的“填隙”,规划有限。

  第三阶段(2014 年至今):卫星与地上体系交融翻开。以一网公司(OneWeb)、太空探 索公司(SpaceX)等为代表的企业开端主导新式卫星互联网星座制作。卫星互联网与地上 通讯体系进行更多的互补协作、交融翻开。卫星作业频段进一步进步,向着高通量方向 继续翻开,卫星互联网制作逐步步入宽带互联网时期。

  自 2015 年 SpaceX 发布 Starlink 计划以来,OneWeb、亚马逊等许多科技巨子相继发布 了卫星互联网星座计划,国际卫星互联空间争夺战的号角由此拉响;SpaceX 在 2019 年 开端加快推动星链制作,又一次将卫星互联网基建面向新的高潮。UCS 数据显现,全球 入轨的通讯卫星由 2009 年的 30 颗进步至 2021 年的 1366 颗,复合增速高达 37.5%, 尤其是 2020 年后跟着 SpaceX 公司的星链项目进入大规划制作阶段,通讯卫星发射已 步入迸发式添加阶段。

  由 SpaceX 星链制作引发的轨迹和频谱资源争夺战愈演愈烈,各国的星座项目也相继从 申报进入了实质性的制作阶段,全球规划内的卫星互联网基建浪潮愈涌越强。仅 2022 年全球 186 次航天发射活动送入轨迹的 2484 个航天器中,其间 2413 个运转于近地轨 道,占比超越 97%。

  轨迹和频谱不行再生,“先占永得”,极具战略价值。太空轨迹与通讯频谱是有限的资 源,全球遵从的是“先登先占、先占永得”的规矩;依据我国信通院 2021 年 6 月发布 的《6G 全体愿景与潜在要害技能白皮书》测算,近地轨迹卫星总容量约为 10 万颗,仅 SpaceX 的 Starlink 请求 4.2 万颗占有 42%(累计发射 4001 颗,截止 2023.03.10 日数 据),空间资源极为紧缺。在 SpaceX 之后各国相继发布了规划纷歧的低轨星座计划,以 应对低轨空间与频谱争夺战。

  2.2 Starlink 身先士卒,多项底层技能立异驱动全球航天工业革新

  SpaceX 的 Starlink 是迄今为止成功发射卫星最多最快、取得落地同意国家最多、用 户数量规划最大、全球影响力最高的卫星星座。2022 年 12 月 19 日,SpaceX 公司宣告 其 Starlink 全球用户已超越 100 万,该宽带卫星网络现在掩盖全球七大洲 45 个国家, 地上站和用户首要散布在美洲、欧洲、澳大利亚。

  SpaceX 在火箭制作、火箭发射、卫星制作等多项范畴进行推翻式立异,极大起伏的降 低了航天器入轨发射本钱以及卫星制作本钱,让超大规划星座制作得以完结;一起也为 国际其他国家航天工业翻开供给新的思路。

  在卫星发射上,Starlink 选用“一箭多星”办法和“火箭收回”技能,进步卫星安置 速度的一起大幅下降发射本钱。火箭收回技能是下降发射本钱的要害,SpaceX 用不到 10 年的时刻完结“猎鹰”9 火箭从首飞到一级收回、一级复用、整流罩收回和整流罩复 用,经过继续改进技能计划,有用进步复用次数和功率并下降收回本钱。

  在一级火箭和整流罩完结收回和复用后火箭制作本钱大幅下降,卫星发射本钱也大幅 削减(-70%,未考虑收回后检测修补等本钱)。我国航天专家、航空航天工程师联合组 织“小火箭联合会”的创建者邢强博士充沛考虑了各项本钱,假定榜首级和第二级火箭 本钱份额为 4.35:1,赢利为报价 10%,一级火箭收回后检测修理本钱不超越 295 万美 元,得出结论:同一枚火箭的第 8 次发射报价将会是一次性火箭的一半,假如均匀每一 枚火箭能够发射 3 次的话,报价能够变为原报价的 63.1%。

  SpaceX 在星链卫星规划中,选用高度集成平板规划、相控阵收发天线、霍尔推动器、 星间激光通讯链路等新技能用以进步单星和星链的体系功用,并且卫星全体规划使其能 很好的习惯一箭多星的发射办法。现在猎鹰 9 号选用星箭一体化规划现已完结一箭 60 星,据 SpaceX 称,未来运用 STARSHIP 飞船,每次可发射 110-120 颗卫星。

  Starlink 十分重视研发、制作和发射的本钱操控。经过模块化规划完结大规划批量生 产降造本钱,“一箭多星”办法和“火箭收回”技能下降发射本钱,使大规划安置 成为或许。依据马斯克介绍,Starlink V1.0 型卫星制作本钱约为 50 万美元,选用猎鹰 9 号火箭发射,官方报价 6700 万美元,依照一箭 60 星的计划来预算,其单颗星发射本钱 约为 100 万美元左右。

  我国卫星互联网起步较晚但翻开较快,多个项目布局我国版“星链”。Starlink计划推出 后一年左右,我国航天科技和航天科工集团,就别离提出了“鸿雁工程”和“虹云工程” 低轨卫星通讯星座计划。当马斯克的 Starlink 首要进入商业化试运营的时分,我国互联 网星座也现已完结了榜首轮投入期。2016-2018 年间,航天科技、航天科工、我国电科、 我国电信等央企纷繁提出了各自的低轨互联网星座制作计划,并接连发射了实验星。 2020 年 4 月,国家发改委初次将卫星互联网作为网络根底设备归入“新基建”规划, 明晰了制作卫星互联网的严峻战略意义。同年 9 月,以“GW”公司名义向 ITU 提交星 座频谱请求,包含 GW-A59 和 GW-2 宽带星座计划,计划发射卫星总数量到达 12992 颗。 从现已发布计划的卫星星座规划来看,卫星互联网卫星规划总数量超越 1.6万颗。现在 我国现已发布计划的星座项目大部分现已发射了实验星,暂未完结卫星组网。

  国际互联网星座的翻开阅历了由衰转盛的进程。上个世纪鼓起的以 Iridium、Globalstar 等为代表的通讯卫星星座大部分于 2000 年前后宣告破产,在经过破产重组、调整事务 后,才具有了较强的商业竞赛力,勃发活力并供给服务至今。近年来低轨迹宽带卫星网 络体系再次呈现蓬勃翻开的态势。以低轨迹巨型卫星星座为特征,经过数百乃至数千颗 卫星供给全球规划的低时延宽带接入,Starlink、Oneweb、Lightspeed 等低轨迹巨型星 座的呈现为太空网络供给全新的选项。

  卫星互联网星座由衰转盛的首要原因有:终端及服务价格的下降、商场定位的调整、 数据传输才干的进步。 压低价格方面:许多企业经过破产重组剥离许多债款下降体系本钱,技能进步削减卫星 制作本钱和火箭发射本钱,使得更多顾客能够负担起卫星互联网服务。 商场定位方面:不再与地上通讯正面竞赛,而是作为地上体系的弥补、与地上通讯交融 翻开,在架起地上通讯体系本钱过高的区域表现竞赛力。 产品功用方面:相较传统带宽有限的 L、S、C 等频段,Starlink 等新式互联网星座选用 带宽更宽的 Ku 和 Ka 等更高频段,卫星数量也远远大于前期的星座,故其数据传输速率 也大大添加,能够接入宽带互联网,然后带来更多的潜在用户。

  我国星网道路渐明晰,进入加快制作阶段。早在 2016-2018 年,航天科工、航天科技 别离推出虹云、鸿雁星座计划敞开了“我国星链”的探究,接连发射实验星翻开相关技 术验证作业;跟着 2020 年 4 月卫星互联网初次归入“新基建”范畴,卫星互联网的战 略位置得到进一步加强;一年后的 2021 年 4 月,国资委发文宣告我国卫星网络集团有 限公司(我国星网)建立,我国卫星互联网翻开道路日渐明晰。 我国星网将成为我国卫星互联网的“总规划师”,统筹规划推动职业全面快速翻开。中 国星网公司由国资委注资 100 亿元并 100%持股,在卫星互联网翻开中承担着顶层规划, 资源整合,加强科技攻关,着力进步全工业链立异才干和全体效能,确保体系安全安稳、 自主可控的使命使命。我国星网公司在国资委企业名录排序 26,坐落我国电信(23 号)、 我国联通(24 号)、我国移动(25 号)之后,有望定位为第四大通讯运营商。 2022 年 2 月“星网工程”正式批复立项,我国星网计划制作一个包含 12992 颗卫星的 巨大星座体系。从现在现已发布规划的星座计划数量来看,未来我国星网将成为我国卫 星互联网职业的中心力气。2022 年 10 月星网公司通讯卫星 01/02 投标效果公示,我国 卫星互联敞开加快制作新征途。

  国资牵引,央企总抓,国有企业与民营企业协力共创,我国卫星互联网工业有望完结 跨过式翻开,首要完结空六合一体大互联。回忆海外卫星互联网翻开,绝大多数星座 是由单个公司独立主张独立制作,在网络制作初期没有到达必定卫星数量难以构成有用的广域服务,初期出本钱钱极高;一起在大规划制作阶段单一公司很难具有年产成百上 千的卫星制作才干,对星座扩张才干发生束缚;各家独立制作星座,难以在通讯协议、 接纳终端、基带芯片等环节构成统一规范,会进一步束缚卫星互联网像蜂窝通讯相同进 入千家万户。如铱星、Starlink 现在仍选用的关闭运营的办法,无法构成同享协同。而 我国卫星互联网制作由星网公司统筹,主干公司协同,国企民企协力共创的办法,短期 制作速度落后于美国,但在充沛汲取海外经历,统筹做好卫星通讯与地上蜂窝主干网络 协同,提早布局空六合一体万物互联协议拟定等中心环节,有望凭仗后发优势完结跨过 式翻开。

  卫星频率和轨迹资源归于不行再生资源,遵从“先占永得”准则,美国加快抢占频轨 资源倒逼我国低轨卫星制作加快。卫星频率和轨迹资源是有限的战略资源,由国际电信 联盟(ITU)依照“先登先占,先占永得”的准则进行和谐办理。卫星体系需求经过国 际申报—国际和谐—国际挂号的流程,才干被写入国际频率挂号总表,得到国际认可与 维护。据我国信通院预算,地球近地轨迹共可包容约 10 万颗卫星。到 2022 年 4 月 10 日,美国已请求低轨卫星超 5 万颗,是我国请求数量(约 1.6 万颗)的 3 倍以上,且已 占用低轨卫星通讯的黄金频段(Ku 频段)。 在轨迹资源方面:我国在轨卫星数量与美国比较仍有较大间隔。航天器之间需求坚持 安全间隔以防止磕碰,因而虽然太空宽广,可用的轨迹却是有限的。到 2022 年末, 全球在轨航天器数量到达 7,218 个,其间美国 4731 个(占全球总数的 65.5%),是我国 在轨航天器数量(704 个)的 6.7 倍。美国低轨和中高轨通讯卫星数量遥遥抢先,尤其是 具有低时延、发射本钱低一级优势的近地轨迹卫星,形势愈加严峻。

  在频率方面:经过多年翻开,优质频段都已被分割殆尽。较低频率的L、 S、C 频段资源简直殆尽,Ku、Ka 频段是地球停止轨迹宽带卫星的主用频段正在被许多 运用,现在巨子企业已提早布局 Q/V 频段。频谱资源与空间资源是卫星互联网翻开绕不 开的两个必备要素,优质频率资源的缺失也将束缚通讯星座的通讯带宽,使得通讯卫星 星座的实践效能遭到严峻影响。 7 年期限推动全球卫星发射进程。为了防止了只申报不发射的“纸卫星”的发生,ITU 要求各国主管部分在卫星频轨资源挂号后的 7 年内,发射卫星启用所申报的资源,不然 所申报的资源主动失效。这一约好使得各方不得不加快卫星发射进程,我国星网的制作 也将在这一条款的束缚下驶向快车道。

  提早占有轨迹有利于确保本国火箭发射使命的成功进行。运载火箭需求在一个适宜的 时刻段进行发射,称为“发射窗口”,发射窗口受地球自转、天气情况等许多要素影响。 当下我国 4 大卫星发射基地的年发射窗口次数也较为有限,若未来低轨迹被外国卫星大 量占有,则未来每次航天发射都需求预先同外国卫星和谐进行躲避,想要寻觅安全的发 射时刻窗口会越来越困难;我国正常的航天活动也将遭到极大影响,若在战时敌国进行 外太空层面的空域封闭将对战略导弹冲击才干进行封杀,严峻要挟国家安全。 现在在环地轨迹上 600 公里以下的物体约为 6100 个(NASA 2022 年 2 月数据,包含卫 星和太空废物),而 SpaceX 的星链计划第二代将使其添加五倍。这适当于在近地轨迹制 造一座屏障,迫使其他想要发射火箭的国家与 SpaceX 进行谈判和谐,假如在战时,就 能够对别国施行“太空封闭”。

  提早占有轨迹有利于防止本国航天器与别国发生磕碰,确保航天器安全运转。跟着轨 道的逐步拥堵,航天器间发生磕碰的概率会增大,乃至引发连锁反应,导致许多空间物 被毁。Starlink 卫星就曾两度挨近我国空间站,使得我国空间站施行主动躲避。运用本 国卫星占有轨迹,有利于防止他国航天器要挟本国航天器的安全。

  2.4.3 Starlink 在俄乌战场崭露头角,星盾计划将低轨星座全面面向国防商场

  Starlink 在俄乌战役中崭露头角,对战场形势发生严峻影响。在俄乌抵触迸发初期, SpaceX 宣告为乌克兰供给 Starlink 卫星通讯服务并取得成功,到 2022 年 10 月,乌 克兰境内大约有 25,000 个 Starlink 终端(包含军用以及民用)。凭仗星链终端易于安置、 体积小、本钱低、传输速率高、通讯推迟小等特征,在抵触中,Starlink 在快速康复乌 境内网络通讯、援助乌武装力气情侦监活动和冲击俄军方针等均发挥了重要效果。 多方博弈旁边面凸显星链对战事的重要性。针对 Starlink 在战役对战场形势的影响,各方 博弈不断,俄方曾严峻遣词宣称考虑包含炸毁星链在内的举动以应对星链对俄罗斯作战 带来的晦气影响;一起马斯克也对 Starlink 的运用规划做了严厉的束缚以防止乌军战士 在星链协助下做出过激举动导致战役规划扩展;美国五角大楼则屡次在 SpaceX 称因无 法支撑乌军运用星链服务发生的昂扬本钱欲关停 Starlink 在乌服务时予以阻止,要求其 继续供给服务以协助乌克兰戎行对立俄军。

  Starlink 广泛参加俄乌抵触后,外界遍及认识到 Starlink 的军事化用处。2022 年 12 月 2 日,SpaceX 正式发布了名为星盾(Starshield)的卫星互联网星座项目,专门针对国家安 全和军事部分。星盾可看作 Starlink 的军用版别,该项意图推出标志着 SpaceX 公司正 式成为美国国防承包商,显现 Starlink 向军事化迈出要害一步。依据 SpaceX 公司的介 绍,星盾将接连该公司星链卫星的技能和发射才干。

  我国航天活动呈高速添加。我国航天作业起步于上世纪 60 时代,经过半个多世纪的发 展,我国已然现已跻身国际航天强国前列,我国在载人航天、探月工程、卫星导航、空 间站制作等范畴都取得举世瞩意图效果。2022 年我国空间站全面建成,我国是现在唯 一一个独立建成空间站的国家。2022 年我国航天发射 64 次,国际排名第二,发射活动 密布添加,较 2021 年 55 次添加 16%;《我国航天科技活动蓝皮书(2022 年)》显现, 我国 2023 年计划施行近 70 次宇航发射使命,继续坚持近 10%的添加。 我国航天作业首要力气为我国航天科工集团、我国航天科技集团两大央企军工集团,集 团总人数加总近 30 万人,强壮的科研人才储藏和工业配套,为我国卫星互联作业的发 展供给足够的技能和人才储藏。

  适用于低轨卫星发射的低本钱火箭推出,商业航天专用发射场制作推动,发射才干有 望继续改进,发射本钱逐步下降。2021 年我国航天发射次数 55 次居国际榜首,2022 年美国以 87次重夺榜首,仅 SpaceX就发射 61次,占美国发射总量的 70%,比较 2021 年的 31 发大幅添加 96.7%。SpaceX 的火箭收回技能趋于老练,在发射才干、发射本钱 大幅抢先国际各国竞赛对手。低轨卫星互联网制作需求密布高频次发射巨量卫星,发射才干缺乏和发射本钱居高不下严峻束缚我国卫星互联网的翻开。

  我国低本钱运载火箭取得阶段性效果。我国在低本钱运载火箭的开发上小步快跑往前走, 中科宇航依托中科院力学所和空天飞翔科技中心的科研力气和资源优势,打造“力箭” 宗族火箭;航天科技集团为商业航天发射推出的“捷龙”系列产品,在 2022 年都取得 严峻效果。在中科宇航工业化基地落地典礼上,中科宇航与多家战略伙伴签约“数量 200 颗,总质量 40 吨,签约金额达 16 亿”的协作协议,依据协议测算均匀发射本钱有 望下降至 4 万/kg。与此一起,蓝箭航天、星河动力等多家民营火箭企业也同步推出自 己的产品参加低本钱商业航天发射商场的竞赛。

  商业航天发射场制作有望大幅进步发射承载才干。我国现在首要的航天发射场有酒泉、 太原、文昌、西昌四大卫星发射中心,承载的都是国家严峻航天发射使命;国家严峻航 天航天发射使命具有战略位置高、研发周期长、项目价值量大、联调联试周期长、发射 安全要求高级特征,并不适用于现在高频迭代的商业航天发射需求。商业航天发射全体 处在生长期,发射失利时有发生,商业航天与严峻项目共用发射场将极大影响国家航天 发射使命。

  现在我国已规划东方航天港、海南商业航天发射场、宁波象山航天发射场规划及制作相 继落地,将极大进步我国商业航天发射才干,其间象山和海南商业发射场建成后将新增 130 发/年的发射才干,卫星互联网制作所需的发射配套才干得到大幅进步。

  多地布局卫星工业基地,推动卫星产能进步与本钱下降。跟着我国星座制作作业的全 面加快翻开,卫星制作的产能和本钱成为了亟待打破的瓶颈。卫星批量出产不只能使成 本大幅下降、出产功率大幅进步,并且也是构建大规划卫星星座必要的根底条件。为此 各区域政府、央企和一些民营企业,如银河航天、吉祥科技、九霄微星等,活泼布局建 设卫星工业基地,力求完结卫星制作的供应链主动化及工业化,以完结卫星的批量出产 和低本钱。

  民营航天力气关于我国商业航天翻开和卫星互联网制作至关重要,民营力气关于商业 航天发射所需求的低本钱、大规划、快速迭代、充沛竞赛等要素有着天然生成的敏锐性与适 应才干,并且能在本钱的加持下取得快速的生长。我国榜首批商业航天企业起步于 2014 年,经过 8 年翻开现已逐步生长出星河动力、银河航天等优异的民营商业航天公 司,民营力气全面浸透到运载火箭、火箭发起机、卫星全体以及上下游配套等各个环节, 对国有力气构成有力的弥补。 国家多项方针大力鼓舞和支撑民营企业参加空间技能开发。2014 年,国务院发布《关 于立异要点范畴投融资机制鼓舞社会出资的辅导定见》,提出“鼓舞民营企业、民营资 本参加国家空间技能根底制作”,标志着我国商业航天的萌发。自此开端,民营的卫星 制作、运营及服务公司、运载火箭企业等商业航天公司纷繁呈现,并迎来快速翻开。

  当地政府快速跟进,推出适宜当地优势和工业定位的方针支撑商业航天翻开。自此, 方针对商业航天的支撑导向益发明晰,从中央到当地,各级都出台了许多方针和文件, 对未来商业航天的翻开提出了更多导向和支撑。北京、上海、天津、湖北、湖南、海南、 安徽、浙江等地都在 2021 年至 2022 年接连出台了针对商业航天的支撑方针。

  本钱快速进入商业航天商场,加快工业翻开。自 2014 年起商业航天得到方针支撑, 2014-2021 航天范畴相关企业创建数量迸发式添加,企查查大数据研讨院数据显现,截 至 2021 年我国共有航天相关企业 9.5 万家;一起,商业航天范畴投融资活泼,泰伯智 库研讨显现 2014-2022 年商业航天范畴融资总额达 457 亿元。

  民营企业翻开迎来拐点,逐步成为卫星互联网工业的重要力气。民营银河航天中标星 网卫星项目、星河动力接连屡次成功发射入轨、蓝箭航天首台大推力液氧甲烷发起机挑 战入轨均显现出民营航天力气行将迎来工业拐点,为我国星网制作供给新的挑选。

  卫星工业是万亿赛道大工业,2021 年全球卫星工业产量达 2794 美元,低轨卫星迸发 将进一步拉动工业添加。SIA 数据显现,2021 全球卫星工业总产量 2794 亿美元 (+3.25%),其间卫星制作工业产量 137 亿美金(同比+12.23%),占全球卫星工业产 值的 4.9%,未来卫星互联网制作有望迎来加快翻开。依据现在国际干流星座的规划, 超越 7.4 万颗通讯卫星将被发射,是现有数量的 20.48 倍(UCS,到 2022.5 月,全球 在轨通讯卫星 3613),仅考虑卫星制作端,以 Starlink V1.0 现在卫星本钱单颗约 50 万 美金(其他星座单星本钱遍及高出数倍)测算,对应卫星制作工业规划至少 370 亿美金, 而由此拉动的卫星发射、卫星服务、地上设备商场别离为 158.5、3171.5、3851 亿美元。

  卫星工业链分为卫星制作、卫星发射、地上设备、卫星运营及服务四大工业环节,工业 链环节许多,包含机械、电子、资料、通讯、高端制作等在内的多品类工业产品,是典 型的杂乱高端制作业代表。

  现在在火箭总装还未有上市公司,火箭总装力气以国有大型军工集团为主,民营创业公 司快速在该范畴浸透;我国卫星(我国东方红卫星股份有限公司)是现在 A 股商场仅有 卫星总装上市公司,系航天科技集团旗下我国空间技能研讨院上市渠道,吉林长光有望 成为 A 股商业航天榜首股;在卫星制作和卫星制作范畴,绝大部分上市公司以零部件/ 分体系配套为主;斗极工业翻开较为老练,工业链公司散布在芯片、器材、终端、服务 各个范畴,竞赛较为充沛。

  以往大型卫星构成分为载荷部分与卫星渠道,分体式的规划在渠道载荷别离规划、别离 出产、渠道复用维度上有较强优势,但存在整星分量大、发射本钱高、不易于小型化的 问题。长光卫星党委书记贾红光在采访中介绍,星载一体化技能添加了载荷规划的灵敏 性,分量、体积可经过规划进一步下降,空间节约后,卫星“体重”大幅下降,“吉林 一号”高分 03 星“体重”已降至 40 公斤,分量只要榜首代卫星的 1/10,但降分量不 降目标,量下降,火箭运载本钱随之削减,曩昔能发射一颗星的价格,现在能够发射 10 颗星。咱们揣度,Starlink 的平板卫星规划遵从了渠道与载荷一体规划的办法,使其 能适宜大规划出产、高密度堆叠发射。

  载荷与姿轨控体系,是卫星制作的高价值量环节。依据艾瑞咨询测算,在定制卫星领 域渠道与载荷价值量占比各占 50%,而在批量情况下渠道占比 30%,载荷占比到达 70%。在一体化规划下,咱们以为卫星渠道与卫星载荷能够平等份额分管研发本钱, 在规划效应下同步降本出产,预估载荷占比下降至 60%左右。

  发起机是运载火箭价值量最高的产品,价值量占比高达 54.3%。朱坤等人在《从低成 本视点讨论航天运载器技能翻开道路》标明,在一次性运用运载火箭本钱构成中,发起 机约占总本钱的 54.3%,箭体结构约占总本钱的 23.6%,电气体系约占 8%,阀门管路 及执行机构约占 8.1%,焚烧、级间别离等火工品约占 5.3%,推动剂本钱约占 0.7%。

  SpaceX 在 Starlink 的规划上,不断迭代运用新技能以进步卫星的通讯带宽和归纳功用。 运用到了比如相控阵天线、星间激光器、氪离子推动体系等先进技能。

  3.2.1 有源相控阵天线有望成地轨卫星标配,卫星载荷端与地上终端同步翻开

  有源相控阵天线体系波束指向灵敏,扫描速度快,确保低轨高质量通讯,逐步成为低 轨卫星通讯天线干流计划。低轨通讯卫星具有空间传输损耗低、传输时延小、研发周期 短、卫星终端小和可批量化出产等明显优势,是近年来卫星通讯范畴的研发要点。相控 阵天线体系是确保低轨通讯卫星高质量通讯的有用办法,低轨通讯卫星相对地上做高速 运动,要求一切地上站天线都必须具有相似“动中通”的盯梢指向才干,能够有用盯梢 卫星方位并将信号准确传输,防止由对星精度差、简单丢星而导致的通讯中止、通讯时 延等问题。现在在 L/S/X 等各频段的卫星中有源相控阵天线得到广泛运用,咱们以为未 来有源相控阵天线将是低轨通讯卫星干流的天线办法。

  有源相控阵天线在通讯卫星端、地上接纳终端的浸透率逐步进步。Starlink 卫星和地上终端均选用相控阵天线,并且为了下降天线波束违背阵面法向视点大而带来的扫描丢失, Starlink 在优化体系时添加卫星数量,使星地链路传输间隔变短,进步了体系传输才干。 Starlink 地上终端选用了机械与相控阵电扫结合的波束盯梢技能,依据机械调整才干, 地上终端开机后可依据地舆位置主动将阵面调整到适宜的方位和仰角;依据相控阵天线 波束快速指向调整才干,在相控阵阵面电扫掩盖规划内,完结对卫星的准确指向盯梢和 跨星切换下的波束指向快速调整。

  T/R 组件是相控阵体系的中心,价值量占天线%以上。有源相控阵中的每个 阵元通道均集成了功率放大器、低噪声放大器以及相应的供电和操控电路,在每个天线 单元内的 T/R 组件将无源相控阵集中式代替为散布式的功放与低噪放,然后大幅进步系 统的可靠性、响应速度与效果间隔。通道单独调控带来的自由度可进一步进步体系抗干 扰才干与波束赋形才干。每个单元单独发生和接纳电磁波使少数 T/R 模块失效也不会对 相控阵天线的功用发生太大影响。

  传统传统卫星通讯频谱资源有限,激光通讯技能飞速翻开。相较于需占用频谱资源的 传统通讯卫星,激光通讯运用激光作为信号载波,将语音和数据等信息调制到激光进步 行传输。卫星激光通讯体系为光机电体系,包含光机电等多个范畴,包含光学、跟瞄、 通讯三个根本分体系和热控、配电等配套体系。它以激光为信息载体,首要完结两个卫 星之间高精度建链,建链成功后再进行高速数据通讯。

  卫星激光通讯技能以激光代替传统微波作为载体,通讯终端具有带宽宽、体积小、重 量轻、功耗低、保密性好、无频谱束缚等特征,成为处理卫星微波通讯带宽瓶颈和减 缓卫星频谱资源严重,完结卫星高速通讯的有用手法,能够满意未来航天活动日益添加 的通讯需求。

  Starlink 的天边激光通讯链路首要效果是使巨大卫星群无需与地上站接力即可完结卫星 间的数据交互。光在太空真空中的传播速度比经过光纤电缆的速度快约 40%,天边激 光通讯链路能为用户供给更快的数据传输速率。理论上,经过天边激光通讯链路, Starlink 卫星之间能够完结数百 GB带宽的数据传输。经过核算数据流量,将具有“空间 激光通讯体系”的 Starlink 卫星进行空间组网,5 个卫星为一组,经过等离子推动器进 入计划轨迹,在需求大数据容量的区域实时进行宽带资源分配。

  卫星电推动原理是一种运用电能及其特性来推动卫星的机理。卫星中装置有一种能够 给卫星所遭到的电流构成反效果力的设备,这种设备被称为“电推动器”。其间心原理 是气体原子流经放电通道与高速电子发生磕碰后发生或失掉电子变成离子,离子在放电 通道内部的静电场效果下高速喷出发生推力,依托这种效果力以完结卫星的推动、升力 及姿势操控。

  电推动比较传统化学推动有比冲高、省燃料、添加有用载荷等长处。传统的化学推动 办法经过推动工质的化学反应开释能量使之发生反推力,其比冲规划一般在 250~530s 之间,代表性技能有单组元推动、双组元推动等。而电推动办法运用电能加热或电离推 进工质并使之加快喷出发生推力,最高比冲可达 10000s,具有更轻的推动剂质量和更 高的比冲量。

  氩工质霍尔推力器极大下降本钱,未来成为电推动干流计划。SpaceX 最新发射的星链 卫星“V2mini”,选用氩工质霍尔推力器,推力是榜首代推动器的 2.4 倍,比冲是其 1.5 倍,这也将是氩霍尔推动器初次在太空运转。榜首代星链卫星电推力器运用氪工质代替 氙工质,第二代迷你版星链卫星电推力器运用氩工质代替氪工质,每立方米氙气价格在 2.3 万-2.5 万元,而每立方米氩气在 3800-5000 元,氩工质推动器极大下降了发射本钱, 低本钱卫星上氩电推动器的运用进一步推动了星链的大规划安置。

  3D 打印(增材制作)技能是选用资料逐步累加的办法制作实体零件的技能,相关于传 统的资料去除-切削加工技能,是一种“自下而上”的制作办法。金属 3D 打印技能共 有四类、共六种技能,SLM(挑选性激光熔融)是金属 3D 打印的干流技能。SLM 技能 经过激光扫描,快速熔化预置金属粉末,直接取得恣意形状的零件,光束从激光器中发 出,经过振镜体系将光束反射至渠道进步行层层熔融,每完结一层熔融后,打印的零件 逐层下降,直至整个零件悉数被打印出来。

  3D 打印技能共同的优势使其在航天范畴被广泛运用。3D打印具有超出传统铸造、铸造 制备工艺的成形制作才干,十分适宜制备内含杂乱内流道、多孔点阵结构等极难加工的 结构构件,如火箭推动器耐高温部件、助推器等。Sintavia 公司首席执行官 Brian Neff 说到,现在商场上简直一切的推力室组件都是运用 3D 打印制作的。 3D 打印能够满意火箭研发的低本钱、短周期需求。传统铸造再机械加工的制作办法, 需求昂扬的模具费用和较长的制作周期,并且一些具有杂乱形状或特别标准的大型结构, 难以用铸造办法制作;而 3D 打印经过许多运用依据金属粉末和丝材的高能束流增材制 造技能进行出产,然后完结结构的全体化,下降本钱和周期。

  3D 打印能够进步火箭发起机和箭体的功用。能够完结“规划-制作”的交融,一些曩昔 无法完结的功用结构能够经过 3D 打印技能制作出来,如经过优化结构完结最理想的温 度操控、振荡频率调控等,能够进步设备可靠性。别的,在确保功用的前提下明显减轻 金属结构件的质量,能够完结轻量化,并明显进步原资料运用率。

  3D 打印技能在国内外航天范畴运用取得了严峻进展。早在 2014 年,SpaceX 就初次在 Dragon 3 上运用 3D 打印主氧化剂阀;SpaceX 于 2016 年试车的“缩比猛禽”发起机中 有至少 40%的部件是 3D 打印制作的,乃至还包含涡轮泵的一些组件;新西兰 Rocket Lab 于 2017 年成功发射装载 3D 打印发起机的火箭;Relativity Space 宣告将于 2023 年 3 月 8 日发射国际上榜首枚 3D 打印火箭 Terran 1。

  3D 打印技能在我国商业航天范畴的亦得到广泛运用,主管路 3D 打印机分量占比高达 90%。星河动力在其可重复运用中大型液体运载火箭“智神星一号”的主动力装置 “天穹”发起机中许多运用 3D 打印技能,这是完结低本钱和快速研发的重要要素。

  依据泰伯智库测算,我国 2021 年商业航天商场规划为 12626 亿元,并继续坚持高添加, 到 2030 年估计到达 7.8 万亿,复合增速为 22.4%,卫星互联网作为商业航天的重要构 成部分,也将迎来快速翻开。

  2023 年是我国星网公司统筹投标后的发射元年,我国卫星互联网制作也将敞开全新的 华章。咱们测算,2023-2033 年我国卫星互联网卫星制作+发射端商场空间估计高达 8313 亿元,其间相控阵 T/R 组件、射频芯片、激光链路器、姿轨控体系、火箭发起机 等高价值量产品将在此带动下迎来快速翻开;依据 SIA 卫星工业价值散布测算,这将带 动 4.99 万亿卫星服务商场和 6.06 万亿地上设备商场。

  要点布局基建前期上游卫星制作、卫星发射以及相应的中心配套服务环节,以及行将 敞开的运用终端链条上的相关企业。考虑到我国卫星互联网工业处于制作初期,卫星制 造、卫星发射产能稀缺,亟待处理低本钱卫星发射和大规划卫星制作问题,从一级商场 投融资维度看,卫星制作和火箭发射也是最景气的出资赛道。咱们预估 2023 我国星网 进入发射元年后,对应的地上站、中心网制作也将同步发起,随之而来的将是地上接纳 终端等设备也将同步翻开数倍于卫星制作与发射的商场。

  (本文仅供参考,不代表咱们的任何出资主张。如需运用相关信息,请参阅陈述原文。)

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