卫星互联网行业深度报告我国卫星互联网步入发展快车道

　　（报告出品方作者：东吴证券，侯宾、姚久花）1。卫星通信互联网
　　1。1。卫星通信互联网简介
　　卫星互联网是指多次发射数百颗乃至上千颗小型卫星，组成卫星星座，以这些卫星作为空中基站，从而达到与地面移动通信类似的效果，实现太空互联网，本质就是传统航天和通信领域的技术拓展融合。按照工作轨道划分，可以分为低轨道卫星通信系统（LEO）、中轨道卫星系统（MEO）、地球同步轨道（地球静止轨道卫星系统（GEO高轨道卫星系统）、太阳同步轨道卫星系统（SSO）、倾斜地球同步轨道卫星系统（IGSO））以及倾斜同步转移轨道（GTO）。
　　LEO（低地球轨道）：单星覆盖面较小，但是传输时延低、链路损耗小，因此当前多用于对地观测、测地以及新的通信卫星系统。MEO（中地轨卫星）：主要有Odyssey（奥德赛）、MAGSS14、以及北斗定位系统部分卫星等，MEO兼具GEO以及LEO的优点，可实现全球覆盖和更有效额频率复用，但是需要大量部署，组网技术和控制切换等比较复杂。
　　地球同步轨道卫星：卫星的运行方与地球自转方向相同、运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等，在地球同步轨道上布设3颗通讯卫星，即可实现除两极外的全球通讯。其中，GEO与卫星轨道面的倾角为零度，IGSO的倾角不为零，轨迹是一个跨南北半球的8字，SSO的轨道平面始终和太阳保持相对固定的取向，轨道倾角接近90度。SSO和IGSO从地球上看是移动的，但却每天可以经过特定的地区，因此，通常用于科研、气象或军事情报的搜集，以及两极地区和高纬度地区的通信。
　　GTO（地球同步转移轨道）为霍曼转移轨道之一，经加速之后可达到GEO，轨道倾角与发射场纬度相同的同步转移轨道。有时候，狭义的GTO就是指标准GTO，这条轨道也最省火箭燃料。
　　高轨道卫星通信成熟，高通量是技术发展的重要趋势：高通量卫星（HTS）也称高吞吐量通信卫星，是相对于使用相同频率资源的传统通信卫星可提供高出数倍甚至数十倍的容量，主要技术特征包括多点波束、频率复用、高波束增益等。一颗HTS卫星的总容量超过100Gbits，但卫星建造、火箭发射、发射保险的费用与传统卫星持平，每Gbits的投资已经降到400万美元500万美元，仅是一颗传统固定卫星业务（FSS）的150。自20世纪90年代，微小卫星技术迅猛发展，性价比提升，通信与导航卫星在低轨（LEO）的应用和潜能逐步被发掘。卫星互联网通过大量低轨通信卫星组成的通讯网络，实现全球通信无缝覆盖，弥补现有地面互联网网络的覆盖盲点，解决边远、分散地区以及空中、海上用户的联网需求。
　　1。2。卫星系统的发展历程
　　卫星互联网主要分为三个发展阶段，第一阶段（20世纪80年代2000年）、第二阶段（20002014年）、第三阶段（2014年至今）。
　　第一阶段（20世纪80年代2000年），与地面通信网络正面竞争阶段：低轨卫星通信星座主要分为三类，大型LEO卫星移动电话系统、中小型LEO卫星移动数据传输系统、宽带多媒体通信系统（Ka波段）。其中小LEO系统是非语音非静止轨道卫星，在轨道高度较宽的范围内提供低速业务，大LEO系统主要提供语音、传真、数据和寻呼业务以及低速业务。当时的主要代表星座有轨道通、铱星、全球星、泰利迪斯、天桥系统等。
　　1、轨道通（ORBCOMM）
　　ORBCOMM是在全球范围内提供双向、窄带的数据传送、数据通信以及定位业务的卫星通信系统，主要分布在7个轨道面（ABCDEFG），其中AD轨道倾角为45，高度800km；E为赤道轨道，高度975km，F、G轨道倾角分别为70和108，高度820km。ORBCOMM每颗卫星不足50kg，是典型的低成本微小卫星。
　　2、铱星星座（Iridium）
　　铱星是美国摩托罗拉1987年提出的利用低轨道星座实现全球个人卫星移动通信系统的系统，1990年对外发布，1996年开始部署，1999年宣布破产，2001年完成重组。区别于其他卫星通信系统，铱星是卫星之间有星间通信链路，不依赖地面转接为地球上任意位置的终端提供连接，同时轨道低、传输速度快、损耗小。是全球第一个提供无缝实时语音通信、在卫星上用相控阵天线、单星四向星间通信卫星系统。
　　但是铱星系统仍然存在一定的缺陷，建筑物内无法接受信号、铱星电话过于笨重（摩托罗拉双模式手机约454g，京瓷铱星单双模式均400g）、使用需要经过一定的培训；同时相对于地面通信，成本更高（双模情况下为了与当地的蜂窝电话网络相连，需要更换适合当地区域传输标准的通话卡，每个卡的价格大约为660900美元。通话质量及速率远低于蜂窝电话，铱星所采用的MFTDMA（多频时分多址）通信体制的话音质量不如CDMA（码分多址）。另外，铱星系统的数据传输速率仅有2。4kbps（GSM系统数据传输速率可达到64kbps），除通话外，只能传送简短的电子邮件或慢速的传真，无法满足互联网的需求。
　　3、全球星系统（GlobalStar）
　　全球星系统是美国Loral和Qualcomm（高通）公司发起的，是唯一正式商业运行的语音移动通信系统。卫星系统与地面网联合组网，星上没有复杂的交换和处理能力，不需星际交叉链路，由星体中继转接至地面网关交换局，利用地面设施完成呼叫建立、处理和选路，系统成本大大降低。2000年1月正式使用，由48颗低轨卫星分布于8个非极地轨道平面，轨道高度为1400km。
　　4、泰利迪斯（Teledesic）
　　泰利迪斯卫星通信系统为全世界提供宽带数字传输电信服务。1997年，由于市场需求持续下降，缩减卫星数量，提高轨道高度，减少复杂性、卫星数量和成本。星座被缩减到288颗在轨卫星（原设计有840颗，位于21个轨道平面，原运行奥都在695705km），运行在1400千米的高度。
　　第二阶段（20002014年），作为地面通信的备份和填隙：21世纪后，计算机、微机电、先进制造等行业的快速发展推动了通信技术和微小卫星技术升级换代，使得卫星通信成本的下降，低轨卫星通信星座凸显出广泛的应用前景，这一阶段主要代表为新铱星（Iridium）、全球星（Globalstar）、轨道通（Orbcomm）。其中，铱星通信公司于2010年6月宣布了其下一代卫星星座IridiumNEXT的筹建资金，建设和部署计划，以取代超期服务的铱星星座。
　　第三阶段（2014年至今），与地面通信融合发展，拓展覆盖范围：2015年前后，国内外先后提出多个大规模低轨卫星通信系统，主要代表为星链计划（Starlink）、一网（OneWeb）、鸿雁、虹云、IridiumNext等。
　　1、铱星二代（IridiumNext）
　　2016年铱星公司与SpaceX签订4。92亿美元（1美元6。69元人民币，2022年5月22日）的发射合同，一次10星一共七次将70颗铱星二代系统发射到LEO轨道。随后，双方补签了第八次5星发射合同。2019年1月11号，随着SpaceX成功将最后10星发射入轨，标志着铱星二代完成组网工作。铱星二代由81颗功能相同的卫星组成天基移动通信系统，其中66颗工作星呈Walker星座均匀分布在6个轨道面上，辅以6颗天基备份星和9颗地基备份星。
　　2、星链（Starlink）
　　星链（Starlink）天基互联网项目始于2015年，隶属于马斯克的太空探索技术公司（SpaceX），2018年发射第一颗原型卫星于入轨测试。星链总共规划三期系统，总规模接近4。2万颗卫星。
　　3、OneWeb
　　OneWeb建立于2012年，一网卫星星座放弃了星间链路的设计，在全球（如英国、北欧、格陵兰、冰岛、北冰洋、加拿大、非洲、东南亚、美国主要地区以及我国中部）布设共44个关口站使卫星联网，星座采用Ku波段进行用户通信，Ka波段进行关口站通信。由于一网公司资金能力不足，同时受新冠肺炎疫情影响，导致其资金链断裂，公司在2020年3月递交破产保护申请。（报告来源：未来智库）
　　4、鸿雁星座计划
　　鸿雁星座计划由300多颗低轨卫星和数据业务处理中心组成的。规模相对来说，比GPS大12倍，有通信和导航增加的功能。采用四大GNSS系统双频监测，全球稀疏地面监测站，播发GPPP增强信息和双频增强信号实现精度、完好性、可用性和定位实时性增强。主要有两项技术要点：一是天地一体高精度GNSS监测处理。二是实时高精度PNT、安全PNT。用户接收GNSSLEO信号实现全球动态分米级、静态厘米级的GPPP，收敛时间小于1min；独立接收LEO星座信号实现导航备份，增强复杂地形环境和复杂电磁环境下的导航服务能力。
　　5、虹云工程
　　虹云工程是中国航天科工五大商业航天工程之一。计划发射156颗卫星，在距离地面1000公里的轨道上组网运行，致力于构建一个星载宽带全球移动互联网络。虹云工程定位的用户群体主要是集群的用户群体，以其极低的通信延时、极高的频率复用率、真正的全球覆盖，可满足中国及国际互联网欠发达地区、规模化用户单元同时共享宽带接入互联网的需求，满足应急通信、传感器数据采集以及工业物联网、无人化设备远程遥控等对信息交互实时性要求较高的应用需求。虹云的第一颗卫星是我们国家第一颗真正意义上的宽带低轨的小卫星。2。卫星互联网产业链
　　卫星系统主要由空间段、地面段与用户段三大环节构成。空间段：指星座中的所有卫星，可以是地球静止轨道卫星或中、低轨道卫星，作为通信中继站，提供网络用户与信关站之间的连接。地面段：通常包括信关站、网络控制中心和卫星控制中心、测控站及地面支撑网，用于将移动用户接入核心网，以及对空间段的测控、网络运行管理及用户管理等功能。用户段：由各种用户终端组成，包括手持、便携站、嵌入式终端、车载、舰载、机载终端等。
　　2。1。空间段：产业竞争封闭，一体化是趋势
　　空间段主要包括卫星的设计、制造和发射，其中卫星的发射包括火箭制造和发射服务。卫星制造环节，主要由卫星平台以及卫星载荷两部分组成，其中卫星载荷是卫星入轨后发挥其核心功能的部件，除大规模量产之，基本上为定制化项目。
　　卫星发射环节来看，火箭作为发射服务的一环，火箭的成本成为当前关注的重点，航天的需求、技术难度以及功能需求直接影响火箭的成本。首先从需求来看，因为供需求死循环是的商业化的门槛非常高，难以产生很好的规模效应，因此降低火箭成本需求从产业角度出发。其次从火箭的技术路线来看，分为固体火箭和液体火箭，固体火箭出厂自带推进剂，使用便利，对发射场保障要求低，系统简单、集成，但是使用不灵活，涉及到运输以及起吊等问题；液体火箭推进剂为发射前加注，典型的分布式模式，使用灵活，可拓展性强，不涉及到运输起吊等，但是对靶场加注供气保障条件高。
　　当前火箭发射成本昂贵：中国长征3B运载火箭每次发射费用为7000万美元，每公斤发射费用为5833美元，而中国航天科工集团旗下的快舟11号运载火箭，每次发射价不超过600万美元，每公斤发射费用不到1万美元。低轨道小型火箭更便宜，每公斤发射价格大约5000美元，地球转移轨道每公斤发射价格可以低至每公斤8000美元，太阳同步轨道每公斤发射价格6000美元。
　　一箭多星技术，充分利用火箭运载能力，提高发射效率，降低发射成本：2021年1月24日23时，美国佛罗里达卡纳维拉尔角发射基地，SpaceX的猎鹰9号火箭携143颗卫星顺利发射升空。火箭回收技术助力发射成本降低：SpaceX公司熟练的掌握一级火箭回收技术，截止到2020年3月，猎鹰9号B5运载火箭的发射价格为6200万美元，其中一级火箭成本占发射价格的60、二级火箭占20、整流罩占10，发射服务费用占10，而火箭的推进剂费用只需要3040万美元。
　　2。2。地面段：战略重要性逐步提升
　　地面段通常包括信关站、网络控制中心和卫星控制中心、测控站及地面支撑网，用于将移动用户接入核心网，以及对空间段的测控、网络运行管理及用户管理等功能。卫星地面段重要性不断提升：卫星地面段过去处于次要地位，但是随着卫星互联网发展的不断成熟，地面站对于运营商、和服务商来讲，成为战略性网络的组成部分。
　　信道终端系统是地面段最核心的组成部分，主要有基带设备和射频设备组成。基带设备包括调制解调设备、系统时钟单元、中频分配电路、倒换开关、关口站服务器、与地面互联网之间的接口设备等，信关站通过光纤接入ISP的接入点，进而并入Internet骨干网。射频设备包括上下变频器件、功放、低噪放、射频开关、天线等。
　　2。3。用户段：应用前景广阔，市场规模增长迅速
　　根据QYResearch数据，2020年，全球卫星通讯终端市场规模达到了5363。62百万美元，预计2027年将达到10899。24百万美元，2021年到2027年年复合增长率（CAGR）为11。09。地区层面来看，中国市场在过去几年变化较快，20年市场规模达到457。94百万美元，预计2027年将达到1021。62百万美元。
　　从产品方面来看，C波段产品占据绝大部分市场。根据QYResearch数据，2020年，全球C波段卫星通讯终端市场规模达到1839。40百万美元，占全球卫星通讯终端应用34。29的市场份额；QYResearch预计该市场2027年将达到4321。44百万美元，未来六年（20212027）市场年复合增长率（CAGR）为13。34。
　　在卫星通信领域，我国卫星通信尚处于行业起步阶段，由于受到资金、技术、人力资源、研发力量、品牌等方面的限制，我国卫星通信天线市场主要被日韩、欧美等国外产品所占据。由于VSAT卫星通信天线生产技术水平要求较高，国内具有自主天线研发和生产能力的生产厂家尚为数不多。同时，由于卫星通信终端的渗透率较低和用户习惯的尚未形成，行业的发展尚需要产业链各参与方的投入和培育。未来随着高通量卫星等技术变革的推进，卫星通信的收费标准将不断降低，随着用户习惯的形成，卫星通信行业将面临着良好的发展机遇。
　　对于低轨卫星通信系统而言，空间段和地面站建设可以在现有的技术框架内找到成本控制方案；考虑广阔的应用前景，运营商也可以接受稍高的一次性资本开支。而用户终端的成本是决定卫星系统能否取得商业成功的关键，高轨通信卫星的固定终端价格约为3000美元，便携式终端价格约为28000美元。低轨卫星通信系统地面终端的天线需对卫星信号进行跟踪，并保证在卫星切换时信号不中断，增加了终端天线的技术难度，用户很难接受数万甚至数十万美元的终端产品，这对低成本双抛物面天线或相控阵天线技术提出了更高的要求。3。卫星互联网战略地位凸显，各国加快布局节奏
　　3。1。为什么加快低轨卫星互联网布局？
　　3。1。1。中高轨卫星通信能力有限
　　中低轨卫星解决了地球覆盖问题，通常一颗高轨静止轨道通信卫星大约能够覆盖40的地球表面，只有覆盖区域内的任何地面、海上空中的通信站能够相互通信。中高轨道提供的通信能力有限，仅能提供基本语音和低容量的数据业务，主要作为地面通信的补充和延伸。中高轨卫星仍然存在2大问题：1、地面终端要求严格，无法脱离成熟通信基础设施向所有无基础设施区域用户提供性价比较高的数据服务。2、中高轨卫星一般采用的低频段波段，带宽有限，导致可容纳用户数量有限，无法满足比较大的互联容量需求。相比之下，LEO的高带宽、高性能全球覆盖、低时延、可便携式嵌入式终端、低成本的全球互联服务更具有优势。（报告来源：未来智库）
　　3。1。2。低轨道和频段资源有限
　　轨道和频段是不可再生的战略资源，各国竞争趋于白热化。国际电信联盟（ITU）规定在轨道和频段资源获取上遵循先占永得原则，先发国家具有显著优势；此外，随着全球低轨卫星发射数量逐渐增加，空间轨道和频段作为能够满足通信卫星正常运行的先决条件，已经成为各国卫星企业争相抢占的重点资源，行业竞争可能不仅仅是商业上的竞争，还有国防战略层面的竞争。各国力争在低轨卫星领域进入全球第一梯队，从国家维度来看，美国卫星产业发展遥遥领先，相关技术和法律法规体系成熟，在轨卫星数量占据了全球的半壁江山，欧洲大力整合相关资源，完善通信卫星体系，助力欧洲实现天地一体化发展；俄罗斯坚守传统发展战略，在发射大量军用通信卫星的同时，也在拓展低轨通信卫星星座新市场。
　　3。2。当前处于人造卫星密集发射前夕
　　当前处于人造卫星密集发射前夕。根据赛迪顾问研究报告数据，地球近地轨道可容纳约6万颗卫星，低轨卫星的主要通信频段（Ku和Ka）逐渐趋于饱和；赛迪顾问预计，到2029年，地球近地轨道将部署总计5。7万颗低轨卫星，因此当前空间轨道和频段成为各国抢夺的重要资源。
　　3。2。1。低轨宽带卫星加速部署，国外玩家持续发力
　　美国：在5G等地面组网处于劣势的情况下，推出《国家航天战略》，部署多个卫星星座计划，推进低轨通信卫星组网工程建设，致力于成为全球领先的卫星互联网技术于服务提供大国。
　　俄罗斯：是世界上最早进入国际商业航天发射市场的国家，商业航天实力全球领先。采用液氧煤油发动机推进，能够覆盖3。535吨不同负荷的低轨运载发射需求，进一步降低发射成本。
　　加拿大：是传统商业航天强国，是世界上第一个实现国内卫星通信的国家（阿尼克号），在遥感探测、卫星通信、太空机器人等领域技术领先，在低轨通信领域，采取和美国错位发展的理念，在近地轨道提供低带宽、低速率的窄带物联网卫星星座，支持交通运输、油气田、水利、环保、资源勘测以及工业互联网等领域。
　　欧洲：通过欧洲航天局（ESA）使成员国之间行程统一的战略目标，以英法为代表的欧洲发达国家，注重自身独立航天发射能力建设，不断探索运载火箭、空间领域和应用卫星等方向的技术突破。但是，商业航天市场竞争激烈，各国对内强调欧洲一体化，对外携手美国、俄罗斯等开展合作。
　　3。2。2。国内政策助力，多个星座规划加快部署
　　2020年4月20日，国家发改委首次将卫星互联网和5G、工业互联网等一起列入信息基础设施，明确了建设卫星互联网在新一代信息技术演进上的重大战略意义。在3GPPRAN主导的5GNR（新空口）网络标准中，非地面网络（NTN）技术也将卫星和高空平台作为重要的研究方向，已经有众多参与方提交并形成一系列重要的技术报告，并积极推进相关的技术规范制定工作。
　　行云工程：2018年正式启动，计划建设中国首个低轨窄带通信卫星星座，打造覆盖全球的天基物联网，所谓的天基物联是指通过卫星系统将全球范围内各通信节点进行联结，提供人与物、物与物的有机连接生态系统。
　　截止2021年底，中国首个卫星物联网行云工程第二阶段首批6颗卫星的研制工作正在进行，按照计划在2022年完成第二阶段共12颗卫星的发射任务，实现小规模组网。鸿雁星座：2018年12月29日，鸿雁星座首颗试验星重庆号在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭（及远征三号上面级）发射升空。
　　3。3。如何看待国内后续卫星互联网发展
　　3。3。1。中国卫星网络集团正式成立，我国卫星通信发展将进入发展快车道
　　2021年4月26日，中国卫星网络集团有限公司正式成立，中国卫星网络集团的成立，能够加快解决各类星座的乱局，满足我国构建全球宽带卫星通信网络的重任，这也是立足国家战略全局，顺应科技产业变革大势的举措。卫星互联网的建设是极其复杂的系统工程，卫星的规模化生产、快速批量发射部署、巨型星座的运行管理等问题，都亟需改变当前航天工程任务的生产、运作模式，以应对新航天时代的挑战。
　　3。3。2。空天地一体化网络建设要求加快卫星互联网建设
　　空天地一体化网络主要包括三部分：各种轨道卫星构成的天基网络、飞行器组成的空基网络以及传统的地基网络。
　　地面网络与非地面网络相互赋能：地面网络与非地面网络各具优势，相互赋能，有助于运营商实现低成本的全域泛在覆盖，挖掘全新应用市场；同时加快消弥数字鸿沟，促进数字经济加快发展。4。卫星互联网大发展，市场前景广阔
　　根据美国卫星产业协会（SIA）统计数据显示，2019年全球航天产业规模为3660亿美元，较上年增长1。7。其中卫星产业总收入2710亿美元，卫星产业总收入占全球航天产业规模的74。
　　2019年全球卫星产业收入主要来自卫星服务以及地面设备制造业。地面设备，收入为1303亿美元，占比为48。13；其次是卫星服务收入为1230亿美元，占比为45。44；卫星制造的收入达到125亿美元，占比为4。62；卫星发射服务占比为1。81。（报告来源：未来智库）
　　从全球卫星服务业务收入构成来看，主要来自卫星电视直播和卫星固定通信，两者收入合计占卫星服务业收入的比重接近90。
　　卫星通信应用落地早，规模大：根据美国卫星产业协会统计数据显示，2015年以来，全球在轨卫星中仍以通信卫星为主，2019年全球在轨卫星中商业和公益通信卫星占28，稳居第一，另外政府通信卫星占8，通信卫星在轨数量合计占比为36。国内卫星通信稳步发展，市场规模持续提升：国家已出台多项政策措施鼓励推动卫星在各行业的规模化应用、商业化服务及国际化拓展，行业面临很好发展机遇。根据前瞻产业研究院调研数据显示，2020年，我国卫星通信市场规模约为723亿元。
　　北斗应用逐步深化，带动国内导航市场快速发展：高精度是中国北斗的特色服务。受到大气误差、卫星钟差等影响，普通卫星定位精度的误差大概在10米左右。我国建设的北斗地基增强系统，通过连续观测计算各类误差修正信息，为各类智能设备提供了动态厘米级、静态毫米级的高精度定位服务。
　　国家北斗地基增强系统建设与运营方千寻位置表示，高精度服务用户增长迅猛，截至2022年3月，千寻位置北斗高精度时空服务的每月调用次数超过1000亿次，累计服务全球超11亿人，总服务次数超过2万亿次，服务覆盖全球超过230个国家和地区。
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　　精选报告来源：【未来智库】。未来智库官方网站