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军工投资项目管理系统,军工产业投资插图

卫星互联网是以卫星为接入手段的互联网宽带服务模式,相比地面网络靠基站进行通信,卫星互联网是将基站搬到了外太空,每一颗卫星就是一个移动的基站。目前卫星互联网多指利用地球低轨道卫星实现的低轨宽带卫星互联网,相比中高轨卫星,它具有全域无缝覆盖、传输时延小、链路损耗低、发射灵活的特点,具有广阔的发展前景。

因运营商所有制差异,国内对于卫星互联网的需求长期弱于海外,但2022年俄乌战争则使得其安全性及战略作用更加凸显。考虑到轨道及频段资源具备稀缺性,且海外自2020年后卫星发射频率明显提速,所以当前时点在国内发展卫星互联网具有重要战略意义。

以下我们就将对卫星互联网行业进行具体的分析梳理,从行业本身概况、国内产业发展现状、中外建设进度对比基本面出发,进而对行业降本思路、商业模式、长短期投资逻辑进行分析。同时对产业链及相关企业情况进行进一步梳理,并沿着以上所述视角,对行业未来发展走向进行合理的展望梳理,以帮助大家更为深刻地了解产业发展现状及未来趋势。

卫星互联网是基于卫星通信的互联网,是对传统地面通信的重要补充之一。根据《“新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书》,卫星互联网通过一定数量的卫星形成规模组网,从而辐射全球,构建具备实时信息处理能力的大卫星系统,是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入服务的新兴网络。卫星互联网具有覆盖面积广、低延时、低成本等优点,尤其适用于无基站覆盖的海洋、沙漠及山区等偏远地区,可作为传统地面通信的重要补充,未来有望成为主流的通信方式之一。

从构成上来看,卫星互联网一般由空间段、地面段和用户段构成:

空间段:以通信卫星为主体,接收和转发卫星信号,提供用户链路承载功能。本段提供信息中继服务的卫星星座,包含一或多颗卫星,这些卫星可以工作在GEO、MEO或LEO轨道,也可以同时包括2种或2种以上轨道类型的卫星,卫星之间可以有或没有星间链路;

地面段:一般包括卫星测控中心及相应的卫星测控网络、系统控制中心及各类信关站(Gateway)等,提供馈电链路,起到连接地面核心网的作用,实现卫星互联网与公共通信网的业务交互功能。其中卫星测控中心及相应的测控网络负责保持、监视和管理卫星的轨道位置和姿态、控制卫星的星历表等;系统控制中心负责处理用户登记、身份确认、计费和其他的网络管理功能等;信关站负责呼叫处理、交换及与地面通信网的接口等;

用户段:包括各类用户终端设备及应用场景的支持设施,如供用户使用的手持机、便携站、机(船、车)载站等各种陆海空天通信终端。

从卫星互联网的组网方式来看,在目前的非地面网络(NTN)相关协议中,根据星上载荷的不同,可以分为“透明载荷”的透明转发工作模式和“可再生载荷”的星上处理转发工作模式:

透明载荷:也称作透明转发,实际上把卫星仅当作信号中继的链路。用户终端只能通过卫星一跳与信关站建立连接,再经信关站连接到地面互联网。这种组网方式要求系统中设置非常多的信关站,各信关站可以独立工作,没有信关站覆盖的地方,用户终端无法接入互联网,因此透明载荷架构可以利用已有卫星,技术上实现起来较为容易,成本也低,但卫星和基站之间的路径长,时延大,不支持星间协作,需部署大量信关站;

可再生载荷:又称作基站上星,卫星具备星上处理和交换能力及星间通信能力。系统中不需要部署很多的信关站,用户终端可通过多颗卫星的中继建立与信关站的连接,从而访问地面互联网,但可再生载荷这种架构必须改造并新发射卫星,技术复杂,成本高,优点是终端和卫星基站之间的时延短,且由于有星间链路的存在,可以减少一些信关站的部署。

卫星互联网的工作过程为:用户终端开机后首先进行注册申请,注册成功后,如果用户有通信要求,就通过控制信道申请建立连接;如果连接申请被接受,系统就通过控制信道向用户终端分配资源,包括使用的卫星和信关站标识码、上下行点波束号、时隙、频率或码字信息等;收到资源分配命令后用户终端即可建立连接;由于用户和卫星都可能是移动的,通信过程中还需要进行星间或波束间切换;连接结束后,用户终端释放信道,系统收回分配的网络资源。

空天地一体网络是面向未来的通信网络,卫星互联网是打通空天地大互联不可缺少的一环。随着信息技术的发展,人类活动对通信网络的要求持续提高,移动通信从2G发展到5G,网络速度从约1kbps提升到5G时代的1Gbps,25年间提升了1万倍。随着人类活动和经济生产活动的不断扩大,我们进入了万物互联的新时代,对网络通信的需求也从速度提升,逐步向通信互联时间、互联空间等领域全面拓展,现有通信网络对山区、沙漠、海洋、天空等人际活动稀少的地方覆盖严重不足,而虚拟现实、自动驾驶、物联网等新产业也对通信容量、通信延迟提出了全新的要求。空天地一体化网络技术在新时代的需求下应运而生。

卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点,是空天一体网络的必要组成部分,其在国防军事和民用领域有着极为广泛的应用和巨大的潜在价值。

军用:卫星互联网在国防领域具有巨大潜力。其在战争中的运用包括:支持网络舆论、保障地面任务、串联情报信息、支撑精确打击、支援无人机作战、反网络电子干扰。具备的潜在战斗能力包括:目标侦察能力、电子对抗能力、反导拦截能力、通信保障能力。2020年美国陆军与SpaceX签署合作研发协议,将Starlink宽带卫星连接到军事通信网络。从当前的趋势看,Starlink的技术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:卫星互联网是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟的有效手段之一。目前,地球上超过70%的地理空间,涉及30亿人口未能实现互联网覆盖。卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点,是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟的重要手段之一,也是实现网络信息地域连续覆盖的有效补充。

通信行业早期的主要矛盾为实现基础的信息交换和连通,早期的形式主要依托卫星通信,卫星通信于上世纪七十年代起步,由摩托罗拉的铱星计划引领行业变革发展。基于电视和广播信号转播以及电话、电报和传真需求,卫星通信在上世纪七十年代得到了孵化和发展。此时国际互联网尚未成型,卫星互联网的概念仍局限于简易的模拟信号应用。基于偏远地区的通信业务难题,1987年摩托罗拉公司发起了铱星计划,标志着卫星通信商业化的开始,也标志着卫星互联网的开端。铱星计划于1990年对外公布,1996年开始进行试验,1998年正式投入运营。同时期轨道通、天桥系统、全球星系统和泰利迪斯等也纷纷涌现。

21世纪初通信行业发展的方向转变为实现更高质量的信息覆盖和传递,伴随地面通信技术的迭代和演进,卫星通信发展趋缓。以铱星为代表的第一阶段卫星通信计划的主要应用场景在于卫星电话,但第一代铱星计划的速率仅为2.4Kbps,只能勉强维持最基本的通话需求,而彼时在广泛的通信需求推动下,地面通信网络已经发展到第二代GSM技术,随后GSM的改进技术EDGE发展进程提速,最大传输速率已可达115.2Kbps。在性能和成本都不占优势的情况下,铱星、全球星以及泰利迪斯纷纷宣布计划破产或重组,仅部分业务和功能由于军方需求得以保留。

29年中国三大运营商获得了3G商用牌照,首年建设3G基站数量达到26万站,直接与3G相关的资本开支约17亿,地面基站进入了3G大规模覆盖和应用时代,基站进入大规模建设时代,互联网领域真正迎来了移动端的发展。3G较2G采用了CDMA技术,扩展了频谱,增加了频谱利用率,提升了速率,更加利于网络业务开展,其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点有力提升了移动互联网的巨大潜力。随后的4G有了进一步的飞跃,抛弃了2G、3G一直沿用的基站-基站控制器(2G)/无线资源管理器(3G)-核心网这样的网络结构,而改成基站直连核心网,整个网络更加扁平化,降低时延,提升用户感受,其具有静止状态下1Gb/s下行和5Mb/s上行速率,相比于同时期的卫星互联网的12-15Mbps的下行速率具有压倒性优势。

随后卫星互联网厂商开始转变发展思路,逐步成为地面通信方式的补充。随着大量第一阶段卫星互联网公司或计划的破产,面对地面网络通信系统的飞速进步的和广泛应用,卫星互联网领域企业纷纷转变思路,以27年格雷格·怀勒创立的O3bNetworks卫星公司为代表的第二阶段卫星互联网企业纷纷定位于地面网络通信无法覆盖的偏远地区和海上通信的补充领域,通过与电信运营商合作,为岛屿或船舶等提供宽带卫星通信服务。

卫星互联网的新时代下,传统卫星公司焕发新生机。2010年铱星通讯公司开发了第二代铱星系统,由66颗卫星组成,此外还有9颗在轨备用卫星和6颗地面备用卫星,共81颗(75颗在轨)。第二代铱星系统保持了与第一代同样的星座构型,但卫星通信带宽得到大幅升级(将提供L频段1.5Mbit/s和Ka频段8Mbit/s的高速服务)。第二代铱星系统采用48个L频段相控阵天线,单颗星的地球表面覆盖半径达23km,可提供蜂窝模式卫星通信。同时随着计算机、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,使得卫星通信成本显著下降,低轨卫星通信星座凸显出广泛的应用前景,同时第一代的全球星、轨道通也纷纷在该领域继续作为地面通信网络的重要补充部分。

卫星互联网与地面互联网走向更广泛融合,行业迈入高速发展黄金阶段。2014年SPACEX创始人马斯克和OneWeb创始人格雷格怀勒曾经共同规划了WorldVu的星座计划,该计划提出耗资30亿美金打造648颗星座计划——新一代宽带低轨道小卫星星座通信系统,为偏远地区和互联网基础设施建设落后地区提供价格适宜的网络连接,并从濒临破产的SkyBridge公司中获得了有关卫星频谱,该计划也是OneWeb星座的雏形,同时也标志着卫星互联网开始走向新的阶段。进入新阶段以来随着运载火箭、材料工艺、毫米波通讯等技术的创新与进步,以OneWeb、SpaceX等为代表的企业开始主导新型卫星互联网星座建设。卫星互联网与地面通信系统开始进行更多的互补合作、融合发展,向着高通量方向持续升级,卫星互联网建设逐渐步入宽带互联网时期。

5G的发展成本和区域的局限性加快了卫星互联网与地面基站的天地互补的趋势。地面5G移动通信技术是面向陆地的公众移动通信系统,通过大量的地面基站来实现信号覆盖和传输,但受制于地理条件和建设成本,基站无法在海域、沙漠、无人区等地理条件中形成有效覆盖。卫星互联网通信因为其天基网络便于实现全球覆盖的优点,将通信与计算、导航、感知、智能相融合,通过空、天、地、海泛在覆盖的网络连接实现全息泛在的智能高速宽带通信。在天地一体化信息网络联合发展中,地面5G网络需要依托卫星互联网的广域覆盖和全球覆盖优势,弥补5G网络覆盖不足的局限,通过天地网络融合实现网络无缝连接与通信空间延伸。同时,卫星互联网也需要依托5G网络的高性能传输优势,以提升高轨宽带卫星和低轨星座互联网系统的用户体验度。

移动互联网引起的互联网终端变革,推动各企业纷纷入局,为低轨高通量的卫星带来发展热潮。2013年4G商用以来,掀起了移动互联网的巨浪,互联网的终端由过去固定设备转向现在以智能手机、手表、汽车等为代表的新型互联网终端,进一步对互联网在空间上的覆盖率提出了更高的要求。随着卫星互联网在第二阶段的蛰伏以及新一代卫星技术、通讯技术的变革和发展,卫星互联网已经突破了传输速率的瓶颈,因此各大公司纷纷入局卫星互联网领域,2015年太空探索公司SpaceX成立,并宣布了星链计划,于2019年首次以一箭24星的方式发射了星链计划的通信卫星。OneWeb2019也于2019年发射了其OneWeb星座计划的首批卫星,同时加拿大卫星运营商Telesat也在筹备发射一个低地球轨道卫星星座计划,传统互联网巨头亚马逊公司也在计划“柯伊伯计划”的LEO卫星,通过部署数千颗LEO卫星,在全球范围内提供宽带互联网接入服务。

卫星互联网发展具有紧迫性。我国一直十分重视空间基础设施建设,已成为第五个独立把卫星送入空间的国家、第三个掌握卫星回收技术的国家、第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家,但在卫星互联网建设方面与欧美尚有差距。

尚未形成全球覆盖的卫星通信网络,高轨窄带、高轨宽带卫星通信系统主要覆盖亚太部分区域,低轨卫星互联网系统处于规划、研发和验证阶段;

技术差距导致当前成本偏高,成本主要集中于卫星制造和卫星发射环节,对比SpaceX规模化卫星制造、一箭多星和火箭回收技术,我国低轨卫星互联网星座空间基础设施建设总成本偏高,影响整体低轨卫星互联网商用化进程的落地或推广;

产业市场化程度不高。卫星系统作为航天产业重要的组成部分,传统上主要服务支撑特定需求、专属客户,关键资源、核心技术相对封闭运作,市场化程度不够,客户导向、应用驱动、迭代创新的产业生态暂不够健全,同时我国地面光纤互联网的工作推进非常迅速,低轨卫星互联网作为地面补充,商业化需求较低。

卫星互联网纳入新基建,我国卫星互联网市场有望迎来重要历史发展机遇期。2020年,卫星互联网首次纳入新基建范畴,已经上升为国家战略性工程。我国将从整体战略统筹部署,打造完善的卫星互联网产业链。我国卫星互联网迎来了市场“破茧”和产业链“成蝶”的重要历史发展机遇期,自身优势与政策红利将逐渐呈现叠加效应,有望加速我国卫星互联网建设发展。

政策端:卫星互联网纳入“新基建”,政策持续大力支持。2020年4月20日,卫星互联网首次被纳入“新基建”范畴。2021年1月4日,上海发布《关于全面推进上海城市数字化转型的意见》,提出加快建设数字基础设施,推动千兆宽带、5G、卫星互联网等高速网络覆盖。2021年3月13日发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出要建设天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施。2023年2月6日,工信部发布《关于电信设备进网许可制度若干改革举措的公告》,将卫星互联网设备、功能虚拟化设备正式纳入进网许可管理。

技术端:我国技术储备基本完备,积极布局低轨卫星星座。卫星互联网建设的关键技术包括产业链多个环节,如卫星制造方面的高通量卫星、星上转发器技术、星间链路技术等,发射环节的一箭多星和火箭回收等。我国在关键技术方面均有所布局。

资本端:民间资本助力卫星互联网发展,市场融资集中卫星制造领域。2014年国务院出台了《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会资本的指导意见》,首次鼓励民间资本进入卫星研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务,引导民间资本参与卫星导航地面应用系统建设。近几年来,Starlink星座建设突飞猛进,进一步验证了大规模低轨通信卫星星座组网建设的可操作性,为国内资本市场对包括卫星互联网在内的商业航天领域的投资布局形成了良好的示范效应和带动作用。根据IT桔子数据库,2016年以前我国卫星互联网行业融资金额和事件数量规模均较小,2017年开始卫星互联网资本市场逐渐活跃,2021年我国卫星互联网行业发生融资事件共13起,融资金额共10.92亿元。截至2022年11月8日,我国卫星互联网行业发生融资事件9起,融资金额为7.53亿元。从卫星互联网行业的投资轮次来看,目前卫星互联网行业的融资轮次仍然处于早期阶段。

目前,国内的民间资本和社会力量正在有序参与商业航天领域,从2019-2022年融资企业的主营产品分析,卫星制造领域一直是卫星互联网行业的投资热点。2021年卫星制造领域投资事件占总投资事件的比重超过50%。

我国卫星互联网市场稳步发展,产业链价值集中于卫星制造和卫星发射。卫星互联网作为国家新型基础设施建设的重要组成部分,在国家政策法规、技术升级、产业资本的多重驱动下,产业发展迅速。根据SIA数据,2021年中国卫星互联网行业市场规模达到292.48亿元,预计2025年市场规模将达446.92亿元,2021-2025年复合增长率达到11%。根据《“新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书》,2019年卫星产业链中卫星制造、卫星发射、地面设备和卫星运营占总市场规模的比例分别为7.10%、2.20%、45.10%和45.60%。

我国已经形成了较为完整的卫星互联网产业链,在卫星制造、卫星发射、地面设备制造和运营服务等重点环节形成了有效的布局。

卫星制造环节:国家队领航,民营企业聚焦零部件制造。卫星整机制造门槛较高,投资大,整机制造未来仍将以国家队如中国航天科技集团、中国航天科工集团领航。其中在卫星各分系统的设计研发上,一些民营企业储备了较强的技术实力,随着低轨卫星星座建设发展,星载核心硬件有望直接受益,如通信卫星中有效载荷的转发器和相控阵天线,用于激光通信的激光器件、电推系统、太阳能帆板加蓄电池组的组合构成的能源系统及管理系统等。

卫星发射环节:国有企业为主,发射降本成发展重点。我国作为航天大国,拥有西昌、酒泉、文昌、太原四大发射基地,2022年,中国航天全年实施发射任务超过60次,长征系列火箭年发射次数再创新高。其中,火箭研制和发射服务行业壁垒高,研发周期长,投资大,主要负责单位为航天科技集团和航天科工集团。从商业模式来看,商业火箭本质上就是运载工具,未来的主要盈利模式是按公斤收费,并发展广告命名、文旅等延伸服务,因此降低发射成本为未来发展重点,如液体、大推力、可回收火箭制造。

地面设备环节:C端市场广阔,民营企业参与众多。卫星互联网地面设备包括信关站在内的网络设备和各类用户终端,随着卫星互联网建设和各类应用场景下客户接入,相关地面设备有望进入规模放量环节,市场广阔,其中各类零部件及系统软件等涉及厂商众多。

卫星运营环节:中国星网成立,牵头统筹我国卫星互联网建设。2021年4月28日,国务院国有资产监督管理委员会发布《国资委关于组建中国卫星网络集团有限公司(简称:中国星网)的公告》,经国务院批准,中国星网由国资委代表国务院履行出资人职责,列入其职责企业名单,中国星网正式成立。卫星互联网的建设作为复杂的系统工程,面临着卫星的规模化生产、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。中国星网的组建,作为国家战略,有望对我国卫星互联网产业进行整体统筹规划,通过集中力量办大事的制度优势,快速构建卫星网络,加强竞争实力。

回顾我国卫星互联网发展进程,早有相关规划储备,但进程较海外仍有较大差距。以下我们比较海外龙头SpaceX和国内建设的进度。

2022年12月初,SpaceX向美国联邦通信委员会(FCC)提交了一项申请,请求在最近获得授权的“星链”(Starlink)第二代星座中的2016颗卫星上,增设手机直连卫星的有效载荷,用于通过“星链”卫星提供真正的全球手机网络连接,与T-Mobile合作打造全球无死角的通信互联服务。SpaceX计划于2024年中完成全面部署,在南北纬58度范围内提供对地球的全面和连续覆盖,其中服务于美国及其领土的卫星总数在券1颗之间。

2022年末,SpaceX推出面向军事的“星盾”服务。去年年末,SpaceX官网已经推出一项名为“Starshield(星盾)”的服务,正式将在民用领域展露头角的星链服务拓展到军事领域,专门为政府与军事应用设计。

2023年1月,SpaceX为竞争对手OneWeb发射了40颗卫星。根据C114通信网,自从俄罗斯被制裁后,英国OneWeb便不再使用俄联盟2.1b火箭发射其卫星。2023年1月9日,猎鹰九号搭载40颗OneWeb卫星在佛罗里达州肯尼迪航天中心卡纳维拉尔角39A缓缓升空,几分钟后将其送入近地轨道,随后火箭一级在发射台完成原地降落以及回收,任务取得圆满成功。

Starlink再次调整卫星互联网服务收费标准,体现SpaceX对现金流的要求提高。使用Starlink卫星互联网服务的居民用户分为“容量有限”和“容量过剩”两种类型,容量有限地区的用户价格每月上涨10美元,至120美元;容量过剩地区的用户价格每月下跌20美元,至90美元,新定价于4月24日生效。此前在2022年,Starlink还将前端硬件成本从499美元提高到599美元。

2020年4月,发改委明确“新基建”范围,包括以卫星互联网为代表的通信网络基础设施,作为“新基建”方向之一,国内卫星互联网产业迎来快速发展机遇。

据新华网报道,随着国家商业航天政策的密集出台和立法的加快,近年来国内商业航天活动持续快速有序推进,中国航天科技集团八院科技委秘书长潘军表示,保守估计,未来5-10年,我国商业小卫星的发射需求量将超4颗,商业卫星制造的需求呈现爆发式增长。

2021年4月,中国卫星网络集团有限公司(简称中国星网)正式成立,卫星互联网作为国家重要战略出现在公众视野,标志着中国卫星互联网踏上了新的征程,也激励着民营商业航天企业砥砺前行。

2022年初,由我国自主研制的6颗低轨宽带通信卫星正式出厂,这是我国首次批量研制低轨宽带通信卫星,其单星研制成本对比银河航天首发星已下降一半以上。

2022年3月5日14时01分,我国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将我国首次批量研制的六颗低轨宽带通信卫星——银河航天02批批产卫星送入预定轨道,任务获得圆满成功,此次任务还搭载发射了一颗遥感卫星。银河航天02批批产卫星是银河航天公司自主研发、批量制造的具有国际先进水平的低轨宽带通信卫星,单星设计通信容量超过40Gbps,卫星平均重量约为190Kg。这六颗卫星将在轨与银河航天首发星共同组成我国首个低轨宽带通信试验星座,并构建星地融合5G试验网络“小蜘蛛网”,具备单次30分钟左右的不间断、低时延宽带通信服务能力,可用于我国低轨卫星互联网、天地一体网络等技术验证。

卫星和火箭生产+发射成本较高,降本思路多样。卫星互联网行业整体处于星座建设组网阶段,主要涉及两大产业链:卫星生产制造和火箭生产制造与发射。卫星生产制造层面,主要涉及两大板块:卫星平台和卫星载荷。

卫星平台成本存在较大下降空间,载荷成本与卫星功能和性能关联度较高。卫星成本主要可分为两大部分:平台和载荷。其中,载荷是不同种类卫星发挥其核心功能的部件,不同厂商、不同批次、不同类型的卫星载荷各异,定制化属性强,难以实现规模效应;平台则主要为卫星提供承载和运行的基础载体,标准化程度相对较高,后续若实现批量生产,成本可明显降低。根据艾瑞咨询数据测算,未批量生产阶段,平台与载荷的成本占比基本相当;而在卫星批量生产后的理想状态下,卫星平台成本占比约在20-30%,载荷成本约为70%-80%。在卫星平台成本中,为卫星提供机动能力的姿控系统和提供电力的电源系统成本占比较高,占卫星平台成本的比例约为40%和22%。

T/R芯片是影响通信卫星性能的核心部件,在通信卫星制造成本中占比较高。通信卫星的主要功能为数据传输,因此其带宽、时延等性能尤为重要,而上述性能主要取决于有源相控阵天线,成本占载荷部分的比重约70-80%。值得说明的是,卫星载荷的成本与其功能种类、性能强弱高度相关,在未定型之前,不同方案的低轨通信卫星相同部件的价值量差异可能较大。

卫星产业链降本主要有两大方向:规模化生产,降低器件等级。相较于载荷,平台的标准化程度更强,后续若低轨通信卫星统型+大规模生产后可显著降低成本,预计其占卫星成本的比重将从50%下降至20%-30%,平台规模效应强于载荷。此外,当前我国卫星产业链大多采用宇航级器件,成本远高于同类型其他等级器件。参考StarLink,其在商业卫星上大量采用低成本的工业级器件,虽然导致其卫星可靠性和寿命受到影响,但短期维度更容易实现规模量产,较低的发射成本也使得其从商业角度更容易实现盈利。

可回收火箭是降低火箭成本的重要途径之一。火箭成本构成主要分为四大块:动力系统、电气系统、结构部分、地面系统。其中,动力系统成本占比约70%,电气系统约15%,结构部分约8%,地面系统约7%。在卫星发射时,通常采用一箭多星的模式,因此火箭的用量远小于低轨通信卫星,通过规模化生产以降低成本的效果或小于低轨通信卫星。考虑到动力系统占全箭成本的比重较高,因此对动力系统进行回收利用,就成为降低火箭生产成本重要的方向之一。以SpaceX公司猎鹰九号为例,其二次发射成本约为第一次的70%,第三第四次发射成本约为第一次的50%,在发射10次以上后,其单次发射成本约为首次发射的1/3。

应用市场逐渐清晰,军用、商用、民用收费模式稳步探索。低轨卫星互联网尚处产业初期,商业模式未明,但我们可初步将其应用市场分为三大类,即军用、商用、民用,我国应用速度上预计军用>商用>民用。随着Starlink、OneWeb等海外项目发射计划的逐步推进,需求端的应用领域与低轨卫星提供的服务已实现初步匹配。

卫星通信商用市场广阔,海事、民航、车联网、铁路、能源等具备显著卫星通信需求。商用方面,海事服务、机载服务、特殊企业等市场存在通信刚需场景。商业模式上,以海事通信为例,目前国内探索提供两种收费模式:自有设备租给渔民,以套餐形式定期交租借及通信费用,近海渔民采用此方案较多。渔船直接购买设备,再购买流量,远洋渔民采用此方案较多。同时海事通信需要软件技术服务等增值服务。

低轨卫星是适配物联网应用的上佳方案。对于地面蜂窝网络难以覆盖的区域,相比对地静止轨道(GEO)卫星,低轨卫星实现物联网具有低延时、低功耗、小型化、覆盖面广等优势,更好地解决物联网覆盖瓶颈问题。目前Iridium、Globalstar、Orbcomm等低轨卫星系统均可提供物联网业务,商业应用范围包括交通运输、油气田、水利、海运、资源勘探等多个领域。SpaceX积极布局物联网业务,21年收购物联网初创公司“蜂群技术”并纳入Starlink板块,目前提供调制解调器、评估工具包、资产追踪器等一系列硬件产品以实现卫星物联网应用。

民用市场星辰大海,Starlink率先进行探索。民用卫星互联网服务预计将成低轨卫星最大规模商业应用场景。存在未接入互联网人口和乡村及偏远地区信号较差人口这两大目标客户,地面通信人口覆盖率约为70%,覆盖了约20%的陆地面积。

Starlink率先推出硬件费用+订阅费用的收费模式。2020年10月,Starlink推出普通住宅用户上网收费标准:硬件费用499美元,订阅费用每月99美元。目前这一价格已涨至硬件费用599美元,订阅费用每月120美元。同时,针对移动露营、个体出海等特殊场景,Starlink也提供不同的硬件设备和订阅费用。使用人数近年呈指数型增长,截至2023年5月,Starlink总订阅用户已达到150万人。

以美国SpaceX为代表的头部企业加速布局低轨卫星,轨道资源竞争白热化。中国于2020年11月9日提交基于12992颗低轨卫星的“GW星座”计划,与美国星链计划相抗衡。2021年4月28日,中国卫星网络集团正式成立,专门负责统筹中国卫星互联网建设的规划与运营,加快卫星互联网商用化进程,卫星互联网发展竞争已趋于白热化。

低轨卫星竞争呈美国领先、大国追赶的东超多强”格局。由于卫星制造及火箭发射技术壁垒凸出,全球竞争主要在大国间进行,美国依靠强大的技术积累及资金优势占据着先发优势和主要市场地位。从轨道卫星布局来看,截止2022年5月,美国制造及拥有的近地轨道卫星超3颗,占比超60%,处于绝对主导地位;从卫星参数来看,美国Starlink计划在卫星数目、投资规模等参数上均远远优于其他国家的星座计划。

轨道和频段资源稀缺,中高轨卫星数量与美国差距明显。我国中高轨道卫星数量较少,仅为美国一半,且以遥感卫星为主,整体卫星数量仅为美国的13.01%,无法满足国家安全及民用通信的需要,因此,国家将目标转向更易部署的近地轨道,但近地轨道空间和频道资源有限且不可再生,预计到2029年,地球近地轨道将部署约57颗低轨卫星,可用空间将所剩无几。

俄乌冲突加速出于国家安全对近地轨道空间的争夺。在俄乌冲突中,俄罗斯对乌克兰地面网络通信系统进行了摧毁,但SpaceX公司很快为乌克兰开通了Starlink星链网络服务,帮助乌克兰指挥战场上的无人机对俄军坦克装甲地面部队实施侦察和打击。因此,构建基于国家安全的卫星组网通信系统有重大战略意义。

低轨卫星是地面通信候补链条,空天地一体化中枢环节。据世界银行及IWS数据显示,截止2022年全球仍有超三成人口不具备联网能力,网络增长空间广阔。然而传统陆基通信一方面需要基站等基础设施完成区域覆盖,连续不间断覆盖需要大量投入基础设施建设;另一方面在远洋货轮、森林、沙漠等场景不具备建设基础设施的物理环境,因此陆基解决方案存在极大的经济性与可行性限制。卫星互联网不受地形与环境限制,当前在5G/6G层面与地面通信走向互补关系。卫星互联网也是我国空天地一体化网络建设的中枢节点,在构建覆盖全球的星地融合通信网络中发挥着关键作用。

低轨卫星由于传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低,非常适合卫星互联网通信业务的发展。增强通信:低轨巨型星座可构建覆盖全球的天基网络,提供高速通信服务,为众多地面终端设备提供通信能力,提高指挥和操作能力。侦查监视:卫星数量多、重访周期短,通过在卫星上搭载相应的传感器,可实现对全球的近平全天候不间断的侦查和监视。防御预警:可提供覆盖全球的信号波束,进行不明物的探测、跟踪、预警、拦截。偏远通信:解决偏远地区、运行中的飞机、海洋、荒漠、山区等无基础设施位置的互联网接入问题。定位导航:可作为北斗卫星信号导航中继节点,播发大功率导航增强信号,可以提升导航定位系统精确度和抗干扰能力。应急救援:卫星通讯不受人为因素和极少受天灾影响,可在地震、海啸等严重自然灾害使地面移动通信网络受损中断时提供应急通信服务。

国际电联发布《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》。建议书提出了6G的典型场景及能力指标体系,提出面向2030及未来的6G系统将推动实现包容性、泛在连接、可持续性、创新性、安全性、隐私性和弹性、标准化和互操作、互通性等七大目标。其中泛在连接旨在加强连接性,以缩小数字鸿沟。该使用场景的一个重点是解决目前没有覆盖或几乎没有覆盖的地区,特别是农村、偏远和人口稀少的地区,卫星互联网是实现这一目标的重要手段。

目前,人类在先进卫星发射和制造技术方面取得了重大突破,超低轨(VeryLowEarthOrbit,VLEO)巨型卫星通信网络已经成为学界和业界的研究热点。非地面网络(Non-TerrestrialNetwork,NTN)被广泛认为是6G网络的组成部分。

东箭多星”运载能力:力箭一号是一型四级固体运载火箭,长30米,直径2米65,起飞推力2吨,可将1.5吨重的航天器送入5公里的太阳同步轨道,是迄今为止我国运载能力最大,起飞推力最大、重量最大的固体火箭。

“专属”发射工位:力箭一号在酒泉卫星发射中心具有专属发射工位,由发射场坪、火箭运输车、移动式环境保障装置和火箭的起竖发射装置四个部分组成,发射模式采用水平总装、水平运输、水平测试、垂直发射的“三平一垂”模式,不需要复杂保障设施就可以实施发射,发射用时仅需4小时。

“脉动式”生产能力:力箭一号在广州南沙已经建设脉动式生产线,工厂里设计了三个脉动站,第一站舱段级总装,第二站箭体级总装,第三站全箭测试,目前工厂10天就能出1发火箭,再适当提高效率,可以实现年产火箭30发的目标。

发射时间紧迫,卫星互联网试验星正式启动。按照ITU要求,申请卫星频率和轨位资源的公司需要在获得许可后2年内完成星座中10%卫星的部署,5年内完成星座中50%卫星的部署,7年内完成星座中1%卫星的部署,如果无法满足上述要求,将对申报星座的频谱权利按届时实际发射数量按比例缩减。2023年下半年银河航天新一代可堆叠平板卫星将择机发射,2023年7月9日,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空,国内低轨互联网星座计划正式启动。

力箭一号点燃卫星大规模商用可能,大规模规划数量可期。2023年6月7日,力箭一号遥二运载火箭在我国酒泉卫星发射中心成功发射升空,此次任务是力箭一号运载火箭第2次飞行,采取东箭26星”方式,刷新我国一箭多星最高记录。力箭一号发射仍处于布局阶段,2023年发射以试验为主,预计规模在十几颗左右,未来力箭一号年产30发,结合发射需求增多,预计到2025年国内低轨卫星发射规模将达几百颗。

军转民趋势明显,单星成本下降。卫星通信军事应用前景与市场广阔,前期我国卫星制造与发射主要由军工国有企业承担,近年来随着政策引导及民用需求增多,卫星制造与发射也引入了更多民营力量,卫星市场从军用主导向民用主导转变。星河动力“谷神星一号丝箭5星刷新了中国民营商业火箭发射交付纪录,“力箭一号”的发射也标志着卫星民用迈入批量化生产、规模化运营、系列化发展的新阶段。

未来民用卫星单价有望降至百万级级别。目前,美国星链计划单颗卫星成本约为50万美元,我国银河航天单颗卫星研制成本已降至千万量级,是传统同类产品的十分之一乃至几十分之一,长光卫星研制中的第四代亚米级卫星,重量在20kg级,目标批量化单颗制造成本不超过4万元。未来随着民营企业工艺提升和规模化效应,生产弹性进一步释放,卫星单价有望降至百万级。

卫星产业链分为卫星制造、卫星发射、地面设备制造和运营服务和下游应用。

卫星制造:行业的最上游,具有卫星物权的企业向卫星整星的设计制造厂商提出要求,由其向卫星零部件厂商采购,然后进行生产,最后交付完整的卫星产品。完整的卫星产品通过火箭搭载,由发射服务厂商将卫星运送至预定的轨道运行。

卫星由卫星平台和卫星载荷构成。其中,卫星平台包括结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、姿轨控制系统、热控系统以及数据管理系统等;卫星载荷环节包括天线分系统、转发器系统以及其它金属/非金属材料和电子元器件等。在元器件领域,相控阵T/R芯片主要由铖昌科技、中电科13所及55所提供。

卫星服务和地面设备制造环节是产业链的中游。地面设备包括对卫星进行跟踪、遥测及指令的地面测控和监测系统以及用户终端。卫星服务企业需要对在轨卫星进行实时监测,并对地面空间段设备进行日常维护,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。地面设备制造领域参与的民营企业相对较多,包括华力创通、海格通信、北斗星通等。

商业航天的下游主要分为通信、导航和遥感三大类别。其中卫星导航主要企业包括华测导航、合众思壮等。

国内少数能提供相控阵T/R芯片完整解决方案及宇航级芯片研发、测试及生产的企业。公司是和而泰子公司,于2022年6月上市,技术团队深耕相控阵T/R芯片领域多年,技术背景深厚。公司目前已系统性掌握相控阵T/R芯片的核心技术,其产品作为国家装备型号的核心芯片,具有较高的技术壁垒,已形成较强的先发优势。近年来公司相继承担多项国家重点型号的研制任务、国家“核高基”重大专项任务、国家重点研发计划项目,先后参与多家科研院所及下属单位的产品型号开发工作。

公司产品主要包括功率放大器芯片、低噪声放大器芯片、模拟波束赋形芯片及相控阵用无源器件等,频率可覆盖L波段至W波段,可应用于卫星互联网、5G毫米波通信、安防雷达等场景。

相控阵T/R芯片贡献绝大部分收入。2022年,公司实现营业收入2.78亿元,同比增长31.69%。相控阵T/R芯片贡献绝大部分收入占比93.82%,同比增长35.03%,且地面相控阵雷达领域T/R芯片销售额增加,占营收比重提升。2022年,公司研发费用为4,328.26万元,较去年同比增长45.29%,研发投入占营业收入比例15.58%。

军工领域稀缺的民营企业。从事军品研发的企业需获得相关资质且认证周期长,公司已获得研发和生产经营所需的完整军工资质。

相控阵天线可实现波束赋形,利于低轨卫星通信。由于低轨卫星相对地面并非是静止状态,因此过去的机械天线要跟踪快速运转的卫星,与其进行持续连接非常困难,信号十分容易中断,而相控阵天线则无需机械转动。相控阵天线由天线阵、馈电网络和波束控制器三部分组成,其原理是通过控制反馈给阵列天线中各个天线元信号的幅度和相位,控制辐射主波束的指向,从而实现波束的快速扫描和跟踪,相位变化速度可达毫秒量级。

此外,通过波束赋形,相控阵天线可将发射能量集中,提高接收功率和能量使用效率。普通系统在所有方向辐射近似相等的能量,天线周围的3个UE设备均能接收到一定能量,但其他方向上的能量则会被浪费。而多波束经过赋形后,在UE方向上辐射的能量要比其他方向强得多,可以有效减少能量的浪费。

主营业务为卫星空间段运营及相关应用服务,主要应用于卫星通信广播。中国卫通成立于21年11月27日,是中国航天科技集团公司从事卫星运营服务业的核心专业子公司,主营业务为卫星空间段运营及相关应用服务,主要应用于卫星通信广播。公司通过投资、建设和运营通信广播卫星及配套地面测控和监测系统,为用户提供广播电视、通信、视频、数据等传输服务。公司是我国唯一拥有自主可控商用通信广播卫星资源的基础电信运营企业,被工信部列为国家一类应急通信专业保障队伍。

公司经营效益稳健,归母净利增速较高。近五年公司营收在27亿元左右波动,2022年实现归母净利润9.21亿元,同比增长61%。近三年毛利率区间为36%-40%,境内市场是毛利的主要来源。

卫星资源、频段资源丰富,空间监测体系完善。

卫星资源:截至2022年底,公司运营管理着中星系列、亚太系列共15颗商用通信广播卫星。公司中星6B/6C/6D/9号/9B以及亚太6C等卫星承担广播电视信号传输,助力广播电视高清化发展。

卫星监测网络:公司在北京西北旺、北京沙河、香港大埔设立测控中心,在河北怀来、新疆喀什、海南海口等地建立了业务运行监测网络,测控在轨卫星的状态,并实时监测信号传输的质量。

转发器频段资源:涵盖C频段、Ku频段以及Ka频段等,其中C频段、Ku频段的卫星转发器资源达到540余个,Ka频段的点波束达到26个,信号覆盖包括中国全境、澳大利亚、东南亚、南亚、中东、欧洲、非洲等国家和地区。

公司作为央企控股上市公司,围绕宇航制造和卫星应用主责主业,聚焦于卫星通导遥一体化产业发展,具有天地一体化设计、研制、集成和运营能力。公司依托“小卫星及其应用国家工程研究中心”和“天地一体化信息技术国家重点实验室”两个国家级平台,同时具备关键系统、核心部组件与产品的研制交付能力以及为用户提供系统解决方案和信息/数据服务能力。

在宇航制造方面,公司开发了覆盖1kg至1kg完整序列的小卫星/微小卫星公用平台型谱,产品涉及光学遥感、电磁与微波遥感、通信、科学与技术试验等领域,具备复杂星座系统设计、全链路仿真、自主任务规划、星上智能处理、AIT一体化管控、组批生产等核心技术能力,可为航天器提供星上导航接收机、空间太阳电池片、星上电子通信设备等产品,产品质量稳定、性能可靠。

在卫星应用方面,公司业务产品主要包括卫星通导遥终端产品制造、大型地面应用系统集成、无人机系统集成、卫星综合运营服务、信息系统及综合应用平台建设等领域,在目标特性识别、抗干扰、高精度时间同步、高通量卫星通信波束无缝切换等技术方面具有竞争力,打造了Anovo卫星通信系统、北斗三代宇航级芯片、高通量机载卫星通信终端、北斗导航终端、信息链终端、遥感卫星地面站、民航机载追踪监视设备等一批具备竞争优势的核心产品,具备设计、建设和运营大型地面应用系统的核心能力,能够为行业、区域用户和国际市场提供卫星广播电视传输服务、卫星测控及遥感数据运营服务和增值服务、天空地一体综合信息系统及信息化解决方案。

国博电子主要从事有源相控阵T/R组件和射频集成电路相关产品的研发、生产和销售,产品覆盖军用与民用领域,是目前国内能够批量提供有源相控阵T/R组件及系列化射频集成电路产品的领先企业,核心技术达到国内领先、国际先进水平。公司产品覆盖射频芯片、模块、组件。在高密度集成领域公司开发了T/R组件、射频模块等产品;在射频芯片领域,公司基于核心技术开发了射频放大类芯片、射频控制类芯片等产品。

军用领域,国博电子是参与国防重点工程的重要单位,长期为陆、海、空、天等各型装备配套大量关键产品,确保了以T/R组件为代表的关键军用元器件的国产化自主保障。国博电子研制了数百款T/R组件,其中定型或技术水平达到固定状态产品数十项,产品广泛应用于弹载、机载等领域。除整机用户内部配套外,国博电子产品市场占有率国内领先,是国内面向各军工集团销量最大的有源相控阵T/R组件研发生产平台。

民用领域,国博电子主要产品的性能指标已处于国际先进水平。国博电子作为基站射频器件核心供应商,在国内主流移动通信设备供应商的供应链平台上与国际领先企业,如Skyworks、Qorvo、住友等同台竞争,系列产品在2、3、4、5代移动通信的基站中得到了广泛应用。

依托于雄厚的研发实力,国博电子承担了发改委“移动通信用砷化镓射频集成电路产业化项目”、工信部“2020年产业基础再造和制造业高质量发展专项”、工信部“面向5G通信的射频前端关键器件及芯片”等国家重大专项,以及江苏省工业和信息化厅“集成电路PA、LNA等射频有源器件攻关项目”、江苏省科学技术厅“4G移动通信用射频集成电路的研发和产业化”等省级项目,核心技术及产品在业内具备竞争优势。

提供一站式的卫星转发服务以及广播、卫星通信、电信港、数据中心服务。亚太通信卫星有限公司于1992年成立,是亚太地区的地区卫星运营商,提供一站式的卫星转发器服务以及广播、卫星通信、电信港、数据中心服务。公司同时在香港联合交易所有限公司及纽约证券交易所上市,控股股东为中国航天科技集团公司。

营收及利润情况。2019-2021年,转发器市场供过于求,价格下行压力显著且市场竞争加剧,公司营收有所下降。2022年,转发器市场持续低迷,但公司不断加大市场开发力度,2022营收同比增加2.16%。同时,公司降本取得成效,毛利率小幅回升。

公司亚太6E卫星项目拟于2023年至2024年初提供服务。公司目前操作五颗在轨卫星,包括亚太6号、亚太7号、亚太9号、亚太5C以及亚太6C卫星,分别定点于东经138度、134度、76.5度及142度地球同步轨道位置。覆盖包括亚洲、欧洲、非洲、大洋洲和太平洋岛国等地区的约占世界75%的人口。公司于2020年开展亚太6E卫星项目,于2021年内在香港成立亚太星联卫星有限公司作为联营公司。亚太6E卫星采用东方红三号E卫星平台并搭载高通量载荷,适合提供宽带卫星业务并具备较高性价比,该卫星于2022年完成建造并于2023年1月成功发射,预计于2023年至2024年年初提供服务。

全球卫星产业保持增长,在航天产业中占据主导地位。据SIA官网,全球航天产业在2021年收入达3860亿美元,较2020年增长4%,卫星产业在其中占主导地位,收入为2790亿美元,占比高达72%,2019年至2021年全球航天产业和卫星产业收入均保持增长。在卫星产业中,卫星制造、发射、地面设备和服务收入分别为137亿美元、57亿美元、1420亿美元和1180亿美元,地面设备对卫星产业贡献最高。据铖昌科技援引欧洲咨询公司Euroconsult2020年报告预测,2019年-2028年全球卫星制造和发射的数量将比前十年增加4.3倍,29年-2018年全球平均每年发射230颗卫星,预计2018年-2028年平均每年发射990颗卫星,市场容量达到2920亿美元,卫星市场预计将进入快速发展阶段。

卫星互联网通信向容量更大、频率更高的方向发展。高通量卫星相较传统卫星具有无缝覆盖和高吞吐量的优势,在频谱空间资源日益紧张的背景下需求快速增长,从而推动卫星互联网通信向频率更高的频段发展。2019年10月,SpaceX公司向国际电信联盟ITU报送了3颗卫星的网络资料,这一期3万颗卫星代号为StarlinkGen2。据《Starlink第二代系统介绍》,从频段来看,相比于第一代系统仅采用Ku、Ka频段而言,Starlink第二代系统将使用Ku、Ka和E频段频谱。对于用户终端下行链路最大2MHz,上行链路最大125MHz;对于关口站而言上下行最大均为5MHz。二代系统的容量、频率可用性和频率复用的增加,极大地增加了可以服务的用户数量。

卫星激光星间链路较传统微波链路优势明显,受限于ATP系统性能等因素,短期内激光星间链路无法完全取代微波星间链路,二者将协同工作。微波星间链路具有频带宽、抗干扰能力强、组网灵活等特点,但随着卫星互联网技术不断发展,通信需求快速增长,微波链路越来越难以满足需求,通信系统之间的干扰问题也日益凸显。

与微波链路相比,激光链路优势明显,具体体现为:调制带宽增加。现阶段卫星激光链路使用频段远高于微波链路的通信频段,使通信带宽有效增加、通信容量显著提升;轻量化、小型化。光波的波长是射频与微波波长的1/1~1/1,因此激光链路所需天线的尺寸远小于微波天线;抗干扰与保密性能增强。激光信号较小的光束发散角可以有效避免通信过程因受到其他信号干扰而降低通信质量,保证通信的可靠性。据《导航星座激光/微波星间链路协同网络拓扑与路由研究》,激光星间链路需配有复杂的ATP系统,通信条件严格,短时间内微波星间链路难以被激光星间链路代替,激光星间链路与微波星间链路将在今后一段时间内与微波星间链路长期共存,协同工作。

高低轨卫星协同发展,构建天地一体化信息网络是未来发展趋势。通信卫星的常用轨道主要包括地球静止轨道(GEO)、低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)、太阳同步轨道(SSO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)等。目前卫星互联网主要布局于地球静止轨道(GEO)和低地球轨道(LEO),不同轨道卫星融合已成为发展趋势。高低轨卫星网络通过微波链路、太赫兹链路或激光链路星间相连,构建天地一体化信息网络中的天基信息网络。据《我国低轨卫星通信产业发展现状及趋势分析》,高低轨通信卫星各自优势存在不足,单独组网都无法满足未来天基信息网络的需求,高低轨卫星联合组网,单星与星座互补是未来发展的趋势。民生证券-卫星互联网行业深度报告:为什么SPACEX估值可达15亿美金?信达证券-通信行业卫星互联网掘金系列(1):空天地一体,蓄势待发长江证券-卫星互联网行业深度:军备竞赛,未来已来申万宏源-2023下半年卫星互联网产业投资策略:站在星辰大海之始,探卫星互联网商业模式申万宏源-通信行业专题:数字中国大框架,卫星互联网、运营商等产业变化几何?华金证券-卫星互联网行业:低轨卫星启动,空地一体通信来临东方证券-通信行业卫星互联网产业系列报告一:卫星互联网,6G空天地一体网络的关键广发证券-国防军工行业新·视角:军用卫星星座,对抗与反对抗,从保障性转向作战牵引

军工投资项目管理系统,军工产业投资插图1

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