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发一个中国卫星的逻辑把,好多人都说看不懂

20-02-05 17:28 8774次浏览
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天风证券 军工-卫星互联网 系列电话会议纪要:与马斯克点赞的星际荣耀一起聊行业

时间:2020年2月3日 20:00-21:10

主讲人:霍甲,星际荣耀副总裁。星际荣耀是全球唯一一家入轨的民营火箭公司,国外全球龙头就是SpaceX。星际荣耀首次入轨曾获SpaceX埃隆马斯克“点赞”。目前星际荣耀股东包括顺为(小米)、复星资本、经纬中国、鼎晖投资、天风、中信等知名PE投资机构。

主持人:李鲁靖,天风证券研究所军工联席首席

纪要正文

霍总:各位投资者朋友大家晚上好!我先大概介绍一下整个行业,也介绍一下我们星际荣耀是干什么的。整个行业,我们是在2016、2017年的时候发现这个行业未来非常非常有前景,其实这个行业最大的一次变化就是Elon Musk做了SpaceX,SpaceX实际上是2002年成立的,他在2008年完成了第一此入轨火箭发射,大家都知道SpaceX是做火箭的,在他第一次入轨火箭发射之间已经失败了三次,所以NASA给他拨了很多订单,导致他后面发展越来越好。

他是什么时候启动Starlink这个计划呢?是在2015年的时候,SpaceX就已经开始他的Starlink规划,所以整个看Elon Musk整个布局,从特斯拉,它的跑车、汽车,到他的太阳能 、光伏,再到他的SpaceX、Starlink,其实有一个宏大的体系,值得大家关注的是前段时间特斯拉的股票涨得非常好吗?实际上在业绩说明会上也有人问到了,特斯拉的汽车如何未来能和Starlink进行互动,实际上他也作出了官方的回答,他未来每一个车上加一个类似于披萨饼这么大的一个锅就可以进行通信了。

我们当时看到这个产业有一个非常非常大的机会,整个卫星应用端会大规模的爆发,我们现在看到应用主要有三个方向:第一个就是通信;第二个是导航,或者导航增强,这个阿里也在做;第三个是遥感遥测,剩下两个方向我们今天不重点讨论。

所以从这个趋势上我们看到,我们先拿出一个数据,截止2019年年底,我们当时统计了,全球历史上移动发射过的卫星数总和,就是现在还正常在地球周边在轨运行的,整个卫星总和大约有2400颗,这2400颗是什么概念?SpaceX他一家从去年年初他提出的规划,要打12000颗的卫星。去年的两次发射,加上今年的两次发射,现在已经拥有240颗卫星在天上了,所以说他的卫星发展已经超出大家的预期,但是他自己已经规划的很好了,光他一家就有12000颗的发射需求,实际上在去年的时候他提出了3万颗的发射需求。

所以我们能看到,光通信这个领域里面,未来卫星的发射需求是一个爆发式的增长。整个产业链里面,我现在先简单介绍一下,整个产业链先是火箭运载把卫星打上去,然后是卫星平台制造,完了以后再是卫星里面通信载荷的制造,包括协议的制订,最后是整个运营和服务,包括地面的整个测控系统,这个大概的一个产业链。

我们星际荣耀是做产业链里面的火箭运载领域,因为火箭的技术壁垒非常高,我们在2019年7月25号发射一次入轨的火箭。发射成功以后,我们也成了全球第三家能够具备火箭入轨上市能力的民营企业,第一家是SpaceX,第二家是美国的另外一家公司,RocketLab,这是一个简单的背景介绍。

接下来我简单介绍一下大家几个疑问,包括最近比较关注卫星互联网。

第一个,我觉得大家会提到5G的建设,下一代6G,美国为首的,大家为什么要开始启动6G的建设,它的必要性和它的迫切性在哪里,现在全球75亿人,49%,大概占了一半左右的人还没有用上网络,这块是一个比较明确的需求。具体来讲,从美国本土来讲,因为美国整个地广人稀,它全球组网的成本优势大概有一个测算,我们看到美国一些公开数据,如果美国整个做5G的部署,总的部署下来,它总的资金需求量大概在1500亿美元。包括美国他自己也在测算,如果做整个Starlink,12000颗卫星全球组网以后,他总的资金消耗大概只有100亿美元,卫星它有一个天然的全球属性服务,一旦组网完成,它肯定提供的是全球服务,所以这块它有巨大的成本优势。反过来讲,现在国内大家从公开的信息可以看到,无论是三大运营商还是华为,华为在2019年的时候提出他们要做6G的部署,也是未来可能会有天基的趋势。

第二个,美国基于它整个5G和6G建设成本的考虑。

第三个,也是我们当时跟进的,Starlink有一个最巨大的优势,就是它整个通信的时延会非常小。我们可以看到,12000颗卫星的布局,第一阶段大概是1440颗,其实整个来算,在2024年12月之前会布4万个卫星,这是第一阶段,第一阶段主要用KA和KU频段。第二阶段,未来的监测卫星可能会用V频段,这样大概我们看到,第一阶段的卫星主要是分布大概在高度1000公里左右,这是它当初的一个规划,但是我们从前四次发射能看到,240颗卫星大体上都布局到了500公里高度,500公里的好处是什么?它的时延特别小,500公里单项,从地面到卫星单项的传输时间大概只有1.15毫秒,所以这个时延会非常小,我们也能看到一些公开的数据,按照这样的时延,再加上他未来星际链路构建好,模拟纽约到伦敦的传输,如果用用Starlink的传输,它的时延价格会在40毫秒级别。假设有一个专用的光纤,从纽约通到伦敦,这个时延大概在50毫秒级别,我们传统的光纤大概是给到70毫秒级别,这一块实际上对于高频交易,对于证券交易所来讲是一个巨大的优势,这是一个很明显的优势,不详细展开了。

再往后讲,SpaceX,关于Elon Musk他为什么要做星际卫星通信,未来对于他整个能源布局和汽车布局都是一体化的,实际上地球整个低轨、互联网通信卫星星座的建设会给未来火星通信基建打出一个模板,而且未来集成电路通信都会用这种方式来走,每一个单个的功率很大,有这么多颗卫星,功率结合起来,它的集成电路通信建设起来会更简单。

所以基于以上原因,我们觉得现在全球大概都在瞄准走这样一个低轨多批量的小卫星,海量的小卫星,低轨、互联网、宽带、通信星座,实际上还有一个窄带的物联网功能。

接下来我再简单讲一下,传统的,大家看足球电视转播,包括看一些实时的,各个国家之间的转播,其实都是用传统的卫星通信,传统的卫星通信主要以高轨为主,高轨它的高度是在36000公里。大家都知道离地球越远,它的覆盖面积越大,实际上用3颗高轨的卫星能覆盖全球,但是它有一个缺点,就是它的高度非常高,36000公里单向传输到地球的时延大概在120毫秒左右,而且单个高通 量卫星,它的功率要求非常大,而且单星的质量和单星的造价非常非常高,所以我们判断未来小卫星与高轨卫星的优势会非常非常明显,包括未来的成本优势,它的可靠性优势,包括整个通信效率的优势。

接下来我简单讲一下大家比较关注的Starlink,我们看Starlink的布局,这个布局很简单,第一批,提前4425颗卫星,它主要是KU和KA这两个频段;第二频就是未来在低轨布局一些7500颗,主要是微频道,平均40-75的频段扩展,扩展的意义,不仅为地球提供整个通信的设施基础,也是未来把整个全球做一个加密的覆盖。

这里面值得一提的是大家都很关注的,也就是说今年它的发射,今年24次的发射。实际上我们跟国外工程师交流的时候可以感受到,大家有一个初步的判断,就是SpaceX的Starlink在初步完成400-480颗卫星布局以后,它已经能够提供北美地区初步的互联网技术服务。

接下来可能有一些人还会提问,铱星当年的失败和Starlink的对比,这里面我们也先给出结论,现在的Starlink跟当年的一星完全不在一个层面上,实际上现在的Starlink可实现性和它未来的价值是非常非常大的,一星也启动了二代,这里面对比几个原因:

第一,布局的成本:第一方面就是发射成本这块,大家知道SpaceX009号火箭可重复使用已经做完了,我们保守估计它的可重复使用完成以后,现在最多一级引用4-5次了,就是它的发射成本大概会是原来传统的50%左右,甚至比50%还要低一些,因为它整个载荷的空间还是比较满的,这是第一个,发射成本有巨大的节省。大家都知道卫星整个组网,整个基础设施建设的成本一大部分都在火箭发射这一块,所以火箭发射如果便宜,能的促进整个卫星的发射量。

第二,用户,原来一星主要是专用,就是2B,跟政府,包括一些旅游爱好者,军事上运用,现在主要是以互联网接入,包括物联网接入为主,所以用户扩展到了全球。

还有产业链和成本,随着摩尔定律,整个卫星上面我们看到几个大的组建,无论是热控还是轨控,星敏感期,还是通信的一些设施,它整个的成本、产业链非常成熟,这个成本降下来,包括未来一箭六十星不断地打下去,大规模生产它的规模效益很高,我们也可以看到SpaceX Starlink产能非常的大,他现在只开了一半的产能,每天能够大概出来10颗左右的卫星,这个产能是非常恐怖的,而且它刚才处在了5G和6G交互的界面,所以未来高带宽的服务,能够看到是非常靠谱的。

当然我们也觉得Starlink它现在还有需要解决的问题,面临的挑战这块我简单提四点:

第一,我们觉得卫星和火箭的分离方式,包括星间通信这些技术,当年星间的激光通信,因为它未来1万多颗卫星全部补完以后,要组成一个网,做一个最优的路径规划,在两点之间进行通信,这样它能够把通信时延做得更低,效率做得更高,所以星间通信的技术现在还没有具体实施,他也会在今年上半年进行一些论证和实施。实际上他上去的卫星里面都已经进入了激光通信的相关设备。我们觉得这块其实是很容易突破的,应该没什么太大的问题。

第二是比较核心的资源,其实全球组网的低轨互联网通信星座。我们觉得全球布局上,整个地球周边,无论是轨位资源还是频率资源,它已经容不下那么多组网的卫星星座,我们觉得最多也就是2-3个卫星星座,取决于你未来布局的情况,所以第一个就是卫星频率这块的抢夺非常重要,大家都知道,如果卫星没有申请到频率,它是不允许被发射的,就跟当年5G抢夺频率站是一个道理,SpaceX直接已经申请了12000颗,再加上3万颗的布局,他已经把非常好的频率抢夺到了,未来其他国家,包括其他公司再抢夺频率的时候,劣势会很明显。二是轨位资源,因为原来卫星发射量很小的时候,轨位资源这块没有被大家所重视,实际上未来24个轨道面,一个轨道面60个卫星,在这么高密度的布局下,低轨布局,因为低轨卫星它的追踪速度非常快,所以它的轨位资源在位置上也是有限的,一是频率资源;二是频率资源,这块可能会成为未来其他星座的挑战,也是SpaceX这块的资源抢夺战。

第三是空间碎片,包括分离动换,大家可以看到,未来空间碎片可能会对整个卫星星座有一些影响,我这边不详细讲了。现在国际电联,包括国际上的工电组织都要求,所有的卫星到后面以后要自动减速,并且离轨,再与大气层进行钝化,所以我们看到SpaceX在早期设计Starlink的时候,就已经具备了分离动画的能力。

第四是法律,各个国家如何落地,当你把整个的组网能力建设完毕以后,如何服务整个地面,这块可能也是面临一个挑战。

接下来重点介绍一下带来的产业机会,我们觉得很简单,从产业链来看,第一个机会就是火箭发射这块,因为所有的卫星必须得通过火箭才能发射上去,所以全球的火箭公司都会带来很大的机会,但是有一个最大的问题,就是全球能够入轨的民营企业火箭只有三家,并且都没有上市,所以这块不重点介绍。

第二块就是卫星制造,大家知道如果国内未来要对标Starlink,将会有一个海量的、巨量的卫星制造市场,这个市场可能会交给国家队,混改的企业、包括民营企业一起参与进来。

第三块就是整个载荷,实际上通常载荷也和整个卫星运营,包括通信协议的制订是同一家,这样它其实最大的蛋糕是在整个运营,包括载荷,这个事情当然比较晚,但是也不排除咱们卫星打的数量非常快。

提问环节

提问:您好,我有一个问题,想问一下,现在不是在建5G吗?卫星和5G比,它有什么区别,因为听下来它的覆盖、时延,包括传输的功能和5G没有太大的区别,而且它的投资感觉比5G整体还是要少,想问一下它和5G的区别。

霍总:最近我也刚看完联合国的ITU,也就是国际电信联盟刚刚发的报告,上面对整个宽带,包括移动通信、互联网的发展他们做了一个判断。现在全球49%的人没连入互联网,连入互联网的51%里面又有部分人,他们还处于2G和3G网络之间,因为那51%连入互联网的人,它的统计标准是网速在256K以上,这个速度基本比2G稍微高一点,所以他们联合国管这个叫数字鸿沟,现在这个数字鸿沟非常明显。联合国那边还做了另外一个测算,整个在互联网渗透率的提升,看整个互联网覆盖全球发展的变化,2018年3月份到2019年的3月份,互联网在非低收入国家,渗透率只增长了1个点,在低收入国家,渗透率只增长了0.8个点,所以现在对于整个全球互联网建设卡住了,很难有大的提升。现在还没有完成互联网建设的国家主要是两个原因:一是人口密度低,做大规模的地面基站是不划算的;二是这个国家压根建不起,虽然它人口密度高,但是它建不起,就没有地面的通信网络,导致这50%规模的人,联合国判断,里面大部分可能在现有模式无法连入互联网。这就带来了卫星互联网为什么要出来。

再稍微补充一下,因为我们是做火箭的,我们最关心的是我们的客户,就是卫星,卫星最关注的就是它出来的必要性。

美国测算过,它整个做5G的部署,大概需要1500亿美元,Starlink测算,它的整个全球部署只需要100亿美元,我知道您的提问,国内它的必要性在哪儿,这块有点类似于当年的GPS和北斗,就是当你形成一个全球的GPS星座以后,你后面再做北斗的时候,你的后发优势,其实GPS也不是靠收费来赚钱,它是靠芯片来赚钱,所以它一旦形成全球组网,接入以后,你后发的优势有可能就是零了,有可能没有机会。

这块我们对于它未来提供的服务,目前猜测,第一个是物联网;第二个是互联网,而且带宽还是很高,其实中间有一个,我觉得需要大家多注意的,它的时延很少,会造成你服务的差异还是比较大的,据说美国的证券交易所每年给SpaceX300-500亿美元的补贴,这块假设每年全球组网完成以后,对地面所有的设备免费提供接入,这个其实是一个很大的竞争压力,而且这个选择,站在国家角度,一旦你选择了不去做,当你2024年全做完的时候,实际上没有机会,不像北斗你还有机会去追赶,这个是没有机会去追赶的,这是从用户需求和大国之间博弈的角度来看这样一个价值。

当然有一个很重要的因素,也是现在国家角度来讲的,我们看到现在美国均方根SpaceX已经签署了2800亿美元的合同,主要是Starlink的规划,也就是说军方对他扶持很大,这块在军事上有很大的应用,我们不详细讲,类似于战略导弹的拦截,能起到致命的拦截。所以这块可能还有其他的应用,咱们国家肯定要搞。

提问:关于空间资源的问题,像马斯克大概可能发三四万颗卫星,空间资源能容纳多少颗星?比如我们国内要想建一个同等覆盖程度的星座,这个数量也是两三万的量级是吗?它整个空间资源是足够容纳这些卫星的吗?

霍总:这里面牵扯到两个问题,一个是频率资源,一个是空间资源。其实最恐怖的倒不是空间资源,是频率资源,大家都知道,卫星要想发射,必须申请你的发射频率,这个频率申请的过程很复杂,我简单讲一下,你先是国内申请,如果你的频段,和全球目前在轨,或者目前已有发射计划的卫星都没有重组,你才能去发射,如果有重组,你还得去逐个协调,国内协调完以后再去国际协调。所以一个企业要想拿到整个卫星发射的频率资源,尤其是非常好的频段,这个协调难度是非常非常大的,包括整个审批难度,这个频率这块,所以现在频率的抢夺成为全球非常非常多国家抢夺的一个核心资源,这也是美国为什么很多,包括OneWeb,很多国家去了欧洲,有注册公司,又去申请频率资源,这是频率这块,所以这个是一个很要命的资源。

轨位这块,第一个,它的面积比地面面积要大很多,而且卫星200多公斤,300公斤左右,卫星也没有多大,看地面总共有7亿辆汽车,而且地面的海洋面积占70%,投射到太空中去,几亿颗卫星是没有问题的,但是这里面有一个很复杂的问题,就是新的技术趋势,大家都去抢夺500公斤左右,或者1000公里左右的低轨卫星,低轨位的资源,第一步是24个轨道面,每个轨道面60个卫星,后面有可能还会加,这个卫星它的收入非常快,大家都知道离地球越近,它的轨道线速度越大,离地球越远,线速度是一样的,但是它的轨位越稀缺,所以当它布得越来越密的时候,任何的空间碎片或者新加入的卫星都会对它造成影响,所以低轨布得越来越密的时候,这个轨位资源是很有限的。

还有第三个问题,如果要形成一个全球组网的卫星工作,大概需要多少颗卫星,我们大概估计,SpaceX第一步规划是12000颗卫星,我觉得是一个下线,除非你的技术能做得和他一样了,因为他有很多新的技术,你可以仔细看它的分离方式,包括新敏感器,包括加了很多设备,金融通信,他已经做得这么高级了,提出12000颗卫星才能覆盖全球,任何一个星座,如果不到12000颗卫星,他说能够覆盖全球,我觉得这种可能性都比较低了,所以至少12000颗卫星,再往上提高你的带宽,提高你的整个服务质量可能还要再加,因为SpaceX最先提出的是12000颗卫星。

提问:您好,前面那位同事已经大概问了一下,我稍微补充一下,问一个技术上的,这种卫星,它受天气的影响大吗?因为您刚才说延时什么的,天气不好有云层什么的,这个影响大吗?

霍总:这个影响不大,它不是通过光学,而是通过无线电,前面的是Ka、Ku频段,后面的是V频段。

提问:基本上天气影响不大,整个通信质量各方面能保证的是吧?

霍总:对。

霍总:它就是怕钢铁水泥结构,电磁波穿透天气是没有问题。

提问:等于就是室内的覆盖问题了,就是技术细节了。

霍总:对。

提问:第二个问题,刚才前面那位同僚也问了,在中国感觉从短期来看,还是一个补充,因为我们在5G建设上人口密,我们的规模优势,所以相对来说还行,是不是更多是一个短期的应用补充,但是长期的战略竞争还是比较重要的,是不是可以这么理解?

霍总:这块我们早期调研的时候,全球现在有3个格局,第一个是美国,美国已经确定了坚定走天基这条路线,欧洲是已经确定了,天基和地基市场化,一半一半。个人猜测,我国未来可能也是天基和地基共同建设。

还有一个观点,5G下一代可未来的趋势是往频率越来越高来走,因为你频率越高,数量越大,但是当频率到了5G毫米波,或者说6G时代,最后的小基站量会成指数型的增加,那时候的分布和布局特别特别难。而天基有一个特别大的好处,它具备全球布局,也就是你没有必要到处建小基站,只需要在你接入的地方,直接去接收就行了。这个优势有可能在5G往6G走,甚至6G、7G,再往后,频率到了毫米波这个级别,这时候天基的优势越来越明显。

提问:最后再请教一下,最近国内有有一些什么动作吗?因为这个事情,您说了已经在论证了,当然论证的结果,短期的大家也看到了,SpaceX他也在干,我们国内短期有一些具体的动作吗?干这个事情。

霍总:具体动作你可以看之前,鸿雁、鸿云、行云这些已公布星座,本来都是今年准备开始发的。我觉得动作来讲,应该是明年会有一个特别大规模的追赶计划。今年因为大规模组网步骤,肯定是像SpaceX一样。SpaceX,还有OneWeb去年一直在做实验,所以它一般会有规模型的实验开始做,按今年鸿雁、行云、鸿云他们的整个计划来看,也是类似这样的阶段,因此今年可能是组网试验阶段,明年估计会进入规模商用建设。

提问:从目前来看应该还是政府买单吧?商业公司好像也没怎么大去投资。

霍总:有时候不止政府,比如说银河,他们也是前一阵刚发完卫星,他们还是会有融资的钱,但是主要的钱还是政府,我觉得政府的角度,可能会通过一些央企自己出资的形式,比如说集成电路大基金、惠华基金、诚通基金等的出资方式,用这种方式做出资,不一定是直接的财政拨款,可能会是一些央企集资的方式去做,这样更符合商业行为。

霍总:我稍微补充一下,因为银河航天跟我们是同一个股东,顺为同时投了他们也投了我们,在火箭和卫星上都有布局,我觉得这个事是这样子,它可能和大家传统的国家项目不太一样,因为他引入了大量的民营企业、混改企业一起做这个事,而且是比较市场化的,你可以看银河航天的创始人原来是做互联网的,所以他可能这一波会把整个移动互联 网和互联网整个历史上积累的资源、资金,包括人才全部利用起来,因为互联网下一代是移动互联网,移动互联网在下一代,很多人觉得可能是6G的天基互联网。

还有刚才提到的鸿雁,他在早期规划的时候规划了很久,已经规划了至少5年以上,很多基础方案和早期的技术论证都已经完成了,所以我觉得未来推的速度也可能会超大家预期。

提问:像特斯拉的充电桩一样,它一个接收站有多大?

霍总:很小的,特斯拉的电话会议里面有人问,它很小,比手机大不了多少,就一个圆盘,15厘米直径。

提问:15厘米能接收400公里以外的东西,还顺畅?

霍总:对,是可以的,因为低轨距离太近了

提问:我明白了,谢谢。

提问:我想问一下,开发天际互联网的东西,跟特斯拉不一样,它是个人商业行为,他本身有车,我们搞这个东西不是商业化,而且行业15年之后才能借到东风,商业化,搞这个东西我觉得怎么去商业化落地呢?

霍总:其实大家把中美对比一下,美国所有的卫星应用和航天应用,包括火箭应用它一直都是民营企业来干,没有什么国家队和商业公司,它一直都是民营企业干,这是第一点。第二点美国Starlink在组网的时候,包括SpaceX做火箭发射的时候,收到了美国空军和NASA大量的订单帮助和大量的技术付出和大量的人才付出,所以现在你难以说SpaceX是纯商业还是国家行为,它背后蕴含了巨大的商业价值,这是结合在一起的。

提问:还有一个问题,如果按这样说,我们国家现在5G,后面受到的冲击就会很大。

霍总:没有,因为它不是一个市场,5G这个是对于高密度人口、完善的通信基础设施的,本来卫星互联网就不是给这块用的,是给全球那49%人口用的。咱们不管5G还是4G怎么升级换代,都是现有互联网部分人口干的事情,对于这部分人口以外的人,他们就跟5G这些基础建设没太大关系了。所以像Facebook还有亚马逊 、Google全都干这个事,为什么干这个事情?因为他们要从商业模式端角度实现全球互联,这样可以把生意做到全球所有人口。所以这两个市场本来就是不一样的市场。刚才霍总也说了,全球400多万个4G基站,中国300万个,有很多地区4G都没有,5G就更不可能了,其实都是在一个固定人口的角度做的5G建设,所以是两个不一样的市场。

提问:但是美国相对来说,按这种计划,他就是直接跳过5G,进入Starlink这样一个阶段,相当于6G。

霍总:对
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dave9009

20-02-07 08:52

1
逻辑不错
玛旁雍错

20-02-07 08:04

0
SpaceX计划剥离Starlink星链业务并寻求IPO
2020-02-07 07:51:16 
 2月7日消息,据外媒报道,美国亿万富翁埃隆.马斯克(Elon Musk)旗下太空公司SpaceX计划剥离太空互联网业务Starlink,并寻求对其进行首次公开募股(IPO),让投资者有机会参与到这家少数人持股、前景非常光明的业务中来。(腾讯科技)
境随心转9

20-02-07 08:02

0
以美国为例,该国人口密度低,基站间平均距离远,铺设光纤投入产出比低,限制了地面通信的覆盖。在中国,是国家巨额资金的投入将通信网络向农村等边缘地区延伸才有了全国 4G 覆盖率达到 99.7%的奇观。即便如此中国在海洋、沙漠、雪原、民航等领域仍处于互联网的空窗期这对于即将实现物联网时代来说是无法容忍的;想要实现无视地形的信号覆盖就必须改变信号覆盖的策略。
2013-2018 年我国在 4G 建设中三大运营商总投入超过 8000 亿元,而未来的 5G 建设花费将超万亿。5G 基站覆盖范围小、能耗巨大的特点决定其在人口密集的城市、乡村才有必要铺设;而天基互联网系统能够实现全球覆盖且无视地形和环境要素。因此我们预测未来天基互联网和 5G 将形成一种相辅相成、互相融合的关系:以 5G 为代表的地面基站负责人口稠密的城市和乡村,而天基互联网负责人口稀少、建设基站困难的地区,如天空、海洋和极地;可以预见,天基互联网将成为以 5G 为代表的地面基站的倍增器;未来 10 年天基互联网将进入高速发展期,全球无缝覆盖 WiFi 即将成为现实。
4. 中国全力加入低轨卫星竞争行列
目前世界各国在加紧争夺频率和空间资源的争夺,站在用户需求的和大国博弈的角度,目前低轨卫星的竞争类似之前的 GPS,一个国家一旦选择不去竞争,就很难再有机会赶超。
2018 年 11 月,我国科技部拟将“与 5G/6G 融合的卫星通信技术研究与原理验证”课题,列入国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项中,说明我国也已经认识到卫星通信在未来通信领域的重要性,表明卫星通信将在 5G/6G 通信时代有广阔的应用前景。目前我国低轨通信小卫星星座计划主要有航天科技集团的“鸿雁星座”和航天科工集团“虹云工程”。
鸿雁星座计划:全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统也称“鸿雁星座”,由是航天科技集团负责建设和运营,落户重庆,是我国投资规模最大的国家级商业航天项目,主要依托东方红卫星移动通信有限公司开展建设和运营。鸿雁星座一期 60 颗卫星预计 2022 年建成由 60 颗卫星组成的通信网络并组网运营,填补中国目前尚无低轨卫星通信系统的空白。二期预计 2025 年完成建设,通过数百颗卫星构建“海、陆、空、天”一体的卫星移动通信与空间互联网接入系统,实现全球任意地点的互联网接入。鸿雁全球卫星星座通信系统将由 300 颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成,具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力,可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。“鸿雁星座”首颗试验卫星“重庆号”已于 2018 年底成功发射,并计划在明年 7 月再发射两颗试验卫星,对空间互联网系统关键技术进行在轨验证,对移动通信、宽带互联网、物联网、导航增强等功能进行示范验证,对商业模式展开积极探索。建成后鸿雁星座将实现信号全球无线覆盖,为“一带一路”等区域实现宽带窄带相结合的通信保障能力。
鸿雁卫星搭载有 AIS 载荷和 ADS-B 载荷,可AIS 载荷可在全球范围内接收船舶发送的 AIS 报文信息, 全面掌握船舶航行状态、位置、航向等动态和静态信息,实现对远海海域航行船舶的监控管理;ADS-B 载荷可从外层空间对全球航空目标进行位置跟踪、监视及物流调控,提供航空数据业务,可支持飞机前舱的安全通信业务,为航空器追踪及应急处理提供可靠的通信保障,增强飞行安全性及突发航空事故搜救能力。
虹云工程:虹云工程是航天科工二院目前主要推动的商业航天项目之一,也是航天科工集团公司“五云一车”(飞云、快云、行云、虹云、腾云和飞行列车)商业航天工程之一,是基于低轨卫星星座而构建的天地一体化信息系统。据航天科工二院方面介绍,卫星将在距离地面约 1000 千米的轨道上组网运行, 构建出星载宽带全球移动互联网络。整个计划部署完成后,将在“一带一路”,甚至全球实现随时随地按需的互联网接入,“届时无论身处何时何地,都能用上航天科工自主研发的„星链wifi,实现网络无差别的 全球覆盖,无论在海域还是无人岛,都能接上互联网,和外界保持通信流畅。”按照规划,整个“虹云工程”被分解为“1 4 156”三步:
第一步:2018 年底前,发射第一颗技术验证星,实现单星关键技术验证
第二步:“十三五”末即 2020 年底射 4 颗业务试验星组建小星座,用户可进行初步业务体验
第三步:“十四五”中期(2022 年左右),实现全部 156 颗卫星组网运行,完成业务星座构建。
2018 年 12 月 22 日,“虹云”工程首星“武汉号”在酒泉卫星发射中心成功发射,虹云工程第一步已经完成。
“虹云”工程首星首次将毫米波相控阵技术应用于低轨宽带通信卫星,能够利用动态波束实现更加灵活的业务模式。除通信主载荷外,虹云工程首星还承载了光谱测温仪和 3S(AIS/ADS-B/DCS)载荷,将实现高层大气温度探测和船舶自动识别系统(AIS)信息、飞机广播式自动相关监视(ADS-B)信息和传感器数据信息采集(DCS),实现通、导、遥的信息一体化。
5. 国内卫星产业链日益成熟,空天信息产业云管端终将崛起
5.1 国内航天和卫星产业链具备核心自主能力
1996 年长征三号搭载美国卫星发射失败后的合作调查被美国议员做文章,众议院政策委员会主席考克斯牵头下,考克斯报告在美国国会以近乎全票的优势通过,并直接促成了 1999 年美国国防授权治案将卫星及相关零部件全部禁止向中国出口,甚至任何包含美国元器件的卫星都严禁由中国的火箭发射升空。这项禁令直接导致刚刚成熟的中国对外发射业务基本退出国际市场-因为当时世界上主要的卫星制造商,几乎没有不采用美国元器件的。
但多年来我国航天产业自力更生,已经形成了完整的自主产业链。
航天产业链主要由卫星制造、卫星发射、卫星应用及运营和卫星地面设备四个部分组成。
第一部分卫星制造方面,主要包括卫星制造、部件及分系统制造和航天飞机、载人飞船、人造地球卫星和空间探测器。其中,在航天站、航天飞机等太空探索方面还应考虑能源供应问题,如太阳能电池板的开发。特别是星载计算机和 FPGA 等是卫星控制的核心,
第二部分卫星发射由发射服务、运载火箭服务和利用系统、逃逸系统、遥测系统和运载火箭控制系统组成。
第三部分卫星应用及运营方面,主要由遥感业务、航天飞行管理、卫星移动服务、卫星固定服务和消费服务五大部分组成。其中卫星移动服务包括移动数据业务和移动话音业务;卫星固定服务由转发器租赁和管理网络服务组成;消费服务由卫星电视、卫星音频广播和卫星宽带业务、上行发射站、星载转发器和地面接收站组成。
第四部分卫星地面设备方面,由网络设备和消费设备组成。在消费设备中的全球卫星导航定位系统中, 需要板卡、芯片、电子地图、接收机、天线、运营服务和导航系统。
而在整个卫星和航天产业链里面,航天五院能够提供多年发射成功经验证明的航天器制导、导航与控制(GNC)系统,推进系统,程控系统及其部件,特别轩宇智能的航天级 FPGA 和存储等核心部件。
康拓红外的子公司轩宇空间成立于 2011 年,业务范围已从智能测试与仿真系统延伸至多个领域;2017 年公司增加微系统及控制部组件业务,包括 SoC2008(宇航用片上的系统芯片)、四核 SoC2012 以及Si2115 星载计算机模块等。公司宇航芯片拥有完全自主产权,以实现国产替代,已批量应用于各类国产卫星系统。随着技术积累以及应用范围的不断拓宽,公司目前已形成了测控仿真、智能芯片、防务装备、宇航、智能装备和工业自动化六大产品体系。其中公司智能测试与仿真系统、微系统及控制部组件构成公司收入的主要来源。
而航天五院下属的中国卫星是是专业从事小卫星研制及卫星应用的航天高新技术企业。现已发展成为具有天地一体化设计、研制、集成和运营服务能力的产业化集团公司,形成了航天东方红、航天恒星等一系列国内外知名品牌。在小卫星及微小卫星研制方面,已成功开发了以 CAST968 平台为代表的多个系列小卫星和微小卫星公用平台,并成功发射了对地观测、环境监测、空间探测等不同用途的 10 余颗小卫星;在卫星地面应用系统及设备制造方面,拥有地面站系统集成、卫星导航、卫星通信、卫星遥感、信息传输与图像处理五大领域 20 多类产品,其中高动态卫星导航定位终端、无人机信息链、北斗系列卫星导航定位终端、静中通、动中通等产品在国内市场处于技术与份额双领先的地位;在卫星运营服务方面,已具备提供广播电视传输、移动位置服务、卫星定位与导航服务、数据采集与信息发布等多项运营服务的能力。
亚光科技作为 10 所和 25 所的核心部件供应商,其 TR 组件为我国航天事业保驾护航,受益于空天信息化发展,公司已经已批复 1 条宇航级生产线、在为国家重点工程、武器列装的大型配套时,具有较强的
竞争力。其与 25 所成立的联合实验室未来有望在空天信息化方面做出更多贡献。
5.2 北斗和高分成为我国空天信息化自主的标杆,卫星通信成为通导遥一体化的发展重点
5.2.1 北斗三号组网成功,国产化下游应用全面铺开
2020 年北斗迎来全球组网,北斗应用全年铺开。北斗卫星导航系统是国家重要的时空基础设施,典型的自主可控和军民融合产业。随着北斗卫星导航系统全球部署,北斗卫星导航系统模式发生了根本改变。从以前仅仅用于卫星导航系统定位、导航扩展到现在各种社会应用,如位置感知的综合数据云智慧城市、战场自动化感知及战场自动化指挥。基于地基增强系统的综合信息服务是近几年发展起来的一种为用户提供与位置相关的信息服务的新兴产业。其中,北斗综合信息服务云平台能为核心服务和应用提供统一的运行、计算和存储支撑,形成北斗导航大数据能力。
目前国内已经形成完整的北斗自主产业链。上游集中在卫星制造、发射、地面配套、地基增强、星基增强等基础设施建设,以国家队为主,但千寻位置、海格通信合众思壮等通过介入地基增强或星基增强系统,未来有望成为位置服务运营商。中游涵盖基础部件、终端、解决方案等,以民企为主,相关公司从终端环节,逐步向前端芯片板块、后端行业解决方案延伸。目前我国自主芯片、模块、板卡等产品的核心性能与国际水平相当,国产北斗导航型芯片模块累计销量已突破 8000 万片,高精度板卡和天线销量已占据国内 30%和 90%的市场份额。
2019 年,北斗产业链中游和上游受到芯片、板卡、核心器件、终端设备价格下降的影响,产值增速较去年进一步放缓,在全产业链中占比仍然呈现下降趋势。下游产值占比增长较快,主要原因在于终端集成环节竞争激烈,而下游运营服务准入门槛相比较低,促使终端提供商向运营服务商转变,同时无人驾驶和高精度服务近年来需求激增,并有效牵引消费级市场相关服务需求的释放,从而推动下游产业链快速发展,其产值在 2018 年总产值中占比为 41.6%。随着北斗导航系统全球组网的完成,北斗应用市场将不断深化,多厂商布局下游高精度地基增强服务将成为 2020 年亮点。
5.2.2高分一号系列卫星成功发射标志着我卫星遥感全球领先
高分一号是国家高分辨率对地观测系统重大专项天基系统中的首发星,其主要目的是突破高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术,多载荷图像拼接融合技术,高精度高稳定度姿态控制技术, 5-8 年寿命高可靠低轨卫星技术,高分辨率数据处理与应用等关键技术,推动我国卫星工程水平的提升, 提高我国高分辨率数据自给率。
高分一号卫星实现了我国民用高分辨率遥感数据国产化,其主要用户为国土资源部、农业部和环境保护部。该星的设计寿命为 5-8 年;2013 年 4 月 26 日高分一号卫星精准入轨;2018 年 3 月 31 日,高分一号 02、03、04 卫星是国家民用空间基础设施规划的首批业务化应用卫星,是我国首个民用高分辨率光学业务星座,用于国土资源调查、监测、监管与应急等主体业务,并可服务于环保、农业、林业、海洋、测绘等行业。特别是在公安执法、灾害环保、漂物监察、土地影像、国际救灾等方面都发挥了重要的作用。
5.2.3 斗和高分系列的成功代表着我国空天信息自主产业链的成熟
北斗和高分系列的成功代表着我国空天信息化产业链的成熟,通过中国卫星和康拓红外等解决了微系统及控制部组件业务、航天用 FPGA、以 CAST968 平台为代表的多个系列小卫星和微小卫星公用平台, 以及地面终端相关核心部件供应也解决了卡脖子问题。中国商业小卫星通信星座也必将成功。
5.3 地面段相关公司发展壮大,也为空天信息产业发展提供了基础
随着空天信息产业的发展壮大,通导遥三者都将成为数据增长点,如何用好这些数据将是接下来地面段的发展重点。
境随心转9

20-02-07 08:00

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1. 空天信息产业迎来黄金十年
信息技术产业已经走过主机时代、互联网时代、移动互联时代,现已进入空天信息时代。空天信息产业 是迈入全互联时代涌现的前沿新兴信息产业形态,也是支撑产业和社会数字转型的重要产业,更是引领全球经济发展主线的重要基础设施。空天信息产业是移动互联时代之后的新阶段。
以卫星通信、卫星遥感、卫星导航为代表的太空领域是军用和民用发展的重点领域,空天信息已广泛应用于国家安全、经济建设和大众民生的诸多领域,不仅具有军民共用的特点,也拥有巨大的市场价值。在军事上空天信息网络甚至可以起到类似战略导弹的致命拦截作用。空天信息网络面向政府和公众可提供六项典型场景应用:应急救灾保障、信息普惠服务、移动通信服务、航空网络服务、海洋信息服务、天基中继服务。
空天信息产业的政策环境越来越友好。从政策上看,我国鼓励空天信息产业的发展大致有两条主线:其一为相关政策从规划卫星制造到规划整体的空间基础设施建设;其二为鼓励商业航天大力发展,鼓励民营资本参与到建设。此外,航天法已经列入全国人大立法计划,力争在未来 3-5 年出台。从各类相关政策可知,国家在顶层设计方面已为空天产业蓬勃发展奠定了良好的基础,同时结合航天任务的规划数量和航天技术及基础设施的不断完善,我国空天信息产业已进入了发展的黄金十年。
1.1 建设通导遥一体的空天信息网络成为我国迫切需求
近年来,我国地面和空间信息网络建设已取得瞩目发展。截至 2018 年 12 月底,中国网民规模达 8.29 亿人,互联网普及率达到 59.6%,已经基本建成了覆盖全国的地面网络;航天技术发展也取得了巨大成就,以北斗卫星导航系统和高分辨率对地观测系统为代表的国家空间信息基础设施取得长足进步,截至2018 年 12 月底,我国在轨卫星数量已超过 200 余颗,已经初步建成了通信中继、导航定位、对地观测等系统,通导遥融合发展态势基本形成;空天信息的全面性、灵活性、时效性和准确性大幅提升,定时、定位和遥感观测的综合应用服务日益丰富。
但随着国民经济飞速发展和各类新兴技术的普及,我国对空天信息也有了更高层次的需求。覆盖面上, 我国对导航、遥感等天基信息的需求覆盖范围已从国内拓展到全球;在速度上,对空间信息的获取-传输-处理的响应速度趋向实时化,对海量天基信息的传输-处理-分发的时效性提出了新的要求。要实现天基信息全天时、全天候、全地域服务于每个人的目标,根本上解决现有天基信息系统覆盖能力有限、响应速度慢、体系协同能力弱的问题,亟需构建更为强大的卫星通信、导航、遥感一体天基信息实时服务系统。
国防方面,武器装备的飞速发展和作战模式的改变也为空天信息提出了更高层次的需求。从反导的角度 来看,战争中反导的难度已越来越大。以超高音速导弹为例,提升防御超高音速的导弹的成功率需要在发展准备阶段就密切跟踪,这便需要防御方拥有足够强大的空天信息网络。我们可以从美国太空发展局(SDA)提交的预算草案可以窥见当前空天信息网络与军事需求之间存在的巨大差距。据美国航天新闻网 10 月 7 日报道,根据美国太空发展局计划 2021~2025 财年投资 110 亿美元,用以部署军用大型卫星星座:“国防太空架构”(NDSA)。110 亿美元预算主要分为两大部分:5.82 亿美元为基线预算,用于 NDSA 路线图开发以将国防部现有太空项目融入 NDSA,同时用于导弹防御传输层传感器的研究和样机开发;106 亿美元用于“卫星层”建设,用于研究、设计、开发与测试大型军用卫星星座。
1.2 空天地一体化信息网络逐渐形成
20 世纪80 年代至90 年代,美国成功部署了跟踪数据中继卫星(Tracking and Data Relay Satellite,TDRS)系统,TDRS 被称为“卫星的卫星",其中,多址链路是TDRS 的重要组成部分,美国的TDRS 多址链路技术演变分为三个阶段:
第一代 TDRSS 系统的多址体制采用空分多址结合码分多址方式,星上采用一个 S 频段多址相控天线, 具有 30 个阵元,全部用作接收阵列,发射阵列山其中的 12 个具有收发双工性能的阵元承担,在通信过程中,只需 24 个接收阵元、8 个发射阵元即可达到TDRSS 通信要求。系统采用空分多址和码分多址方式,在一个波束内的用户采用伪噪声码分多址技术,每个信道最大速率可达到 50kb/s。其空分多址的波束形成是在地面完成的,各个人线单元接收到返向链路的信号,经过低噪放等处理过程送给星上处理器, 并将信号频分复用(频点间隔设置为 7.5MHz 后形成中频信号,再通过上变频处理将信号从 K 频段传输下去送给地面基站,在地面接收到多个阵元的信号进行波束形成;
第二代 TDRSS 系统星上采用的多址天线为 S 频段六角形相控阵模式,并且因为星上形成波束,天线增益提高约 6dB,返向链路为 32 条,前向链路为巧条,系统增强了多址业务返向能力,占用 2.0G~2.3Ghz 波段进行多址访问,前向链路的数据传输率为 300Kbit/s,并能以传输速率 3Mb/s 同时接收五个用户星的信息;
空天信息网络第三代 TDRSS 完成了空间对接、高覆盖率和返回着陆等方面的卫星测控任务,并能够做到对于图像信号的实时传输,关于其多址链路技术,最近美国提出了按需接人的第三代中继卫星地面合成方案,第三代多波束合成方案采用地面接收 DBF 多波束合成技术,可以满足更多用户按需接址的通信要求。
2. 同步轨道卫星和地面通信有固定限制,低轨通信卫星更适合现代通信
同步轨道卫星(GEO)在地球赤道上空 35786km 的圆形轨道运行,卫星绕地球运行周期与地球自转同步,卫星与地球之间处于相对静止的状态。为保证卫星与地球同步运作,卫星只能被发射到赤道轨道面的特定高度,致使可容纳卫星数有限且信号不能覆盖极地地区。由于轨道高度过高,同步轨道卫星的波束覆盖区大,使频谱利用率低。同步轨道卫星通信延迟差达到 250ms,和地面基站相比增加。另外, 地球同步轨道卫星的发射困难,技术复杂;由于许多发射卫星的国家没有赤道附近领土,不可能在赤道上建立卫星发射场,因此卫星要经过几次的轨道变换才能成功,难度增加。加上地球同步轨道卫星体积大,重量大,发射时间长,使发射成本高。
同时地面通信系统覆盖范围小的多,4G 基站覆盖范围为 1-3km,而 5G 基站覆盖范围仅为 100-300 米, 基站建设和运营成本很高。此外,建设基站易受到地形和环境影响,在环境恶劣的沙漠、海洋、极地等地区地面通信系统建设成本高昂,无法实现全球覆盖。
低轨小卫星一般指高度在 500 到 1500 公里范围内,重量在 1000kg 以下的现代卫星。对用户而言,轨道高度的降低使通信延时缩短,数据传输率提高。由于低轨卫星可以不受地形和环境限制,因此与传统地面基站通信相比覆盖范围提升,可以真正做到全球无缝接入。低轨卫星传输损耗小的特点使用户终端小型化成为可能。对运营商而言,卫星体积小、重量轻,发射成本和同步轨道卫星相比降低。另外低轨卫星系统频谱利用率高最大单向传输延时和最大延时差和地球同步轨道卫星相比都减少, 与地面传输手段的延迟较为接近。虽然目前低轨通信卫星仍存在需要卫星数量多、维护困难等问题,但随着以技术手段的进步和以 Space X 公司为代表的可重复使用运载火箭的开发,低轨卫星的发射和管理成本将降低。
3. 低轨通信卫星技术趋于成熟
3.1 困扰早期以铱星星座为代表的低轨卫星系统的技术壁垒逐渐消除
“铱星”星座系统是美国摩托罗拉公司于 1987 年提出的一种利用低轨道星座实现全球个人卫星移动通信的系统,它与现有的通信网相结合,可以实现全球数字化个人通信。“铱星系统”区别于其他卫星移动通信系统的特点之一是卫星具有星间通信链路,能够不依赖地面转接为地球上任意位置的终端提供连接, 因而系统的性能极为先进、复杂,这导致其投资费用较高。星座的构型为玫瑰星座,卫星均匀部署在南北方向 677km 高的 6 条极轨近圆轨道上,轨道倾角为 86.4。每颗卫星载有 3 个 16 波束相控阵天线, 其投射的多波束在地球表面形成 48 个蜂窝区。每颗卫星拥有 4 条 Ka 频段的星间通信链路,两条用于建立同轨道面前后方向卫星的星间链路,星间距离 4021~4042km;两条用于建立相邻轨道面间卫星的通信链路(仅适用于纬度 68以下地域),星间距离 2700~4400km。异轨道面间链路的天线可根据加载到卫星上的星历信息进行指向调整,波束宽度足以适用纬度控制和卫星位置保持的容差。卫星在轨重量320kg,工作寿命 5~8 年。
于低轨卫星通信系统也存在固有的缺点,如需要卫星数量较多,由此带来地面控制、维护系统比较复杂,对通信而言,影响较大的问题是波束切换和星间切换。低轨卫星相对地球高速运动,使得终端在通信过程中需要频繁的切换到其他波束或卫星上才能继续通话,即使当时设计方案最完整最有前景的的铱星系统仍无法克服:
技术方面,受当时设备性能制约,系统切换掉话率高达 15%,严重影响通话质量,并且数据传输速率仅有 2.4kb/s,其最小切换时间间隔 10.3 秒,平均切换时间间隔 277.7 秒。由于早期低轨卫星通信系统的带宽资源不能满足切换呼叫最低的带宽要求铱星系统在运行初期的切换成功率只有 85%,经过改进后仍然只有 92~98%,与陆地移动通信系统的切换掉话率不高于 0.05%的指标相差甚远。
1) 成本方面,铱星系统需要在获得第一笔订单之前就建成全部系统,风险很高,而地面通信网络的建设可以逐步进行,可以在回收一部分投入之后逐步扩建系统;
2) 系统能力方面,铱星在系统设计时确实先进,但此后蜂窝电话发展极其迅速,待到铱星服务之后, 技术已经落后,铱星电话的笨重、室内无法使用、通话的可靠性和清晰性低的缺点凸现出来。
但随着近二十年来通信技术、微电子技术的飞速发展,通信系统信号处理能力、通信带宽不断提升,从目前仍在运行的铱星二代、全球星等低轨卫星通信系统使用情况来看,困扰早期铱星系统的掉线率高等技术问题已经得到有效解决,为低轨卫星通信的普及应用扫清了障碍。
3.2 空天信息产业链迅速发展助力成本降低
在卫星制造成本和发射成本高居不下的时代,低轨道卫星星座不具备经济可行性。然而,随着技术的进步,卫星的体积、质量、成本逐年下降,可靠性、集成度逐年提升。加之近年来,越来越多的企业(包括民营企业)涌入中小型运载火箭行业,使得火箭发射供给快速提升,成本大幅下降。在此环境下,低轨道小卫星星座的大规模部署初步具备先决条件。
1) 火箭发射成本
美国航天探索公司 Space X,目前已经成功开发出可重复使用的猎鹰 1 号、猎鹰 9 号、重型猎鹰等可重复使用的运载火箭和拥有载人能力的龙飞船。公司可回收火箭近期发射屡获成功;2020 年 1 月 30 日,SpaceX 公司用“三手火箭”将第四批共 60 颗星链卫星送入轨道,随着公司技术的不断发展,猎鹰 9 号火箭单次发射成本降低,使更多低轨小卫星被送入太空成为可能。
未来,随着以 Space X 为代表的商业可重复使用运载火箭的开发,可以使猎鹰 9 运载火箭的单次发射成本稳定在 3000 万美元左右;按照每次发射 60 颗近地小卫星计算,单颗星链卫星的发射成本将降低到每颗 50 万美元左右,成本降低。
2) 小卫星制造成本
另外,同步轨道卫星寿命一般在 10-15 年,而低轨小卫星寿命在 5-8 年,较短的寿命决定了小卫星较高的更换频率。随着卫星发射技术的进步,使以 Space X 为代表的商用卫星发射公司成为可能,而越来越多的企业进入航天领域,又进一步促进了卫星和发射技术的升级,从而形成了一种“技术进步降低成本→更多力量参与研发生产→技术进步进一步降低成本”的正向循环。
3) 整体通信系统建设成本
根据 Wind 数据,2019 年中国 4G 用户规模为 12.1 亿户,目前中国境内 4G 平均网速是 3.61M/s;截至2019 年 5 月,全国共建成 437 万个 4G 基站,每个基站可供最多 500 终端接入;中国三大运营商在 4G 网络上的建设至少在 8000 亿规模。随着 5G 的应用,每个 5G 基站建设费用约是 48 万元;而由于 5G 基站覆盖范围仅为 100-300 米,远远小于 4G 基站的 1-3km 范围,建设成本会比 4G 更高。
根据《美国典型小卫星项目创新管理模式分析》,每颗 180kg 的LEO 小卫星发射价格约是 495 万美元, 300kg 小卫星价格约是 695 万美元。以星链计划为例,Space X 计划发射的 12000 颗 260kg 近地小卫星总共发射成本约是 873.5 亿美元,约合人民币 6060 亿元,小卫星寿命一般为 5-8 年。据 Space X 执行总裁马斯克透露,每 60 颗星链卫星可同时支持 40000 用户终端(每颗卫星支持 600 终端接入)以最低 25M/s 的速度使用。从我国 4G 基站与 Space X 低轨小卫星几个指标对比可以看出其发展前景:
未来,随着以 Space X 为代表的商业可重复使用运载火箭的开发,可以使猎鹰 9 运载火箭的单次发射成本稳定在 3000 万美元左右;按照每次发射 60 颗近地小卫星计算,单颗星链卫星的发射成本将降低到每颗 50 万美元左右,成本降低。
3.3 低轨卫星市场规模巨大,前景广阔
根据全球互联网统计信息(Internet World States)最新统计数据显示,2019 年全球互联网渗透率为58.8%,全球仍有约 31.8 亿人口没有被互联网普及。其中,亚洲和非洲占据了全球 72.1%的人口但互联网渗透率分别只有 54.2%和 39.6%,低于全球互联网渗透率的平均水平。照此计算,仅亚非两个大洲就拥有 27.4 亿未“互联”人口,约占全球互联网未普及人数的 86%。由于地面基站易受地形和环境制约,这些地面信息系统无法覆盖的地区和人口将是卫星通信广阔的市场空间。未完成互联网建设的国家主要是 因为1.人口密度低,建立基站不合算2. 人口密度高却缺少资金。但是由于联合国的网速统计标准是256K, 因此即使是被互联网覆盖的 41.2%的人口中,仍有部分人口仍处于 2G 和 3G 之间。根据联合国统计数字,2018 年 3 月份到 2019 年的 3 月份,互联网在非低收入国家,渗透率只增长了 1%,在低收入国家, 渗透率只增长了 0.8%;因此现有的全球互联网建设遇到了瓶颈期,很难再有很大提升。因此,低轨卫星成为当前刚需。
2020 年 1 月 14 日,欧洲咨询公司发布了最新的卫星制造与发射服务分析报告《2028 年前卫星制造与发射》报告。报告预测,卫星市场将在卫星数量、价值和质量上发生根本性的变化,制造和发射的卫星数量将增加 4.3 倍,平均每年发射 990 颗卫星,而前十年平均每年发射 230 颗卫星。未来十年,该市场将达到2920 亿美元,比前十年增长28%,前十年的总收入为2280 亿美元。未来十年在Starlink、OneWeb、 Kuiper、Telesat LEO 和 O3b mPower 等宽带项目的驱动下,预计 LEO 和 MEO 星座占总需求的 77%; 低轨卫星市场规模巨大,前景广阔。
3.4 多家国外公司投入低轨卫星研发,市场竞争激烈
为打开全球未“互联”的 30 亿潜在市场,多家海外公司已投入低轨卫星通信的研发中。2015 年,在谷歌(Google)等互联网巨头的推动和支持下,一网公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)、三星、低轨卫星公司(Leosat)等多家企业提出打造由低轨小卫星组成的卫星星座,为全球提供互联网接入服务。提供互联网服务的卫星星座并不是一个新事物,20 世纪 90 年代开始不断涌现提供通信和网络服务的卫星星座。
如果按照卫星与地面通信的竞争合作关系对卫星互联网星座的发展阶段进行划分,主要可以分为 3 个历史阶段:
1)第1阶段(20世纪80 年代末至 2000 年):以铱星(Iridium)、全球星(Globalstar)、轨道通信(Orbcomm)、“泰利迪斯” (Teledesic)和“天空之桥” (Skybridge)系统为代表,力图重建一个天基网络、销售独立的卫星电话或上网终端与地面电信运营商竞争用户。
第 2 阶段(2000—2014 年):以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,既为电信运营商提供一部分容量补充和备份,也在海事、航空等极端条件下的面向最终用户提供移动通信服务,与地面电信运营商存在一定程度的竞争,但主要还是作为地面通信手段的 “填隙”,规模有限。
1)第 3 阶段(2014 年至今):以“另外 30 亿人”网络公司(O3bNetworks)为代表,为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务,地面电信运营商是其客户和合作伙伴,卫星网络成为地面网络的补充。
从 2014 年底至今,全球范围内至少提出了 6 个大型低轨卫星星座项目,其中最具代表性的主要有 3 家, 分别是 O3b 创始人格雷格惠勒新创立的一网系统(OneWeb);SpaceX 和特斯拉汽车创始人埃隆马斯克(ElonMusk)提出的星链(Starlink)计划,计划发射约 12000 颗卫星组建低轨卫星通信系统:原天线设备供应商 Kymeta 公司创始人发展的 Leosat 系统。这三大主要计划的主要参数如下:
3.4.1 One Web(一网计划)
“ 一网”(OneWeb)卫星互联网星座由 OneWeb 公司提出,该公司由原 O3b 创始人格雷格 惠勒(GregWyler)于 2014 年成立。OneWeb 计划打造由 650 颗低轨卫星组成空间卫星星座,为全球用户提供互联网接入服务。
OneWeb 在 2015 年 6 月吸引了维珍集团和法国雅利安太空公司的 5 亿美元投资,2016 年 12 月获得软银公司 10 亿美元投资,2019 年 3 月 18 日获得等公司 12.5 亿美元投资,截至目前公司已经累计获得 34亿美元融资。目前公司的投资方还包括国际通信卫星公司、可口可乐、休斯网络、高通、空中客车、维珍银河等商业巨头。
OneWeb 卫星重约 150kg,设计寿命 5 年,发射包络约为 1m x 1m x 1.3m,配备两个太阳能电池板, 采用电推进系统进行轨道机动、构型保持以及主动离轨,并使用 Ku 波段通信天线实现用户链路和 Ka 波段通信天线实现网关链路,可提供高仰角、优于 50ms 延时、宽带速率达 50Mps 的互联网接入服务。
OneWeb 的第一代低轨星座设计方案,包含 648 颗在轨卫星与 234 颗备份卫星,总数达 882 颗。这些卫星将被均匀放置在不同的极地轨道面上,距离地面 1200km 左右。卫星高速运动,不同卫星交替出现在上空,保障某区域的信号覆盖。公司正在考虑增加卫星数量,总数达到近2000 颗。开始运行后,OneWeb星座不仅能覆盖美国,亦能覆盖全球还没有连接互联网的农村边远地区。OneWeb 的目标是,到 2022年初步建成低轨卫星互联网系统,到 2027 年建立健全的、覆盖全球的低轨卫星通信系统,为每个移动终端提供约 50Mbps 速率的互联网接入服务。
2019 年 2 月,OneWeb 首批 6 颗互联网卫星成功升空,OneWeb 将在 2019 年秋天开始发射更多卫星。最终,OneWeb 计划将另外 1000 余颗卫星送入不同高度的太空中,该公司卫星总数有望达到 1980 颗。
3.4.2 Space X 星链(Starlink)计划
Space X,美国太空探索技术公司,是美国一家私人航天制造商和太空运输公司;截至目前Space X 已经成功开发出可重复使用的猎鹰 1 号、猎鹰 9 号、重型猎鹰等可重复使用的运载火箭和拥有载人能力的龙飞船。
2015 年 Space X 首席执行官埃隆.马斯克宣布推出通过近地轨道卫星群提供覆盖全球的高速互联网接入服务的星链(Starlink)计划;SpaceX 计划在 2019 年到 2024 年内将 4425 颗卫星送到轨道平面,组成小卫星互联网星座,并在全球范围内提供互联网接入服务,并在 2020 年代中期之前在三个轨道上部署接近 12000 颗卫星:首先在 550 千米轨道部署约 1600 颗卫星,然后是在 1150 轨道部署约 2825 颗Ku 波段和 Ka 波段卫星,最后是在 340 千米轨道部署约 7500 颗 V 波段卫星。
整个计划预计需要约 100 亿美元的支出。2020 年 1 月 30 日,Space X 成功发射了猎鹰 9 号火箭,将第四批共60 颗Starlink 卫星全部送入轨道,使得目前在轨卫星总数达到240 颗。每颗星链卫星重约260千克,起飞约一小时后,卫星到达约290 千米的高空,并开展相关测试。完成测试后,这批卫星将上升至550 千米的轨道运行。值得注意的是,此次发射还搭载了一组升级后的卫星,以便提高光谱效率和吞吐量。
每颗小卫星大约可覆盖半径为 1060km 的区域,覆盖面积大约为 350 万平方公里。Starlink 第一阶段共1600 颗小卫星部署完成后,就能提供覆盖全球的宽带服务;第二阶段 4425 颗卫星全部部署完成后, Starlink 系统能为全球个人消费者和商业用户提供全球范围最高 1Gbps 的低延时宽带服务。
SpaceX 已获准发射近 12000 颗卫星,并表示有兴趣再发射 3 万颗卫星。为了履行发射许可义务,Space X必须在未来五到六年内发射近 6000 颗卫星;公司计划今年进行多达 24 次 Starlink 任务。SpaceX 总裁兼首席运营官 Gwynne Shotwell 去年底确认,从今年开始,每隔 2-3 周 SpaceX 就会发射 60 颗卫星。到 2020 年底,SpaceX 计划完成 24 次卫星发射,发射数目累计达到 1440 颗。
3.5 天基互联网将成为 5G 的倍增器
2G、3G、4G、5G 甚至是未来的 6G 都属于地面无线通信技术,需要通过光纤将各个基站连接起来组成交互网络,难以建设基站的荒野就是移动通讯的盲区。全球超过 80%的陆地及 95%以上的海洋包括 5G 在内的移动通讯网络都无法覆盖。
移动通讯基站建设性价比的考量是限制互联网覆盖面的重要因素。以美国为例,该国人口密度低,基
有道牛

20-02-07 00:03

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中国商业小卫星产业创新联盟由商务部投资促进事务局、北京空间科技信息研究所、航天东方红卫星有限公司 600118 、北京航天宏图信息技术有限责任公司 688066 、空间电子信息技术研究院、中国长征火箭有限公司、哈尔滨工业大学、平安财产保险公司、陕西星邑空间技术有限公司、山东航天电子技术研究所、瑞宏科技有限公司等10余家单位联合倡议发起,由100多家单位参与成立。该联盟将引导商业小卫星产业有序发展,研究院将在开放基础设施、分享总装试验及测试优势资源等方面对联盟单位开展信息交互与产业合作,推动中国商业航天及军民融合应用快速发展,实现中国商业小卫星体系资源整合和合作共赢。
鸽王

20-02-06 23:46

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mark
成都小哥

20-02-06 22:14

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这个还是要看国情的,这个时候不用太在意基本面了。更重要现在是要注意点风险,大面快要来了啥逻辑都行不通。
盈盈水间

20-02-06 22:06

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晕死了,周一下午我还跟飞扬说这票,她问我啥逻辑,我说咋知道,天天连阳有资金搞就是就是最大的逻辑。节前看到,一路目送
豹左

20-02-06 21:57

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大家齐齐发财

20-02-06 17:52

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昨天晚上东兴证券研报,天基互联网新题材龙头现在加上对标space x, 厉害了我的天
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