中国低轨道卫星行业运行现状及前景展望

中国低轨道卫星行业运行现状及前景展望卫星按照用途大致可分为：通信卫星、遥感卫星（狭义指民用地球观测卫星，广义还包含军事侦查卫星）、导航卫星（提供位置服务）、技术试验卫星等。根据SIA（美国卫星产业协会）数据显示，截至2018年底，全球共有在轨卫星2092颗，其中通信卫星、遥感卫星、导航卫星的占比分别为40%、26%、6%。2019年，全球共发射505颗卫星，其中通信卫星、遥感卫星、导航卫星的占比分别为33%、22%、3%。按照通信卫星运行的轨道不同，卫星通信（系统）可分为低轨道（LEO）卫星通信、中轨道（MEO）卫星通信和高轨道（GEO）同步卫星通信。LEO卫星轨道高度500km~2000km，MEO卫星轨道高度2000km~36000km，GEO卫星轨道高度为36000km。低轨道卫星通信系统由低轨道卫星和主控站，关口地球站，移动地球站（车载站、船载站、机载站等），手持机以及无线电定位终端等组成。低轨道卫星星座是指十几颗至几十颗低轨道运行的小型卫星，绕地球在经度上距离相等的若干个轨道面旋转，作为移动通信中继站，对地面形成无线蜂窝覆盖，把整个地球表面都覆盖在内，可提供电话、传真、数据、寻呼及无线电定位等业务。低轨道卫星一般距地面约1000km，空间传输损耗较小。卫星形成的覆盖小区在地球表面很快移动，绕地球一周约需2小时。在低轨道上运行的卫星，距地面的高度是变化的，每颗卫星的覆盖面积也在改变,所以在切换和覆盖需要进行调整。自20世纪90年代以来，低轨宽带通信卫星系统开始受到各国广泛关注，但由于发射成本、建设成本高，推进缓慢。近年来，随着卫星小型化、轻量化、低轨道发射成本的大幅下降，以及物联网、移动互联网的发展，低轨通信星座迎来了新的发展高潮。2018年全球低轨通信卫星（LEO）入轨数量达53颗。目前，国外已经公布的低轨通信卫星方案中，卫星总数量约为23892颗，卫星轨道高度主要集中在1000~1500km之间，频段主要集中在Ka、Ku和V频段，在轨道高度十分范围有限、频段高度集中的情况下，卫星轨道和频谱的竞争将愈加激烈。由于轨道和频谱在国际电信联盟的有效占有时间有限，不如期发射卫星，原有轨道和频谱将失效，因此，预计下一阶段各家公司将抢先发射卫星，以实际占有轨道和频谱，轨道和频谱的争夺将愈演愈烈。我国疆域辽阔，自然地形复杂。在面对偏远山区的自然村落时，与地面光缆相比，“从天上”解决成本更低，并且能够同时解决海上通信问题。2016年12月的《十三五国家信息化规划》中也明确提及“通过移动蜂窝、光纤、低轨卫星等多种方式，完善边远地区及贫困地区的网络覆盖。”在此背景下，据新浪网报道，中国航天科技和中国航天科工两大集团都启动了各自的低轨通信项目“鸿雁”和“虹云”星座计划，航天两大集团成为了我国低轨通信卫星领域的“国家队”。2018年，我国共发射卫星91颗，其中通信卫星4颗，占比为4.4%；2019年我国共发射卫星54颗，其中通信卫星12颗，占比为22.22%，比例快速提升。从发展阶段来看，目前低轨卫星互联网处于起步阶段，主要以星座等基础设施建设为主，上游需求相对明确；未来随着系统建设完成，产值占比更大的应用服务将快速增长。从行业未来竞争格局来看，低轨卫星互联网资源壁垒高、前期投入金额大、建设周期长，未来星座互联网将成为一个寡头垄断的市场。随着5G时代的即将到来，国际通信组织以及业内人士已经开始对6G时代进行展望，当前得到的共识是，5G/6G时代将是卫星通信与地面通信网络相融合从而真正实现全球通信，包括3GPP、ITU在内的国际标准化组织成立了专门工作组，我国科技部也开始着手开展卫星通信与5G/6G相融合的问题，卫星通信的时代即将开启。由于低轨道卫星一般只有几百公斤重，研发迭代周期短，成本低廉。卫星用小型火箭就能发射，这也为及时更换有故障的卫星提供了便利，对保证通信系统的质量和高可靠性有利。低轨道卫星通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，卫星数量大，覆盖范围广，组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；小卫星多采用Ka/Ku频段，系统容量大，如OneWeb公司的单星容量5.8Gbps，系统总容量超71Tbps；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率