低轨卫星产业研究：技术革新与市场展望-海通证券

行业研究/机械工业/航空航天与国防投资评级投资评级优于大市维持市场表现l低轨卫星通信已经成为6G网络不可或缺的组成部分。根据《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》，3GPP国际标准组织预计将在2025年后启动6G国际技术标准研制，并大约在2030年实现6G商用。传统的地基网络虽然覆盖范围广，但在极偏远地区、海洋、天空等地理位置存在盲区。低轨卫星能够提供全球无死角覆盖，其轨道高度通常在500~2000公里之间，传播时延短，终端能耗低，且具备轻型化优势，显著降低发射成本。此外，随着全球对频段和轨道资源的争夺加剧，低轨卫星的先发优势尤为重要。l中国的低轨卫星互联网星座规划包括GW星座、G60星座和鸿鹄-3星座，预计合计超过3.6万颗卫星。美国的“星链”计划已经进入大规模发射阶段，计划在2024年前完成首期约6000颗低轨卫星的部署。而我国预期将在2027年前发射约3900颗卫星，2030年总数量有望突破6000颗。在产能布局上，北京、上海等地积极响应国家政策，推动卫星制造基地建设，提升卫星批产能力。l卫星制造高质量，高效率，低成本发展。卫星平台包含能源分系统、姿态轨道控制系统、推进系统等；卫星载荷则包括天线分系统和转发器分系统等。相控阵天线是低轨通信卫星的核心部件，具有快速波束切换和抗干扰能力强等优势。相控阵天线作为低轨卫星的关键设备，具有波束切换快、抗干扰能力强、输出功率大等优点，并通过控制辐射单元的馈电相位实现波束的快速扫描和多波束成形。此外，T/R组件和姿轨控制系统在卫星制造成本中占比最大，是卫星制造中的关键环节。卫星制造正在朝着工业级元器件、标准化、模块化、规模化的量产模式发展，以提升生产效率并降低成本。l激光通信和平板卫星设计在低轨卫星应用可期。激光通信具有通信容量大、速率高、功耗低、抗干扰能力强等优势，是未来低轨卫星通信的重要方向。中国的激光通信技术已经实现了10Gbit/s的星地通信速率，未来市场空间巨大。此外，平板卫星设计简约、发射便捷，逐渐成为卫星制造的新趋势，平板卫星在卫星互联网组网中展现出制造“更容易”、发射“更便利”、功能“更强大”的优势。传统卫星制造过程中需要人工装配，耗时久、周期长，难以形成批量化生产规模。相比之下，平板卫星的制造工艺更加简约，类似于平面电路板，适合集成化、批量化、自动化的总装生产线模式，大幅缩短了制造周期，提高了生产效率，并降低了成本。在发射时，平板卫星可以将太阳翼折叠，与卫星平台重合堆叠，大大减少占用空间，提高火箭空间利用率，降低发射成本。l风险提示：政策不及预期，商业航天建设进度不及预期，技术迭代不及预期，市场需求不及预期等。资料来源：海通证券研究所相关研究《航天科技八院与蓝箭航天可重复回收分析师:张恒晅Email:zhx10170@分析师:胡舜杰证书:S0850524070002联系人:刘砚菲联系人:李雨泉行业研究·航空航天与国防行业21.低空卫星背景介绍 61.16G网络“组成”：空天地一体化是6G通信网络发展的必然趋势 61.2卫星互联网重要组成部分，低轨卫星优势明显 71.3轨道频段资源短缺，各国抢滩登陆 91.3.1各国低轨卫星申请情况 1.3.2中央和地方政府政策支持卫星互联网发展策略 121.3.3我国卫星互联网发展趋势 132.国企+民营双驱动，卫星批产化可期 2.1各地方政府积极响应支持卫星互联网行业 2.2国内卫星产能布局 3.卫星制造 3.1卫星成本结构拆分 3.2核心分系统的介绍 213.3平板卫星对比优势 234.技术和竞争分析 244.1卫星的分阶段技术认证 244.2低轨卫星产业链垂直整合，芯片-天线-载荷一体化设计 264.3选用工业级元器件，标准化、模块化、规模化的量产模式 264.4激光通信链路 275.风险提示 29行业研究·航空航天与国防行业3图1空天地一体化网络架构 6图26G六大支柱 6图3国际电联IMT-2030时间表 6图4卫星轨道示意图 7图5地面与非地面网络一体化实现低时延长距离通道 7图6低轨卫星轨道构成和卫星分布情况 8图7OneWeb卫星设计参数，重量仅150kg 8图8OneWeb卫星模型 8图9相同时间内低轨与中轨卫星划过的轨迹 9图10低轨星座优势 9图11星链星座构型示意图 9图12星舰第四次试射成功 13图131960至今向地球轨道运送每千克货物的运费（美元/千克） 13图142023新增商业航天相关公司情况 14图15卫星系统构成 19图16各原材料采购情况 20图17各年度耗用材料占比 20图18各类卫星卫星平台与卫星载荷成本占比 21图19卫星平台成本拆分 21图20卫星通信终端组成 22图21搭载“XY-2”卫星的激光通信终端 23图22“实践二十”号卫星激光通信终端 23图23地面验证环境 24图24SDN分层管控架构 25图25“龙江三号”发射现场 26图26工大卫星产业基地 26图27科研人员对卫星进行单机测试 27图28不同等级与规格器件对比 27图29粤港澳卫星智能制造中心 27行业研究·航空航天与国防行业4行业研究·航空航天与国防行业5表1不同频段无线电运用情况 10表2我国申报Ka频段低轨星座资料情况 10表3星链第一星座建设计划 表4我国主要卫星互联网星座部署计划 12表5我国各省份卫星通信政策汇总 13表6国内卫星互联网走向消费市场 14表7国内其他卫星星座计划 17行业研究·航空航天与国防行业6为满足“5A”泛用通信需求，低轨卫星通信将成为6G网络不可或缺的组成部分。大规模5G网络部署需要高昂的成本，密集的基站部署、回传网络建设等会产生昂贵的基建费用以及光缆的安装租赁和维护费用。同时，地基网络也难以覆盖极偏远地区、海洋、深地、天空甚至深空等地理范围。空天地一体化网络以地基网络为基础，天基网络和空基网络为补充和延伸，为广域范围内的各种网络应用提供在海、空、天域无缝覆盖和陆地域增补覆盖的基础能力。空天地一体化为6G搭建的重要支柱，让6G与之前的移动通信系统大不相同。超低轨卫星系统除提供全球覆盖，也可解决传统地球同步轨道卫星、中轨卫星系统固有的通信时延问题，并通过无线接入为地面网络提供补充覆盖、定位更准确。海波，吕丰，权伟，时伟森，吴华清，周淙浩，海通证券研究所资料来源：华为《6G：无线通信新征程》，海通证券研究所6G时代正在招手，倒逼星地融合移动通信发展。根据IMT-2030（6G）推进组发布的《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》，预计3GPP国际标准组织将于2025年后启动6G国际技术标准研制，大约在2030年实现6G商用。全域覆盖是6G网络的一个重要特征，低轨卫星网络就具备可实现全球覆盖、网络可靠性高且灵活、时延低容量大、地面网络依赖性弱、多种技术协同发展等优点。为克服传统地面移动信存在的广域覆盖和空间覆盖问题，星地融合作为未来6G网络的重要技术发展方向得到广泛认可。资料来源：《ITU6G标准化时间表和总体技术原则概述》行业研究·航空航天与国防行业7低轨卫星是未来卫星互联网的重要组成部分。目前卫星网络主要由3类轨道卫星组成。根据飞行高度，从高到低分别是地球静止轨道（geostationaryearthorbit，GEO）卫星、中地球轨道（mediumearthorbit，MEO）卫星和低地球轨道（lowearthoribit，LEO）卫星（以下简称低轨卫星其中低轨卫星网络通常由多颗低轨卫星协同工作进行组网，数量从数十颗到数万颗不等，其轨道高度通常在500～2000km，可实现全球无死角覆盖，能够为荒漠、戈壁、森林、高山、海洋等网络盲区提供通信服务。通证券研究所低轨卫星轨道高度低，传播时延短。由于低轨通信卫星网络的轨道高度最低，其通讯传播时延最短。低轨通信卫星网络的往返时延一般都小于100ms，而高轨通信卫星的往返时延会达到600ms左右。资料来源：华为《6G：无线通信新征程》，海通证券研究所低轨卫星传播距离短，终端能耗低。由于低轨通信卫星相对较短的传播距离，使得信号的传播衰减较小，有助于将终端设备的能耗控制在一定范围内。随着集成电路、通信等技术的发展低轨卫星星上处理能力不断加强，在相同的卫通终端能力下更易实现高速率卫通传输。行业研究·航空航天与国防行业8资料来源：《基于到达时间估计的LEO卫星通信系统终端定位技术》，中国研究所低轨卫星具有轻型化优势，降低发射成本。与传统通信卫星系统中重达几吨的卫星相比，低轨通信卫星系统中使用的小卫星重量通常在1吨以下（SpaceX的卫星在200-300kg），轻型复合材料技术以及集成化应用是小卫星轻型化的特点。卫星的重量下降使得单次发射所能搭载的卫星数量进一步提升，从而降低了平均发射成本。相比于地面通信，卫星星座通信可实现广域无缝隙覆盖，成本优势明显。资料来源：《低轨卫星通信系统发展综述》，Spacefan，海通证券研资料来源：《低轨卫星通信系统发展综述》，Spacefan，海通证券研低轨卫星存在更多硬件资源且容量大，为用户提供更好服务。相对于其他卫星通信网络，低轨通信卫星网络中单个卫星对地面的覆盖范围有限。为了实现全球范围的信号覆盖，通常需要数十颗甚至数百颗卫星。这意味着在低轨卫星轨道上，卫星数量会更多，从而存在更多硬件资源。同时频段的选择使得容量更大，为用户提供更好的服务。行业研究·航空航天与国防行业9资料来源：北斗卫星导航系统，海通证券研究所资料来源：国家航天局，海通证券研究所低轨资源极度稀缺，各国争夺越发激烈。卫星频率和轨道资源是全人类共有的、稀缺的战略资源。近地轨道共8万颗卫星总容量，世界各国必须按照国际电信联盟ITU的《组织法》《无线电规则》等，遵循“先登先占”原则，开展卫星网络资料的申报、协调、登记和维护工作，任何一个国家都不能单方面主导卫星频率和轨道资源的获取和使用。随着各类卫星应用领域不断拓宽，世界各国对卫星无线电频率资源争夺越发激烈，对于低轨卫星的需求也日趋增加。图11星链星座构型示意图资料来源：智汇杰瑞，新光电公众号，海通证券研究所行业研究·航空航天与国防行业10低轨卫星频段有限，先发优势较为明显。频率资源是发展空间业务的基础，LEO所用频率较多为Ka/V频段或更高频段，同时采用点波束和频率复用技术可以解决部分Ka频段中低轨卫星间频率兼容性问题，实现超过500Mbit/s大容量通信，且支持海量终端接入的需求。虽然Ka频段的频率资源高达3.5GHz，可为卫星通信的宽带化提供可观的拓展空间，但相较于日益增长的通信带宽需求，已申报星座的先发优势依旧明显。频段频率拥挤程度频段特性产业链成熟度应用领域频率越高,可用频段宽度磁波频率越高,受雨衰影响越大,但是Ku和Ka是个低谷频率越高,空间损耗就越高,为弥补空间损耗,元器件成本显著上升E频段宽,通信速率高未来发展方向,商业用户侧产业链尚不成熟高正接近饱和,亟成网络抢占频段频段较宽,通信速率较高远离地面通信与高轨卫星通信主用频率,相互产生频率干扰概率相对较空间损耗相对低频段较高善低轨宽带卫星通信用户链路(用户终端与卫星之间)、馈电链路和测控、遥感卫星数传K高XC开发时间早,已接近饱和频率范围较窄,信息传输速率较低低开发时间早,已十分成熟轨通信卫星系统常规频段,可用于手机直连卫星业务;北斗导航主用频段SL低开发时间早,已十分成熟通信主用频段,可用于资料来源：《卫星频率轨位资源全球竞争态势与对策思考》，兰峰，彭召琦，信通传媒，海行业研究·航空航天与国防行业11资料名称轨道特性信威公司科工二院科工二院ACONNECT航科五院航科五院27.5~3DGHz17.7~18.6/18.8~20天地信息35GH2清华大学银河航天信威公司航科五院航天科工资料来源：《卫星频率轨位资源全球竞争态势与对策思考》，兰峰，彭召琦，信通传媒，海美国星链技术成熟，第一星座正在构建。美国积极推进近地轨道星座商业化，满足各方宽带需求。仅SpaceX公司的“星链”截至2023年5月已经发射了4200多其计划在2019—2024年间完成由1.2万颗卫星构成的第一星座，之后再发射3万颗卫星构成第二星座。后调整为在2024年完成第一星座的一半，2026年前后完成第一星座。发射使用美天军的发射基地，运载器为可以做到10次以上重复使用的猎鹰火箭，主要发射加装了星间链路的1.5版本星链卫星，卫星重295kg，目前单次发射最大运载56颗，年发射数量在2000~3000颗，相关星舰技术已然形成，若如期实现了4.2万颗的布局目标，SpaceX一家就将占据卫星互联网高达53%的空间。856倾角(°)俄罗斯等国积极扩充全球卫星系统。俄罗斯、英国、韩国等国家也由于军事、行业研究·航空航天与国防行业12波段卫星。据铖昌股份招股说明书援引Euroconsult《202报告预测，2019-2028年全球卫星昌股份招股说明书援引中国电子科技集团第五十四研究所《非静止轨道宽带通信星信星座数量共计达到39个，共涉及至少12个国家32家企业，计划发1.3.2中央和地方政府政策支持卫星互联网发展卫星互联网战略地位日益凸显，我国政策导向明确卫星互联网战略地位。我国政府高度重视和支持卫星互联网发展。“十三五”规划中我国将“天地一体化信息网络”纳入“科技创新2030重大项目”，同时卫星互联网首次被明确列入新基建信息基础设施范围。根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015—2025年)》制定的发展目标，“十四五”时期要构建卫星遥感、通信广播和导航定位三大系统。2021年12月，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》明确推动卫星互联网建设。2021年，国家发改委明确“十四五”数字经济需积极发展卫星互联网领域。工信部表示应推进北斗规模应用和卫星互联网发展，并对卫星互联网设备、功能虚拟化设备纳入现行进网许可管理，以科技创新引领现代化产业体系建设。建设方向发展目标空间系统卫星基础上，加快发展固定通信卫星系统，保持固务能力持续提升。为实现远程教育、远程医疗、防震减灾信息服务、农信息化、和国际化发展等双向通信业务，发展宽带通信移动通信广播移动通信卫星按照先区域、后全球的安排，建设移动通信卫星系统。在此基础上，建设全球移动通信卫星系统，基本实现全移动多媒体广播卫星为实现电信、广播电视、交通运输、应急救灾地面系统信关站、上行站、标校场资料来源：《国家民用空间基础设施中长期发国家政策推动下，省市纷纷出台相关政策支持卫星互联网的发展。其中北京、浙江、广东等地产业聚集效益较好，尤其是北京聚集了上游卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星通信运营等全产业链企业。根据国家“十四五”规划纲要和2035远景目标纲要，“十四五”期间，我国将推动航空航天等产业创新发展。目前，北京、上海、广东、浙江等省市纷纷出台卫星通信相关政策，多为鼓励、指导行业发展，主旨聚焦在统筹卫星产业、量子通信、移动通信网络等网路基础设施的发展。行业研究·航空航天与国防行业13省市发布时间政策名称北京市数字经济促进条例《北京市“十四五”时期国际科技创新中心建设规划》《北京市“十四五”时期高精尖技术发展规划》《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》《上海市推进新型基础设施建设行动方案（2020-2022年）》广东省数字经济促进条例《广东省推进新型基础设施建设三年实施方案（2020-2022年）》《深圳市关于支持卫星及应用产业发展的工作意见》《卫星应用助力数字福建创新发展总体方案》《关于促进湖南卫星应用产业发展五年行动计划》2020-09《四川省加快推进新型基础设施建设行动方案（2020-2022）》《浙江省全球先进制造业基地建设“十四五”规划》2017-04《山西省2017年广播电视直播卫星户户通工程建设《山东省人民政府关于印发基础设施“七网”建设行动计划的通知》资料来源：北京大学中国新兴产业研究中心公众号、各省份官网、前瞻产业研究院、海通证券研究所星舰试飞成功带来复用和运力提升，倒逼国内商业航天加快速度。星舰第四次试射成功标志着人类火箭运力迎来翻倍式提升。并且由于星舰可复用且发射成本极低，试验成功后将规模化生产，结合当今紧缺的频段及轨道情况，迫使国内商业航天加快追赶步伐。近日国内商业航天也频繁出现大动作，垣信卫星完成67亿元融资、鸿擎科技披露拟发射1万颗卫星的鸿鹄-3星座，属于中国的大航天时代正在拉开序幕。资料来源：环球科学公众号，海通证券研究所中国“星链”计划出炉，带动千亿产业发展。国内低轨卫星互联网星座主要包括了GW星座、G60星座及近期公布的鸿鹄-3星座，规划合计超3.6万颗星，三个星座是未来国内低轨卫星互联网组网核心载体。GW星链是中国星网公司于2020年9月向ITU申请了“GW”星座计划，共12992颗卫星。G60星链是目前国内另一重要的卫星互联网发射计划，未来将打造低轨宽频多媒体卫星网路，到2025年，将形成年产50发商业火箭600颗商业卫星的批量化制造能力。“G60星链”是一个以垣信卫星为实施主体的巨型星座，一期到2027年将实施1296颗卫星组网，未来将实现12000多颗卫星的组网。鸿鹄-3星座则在近日公布将在160个轨道平面上总共发射10000颗卫星。未来三年将是中国发射低轨卫星的集中行业研究·航空航天与国防行业14窗口期，至2027年发射数量可能达到3900多颗。至2030年中国低轨卫星发射数量有望突破6000颗，中国卫星互联网总体规模可达千亿级别。从“国家队”到航天民企，商业航天进入发展快车道。截止2023年底，我国新增商业航天注册企业2.28万家，是2019年的5倍，其中82.4%为民营企业，民营资本已逐渐成为推动航天产业发展创新的重要力量。过去国家队时期，将安全性、可靠性放在首位，在国家安全、国防建设方面不能容错。但目前商业航天允许在创新、容错、降低成本这三个方面寻找最佳结合点。近年来，随着两江航投、中国移动等企业与传统航天企业联合及新兴商业航天企业的加入，中国商业航天已经走出初创阶段，进入了快速发展阶段。2023年我国民营火箭共实施发射13次，成功入轨12次，创造了我国商业航天新纪录，而且亮点频出。资料来源：新京报，天眼查，海通证券研究所手机汽车终端搭载卫星通信，卫星互联网走进千家万户。星链（Starlink）官方网站商业服务板块全新推出星链直连手机业务（StarlinkDirecttoCell预计2024年实现短信发送，2025年实现语音通话和上网（Data同年分阶段实现IOT（物联网）。国内的华为、荣耀、小米、OPPO、中国电信等手机厂商及吉利、小米等汽车厂商也在加速布局卫星通信服务，使卫星互联网走进千家万户。如网翎一样的卫星互联网终端制造商也在不断开拓卫星互联网下游应用场景，加速卫星互联网走进大众市场。同时像中国移动这样的电信运营商也与卫星互联网龙头、特大军工企业联合，成立中国时空信息集团，未来将提供天地一体通信服务，持续增强品牌影行业研究·航空航天与国防行业15推出卫星通信功能，实现单向文字信息通讯度壁垒，实现超远距离通信射频链路研的射频增强芯片HONORC1+，实现更低实现听筒/免提双模卫星通话搭载卫星通信功能河南省：河南省印发《河南省卫星产业发展规划》，提出要推动郑州和鹤壁建设全链条卫星产业集群，预计到2025年，全省卫星产业规模达到200亿元，测绘地理信息等相关产业营业收入突破1000亿元，初步形成涵盖卫星生产制造、应用服务、研发创新的产业体系。湖南省：2019年9月29日，湖南航空航天产业基金在株洲成立，首期规模为30亿元，主要投资航空、商业航天、军工、智能制造、新材料等领域，是国内首支省级航空航天产业基金。基金储备项目超50个，可落户株洲项目超20个，拟投资金安徽省：出台了《加快推进空天信息产业高质量发展若干政策》并出资设立推出50亿元规模的安徽空天信息产业基金和首只商业化空天信息专项基金——和生星图基金。此外，合肥高新区设立产业园，在上游卫星载荷制造方面，具备了航天产品设计、制造、集成、测试、服务能力，以及北斗导航技术安徽省重点实验室等近10家研究机构；在中游地面设备制造方面，具备卫星通信、导航终端的研制、生产的能力；在下游数据应用方面，布局了覆盖面广泛的各类信息服务主体。北京市：北京市人民政府出台了《北京市加快商业航天创新发展行动方案（2024—2028年）》，进一步深化“南箭北星”空天产业空间布局，建成2个特色产业聚集区和若干特色产业园，推动空间科学、空间应用与空间技术融合发展。此外，北京亦庄聚集多家航天企业，基本覆盖运载火箭、卫星研制、卫星应用、型号配套、地面设备、技术应用等领域。2024年，“亦庄箭”计划发射近30次，计划搭载卫星超过100颗，发射规模有望连续三年成倍增长。无锡市：2023年12月20日，无锡经开区与微纳星空正式签约总投资10亿元的商业卫星制造基地项目，项目投产后，预计将成为国内商业卫星领域颇具代表性的自行业研究·航空航天与国防行业16动化产线标杆项目。2024年1月8日，经开区举办2024未来产业发展大会，会上微纳星空董事长高恩宇透露，制造基地将于2024年完成厂房建设和设备调试，2025年上半年示范产线运行，预计当年下半年实现出货，微纳星空商业卫星制造基地项目落户在经开雪浪小镇未来园，将通过规模化生产做强卫星制造产业链。此外，会上签约成立了100亿元的尚贤湖未来产业基金，接下来将围绕经开区“7+X”未来产业体系发展目标，采取“母基金+直投”策略，建立覆盖种子期投资、天使投资、风险投资、并购重组投资等未来产业的基金体系，引导社会资本投资未来产业科技创新类项目。上海市：2023年10月19日，上海市人民政府印发《上海市进一步推进新型基础设施建设行动方案（2023—2026年）》，《行动方案》表示，上海将推进智慧天网创新工程，搭建中轨道卫星通信网络技术验证系统，开展大跨距全球互联等在轨验证，为探索构建中轨道通信卫星星座奠定基础。2023年10月26日，上海市政府印发《上海市促进商业航天发展打造空间信息产业高地行动计划（2023—2025年）》，以商业航天跨越式发展为牵引，围绕卫星制造、运载发射、地面系统设备、空间信息应用和服务等环节，加强卫星通信、导航、遥感一体化发展，推动空天地信息网络一体化融合，旨在推动商业航天和空间信息产业的发展。行业研究·航空航天与国防行业17行业研究·航空航天与国防行业18企业名称投后估值种子轮--天使轮-----微纳星空天使轮-数千万人民币-A+轮--数千万人民币-A+轮数千万人民币-A++轮近亿人民币-A+++轮数千万人民币---------天使轮----垣信卫星天使轮-----银河航天A+轮---资料来源：天眼查，新浪财经、上海证券报、科创板日报公众号、IT中国版“星链”计划加速推进，低轨卫星物联网前景广阔。地球近地轨道大约可以容纳6万颗卫星，按照相关规划，中国在接下来十年内要完成2万颗卫星的发射。中国已向国际电信联盟（ITU）提交了布局1.3万颗低轨卫星的申请。当前，我国在低轨卫星互联网星座建设方面由“国家队”推出了“鸿雁星座”“虹云工程”“星网工程”等计划并相继成功发射，这标志着我国低轨宽带互联网卫星系统建设迈出实质性的一步，将进一步带动低轨卫星通信产业的增长。同Swarm和Om类似，中国的低轨窄带物联网星座也正在搭建中。自2015年后，中国民营航天企业迅速发展，实现了民营卫星和运载火箭的相继突破，以国电高科为代表的一批民营企业也相继提出了自己的低轨卫星星座计划。低轨物联网星座成为民营企业角逐商业航天的重要机会。例如，“天启星座”计划是由国内商业航天民营企业国电高科推出，计划于2024年完成部署运营由38颗卫星和若干地面站组成的“低轨卫星物联网星座”，为物联网相关行业用户等国家战略提供覆盖全球、精准实时的低轨卫星物联网数据服务，构建天地一体的低轨卫星物联网生态系统。中国商业航天产业整装待发。2020年4月，国家发改委首次明确“新基建”范围，将卫星互联网纳入通信网络基础设施的范围，积极引导民营资本进入商业航天领域。按照向ITU申报的计划，预估到2027年低轨卫星总规模达到3900多颗，至2030年有望突破6000颗。此外，《中国航天科技活动蓝皮书（2023年）》显示，中国航天2023年实施67次发射任务，位列世界第二，研制发射221个航天器，发射次数及航天器数量刷新中国最高纪录。2024年，航天科技集团计划安排近70次宇航发射任务，发射290余个航天器，行业研究·航空航天与国防行业19全面推进载人月球探测工程、深空探测工程，持续推动新一代近地载人飞船、嫦娥七号、天问二号、静止轨道微波探测卫星等为代表的200多颗航天器研制工作，开展230余发运载火箭组批投产，完成多项商业航天和整星出口合同履约工作。卫星互联网产业链主要包含上游卫星制造与发射、中游地面设备与下游卫星运营及服务。卫星制造环节主要包含卫星平台与卫星载荷，卫星平台包含结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、姿轨控制系统、热控系统及数据管理系统；卫星载荷包含天线分系统、转发器分系统及其他金属/非金属材料和电子元器件等。卫星发射环节包含火箭制造及发射服务。地面设备环节包含固定地面站、移动式地面站（静中通、动中通等）及用户终端。卫星运营及服务环节主要包含卫星移动通信服务、宽带广播服务及卫星固定服务等。根据美国卫星产业协会（SIA）发布的《2023年卫星产业状况报告》，2022年卫星产业链中，卫星服务、地面设备制造、卫星制造、发射服务收入占比分别为40.3%、51.6%、5.6%、2.5%。我国卫星互联网稳步发展，产业规模增速可观。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。2021年中国卫星互联网产业规模约为292.5亿元人民币，2022年规模已达314亿元人民币；预计2025年将升至446.92亿元，2021—2025年复合增长率为11.2%。卫星制造包括卫星平台、卫星载荷、其他元器件和卫星总装。卫星平台又称为“服务舱”，一般分为：能源分系统，为整个卫星提供能源；姿态轨道控制系统，保持卫星天线指向和运行轨道的准确；推进系统，为卫星定轨，保持轨道和控制姿态提供动量；遥测、测距和指令系统，与地面控制中心联系；温度控制系统，保证卫星各种元器件在合适的温度工作。资料来源：海通证券研究所行业研究·航空航天与国防行业20电源系统与姿轨控制系统耗材占比较高，原材料支出较大。卫星主要包括光学分系统、卫星姿态和轨道控制系统、结构分系统、电源分系统、热控分系统、测控通信分系统以及推进分系统等组成。各分系统及子系统又由各种各样的单机及部组件组成。以长光卫星为例，综电单机，即电源控制器、太阳翼/太阳电池阵、中心机、配电热控管理单元、蓄电池等电源系统相关设备；姿轨控单机，即卫星单机设备涵盖磁力矩器、推进组件、数字太阳敏、模拟太阳敏、陀螺、反作用飞轮、导航接收机、星敏感器、驱动机构等姿轨控制系统相关设备。据长光卫星发布的招股说明书的公开数据，如图所示，从各原材料的采购成本来看，综电单机和姿轨控单机在卫星制造原材料支出中所占比例较高。资料来源：长光卫星招股说明书，海通证券研究所资料来源：长光卫星招股说明书，海通证券研究所从各年度卫星制造耗用材料角度看，2019年度及2021年度，公司卫星单机成本较高，主要是2019年完成了天象试验卫星的交付验收、2021年完成了低轨通信试验卫星初样的研制任务所致。公司卫星制造及相关服务直接材料成本主要是卫星单机，具体包括姿轨控单机、射频单机、综电单机等。其中，姿轨控单机、综电单机消耗原材料占比较卫星载荷又称“有效载荷”，指直接执行特定卫星任务的仪器、设备或分系统。例如，返回式卫星返回舱的有效载荷有回收的信息载体、材料或制品，通信卫星的有效载荷有通信转发器和天线，导航卫星的有效载荷有星载原子钟、导航数据存储器和数据注入接相控阵天线是通信卫星的核心。相控阵天线是低轨卫星通信的关键设备，相较于传统机械天线，具有波束切换快、抗干扰能力强、输出功率大等优点。相控阵天线通过控制辐射单元的馈电相位来改变天线的方向图形状，实现波束的快速扫描和多波束成形。这种技术不仅提高了通信效率，也使设备小型化、轻型化成为可能。相控阵雷达可分为有源和无源两类。有源相控阵每一阵元都装有一个发射/接收组件（即T/R组件每一组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗余度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。无源相控阵采用集中功率发射，利用无源网络（如波导）来分配发射功率或利用透镜系统通过自由空间将功率分发至相位可控的辐射单元（与机械扫描雷达的区别仅在于阵列的每一个辐射单元上接入一个移相器）。有源相控阵雷达的应用带动T/R组件需求量增加。与无源相控阵雷达相比，有源相控阵将移相、放大、收发转换以及接收/放大功能集成到单独的有源收发模块，并将这些模块放置在尽可能靠近辐射单元的地方，因此使整个系统的损耗大大降低。此外，有源相控阵常常使用固态集成电路（能实现比铁氧体移相器更快的移相）来替代波导，不仅有效地减小了整个系统的尺寸和体积。同时，由于单个收发模块功率需求很低，所提供的平均故障间隔时间（MTBF）远远高于无源相控。T/R组件是有源相控阵雷达的关键组成部分，当前有源相控阵雷达的需求不断上升，市场规模不断扩大，带动T/R组件行业发T/R组件和姿轨控制系统在卫星制造各分系统中价值量占比最大。据长光卫星2022年行业研究·航空航天与国防行业21招股说明书数据所示，以重量为200kg的通信卫星为例，单颗卫星制造成本为5000万元。据艾瑞咨询2021年《中国商业航天发展报告》显示，卫星平台与卫星载荷成本占比约为1:1，因此，卫星平台成本约为2500万元，卫星载荷成本约为2500万元。卫星平台可分为姿轨控制系统、电推系统、结构系统、数据处理系统、测控系统、热控系统，各分系统所占卫星制造成本分别为：姿轨控制系统成本约为1000万元，结构系统成本约300万元，电推系统成本约400万元，测控系统成本约200万元，热控系统成本约200万元，数据处理系统成本约400万元。相控阵天线是低轨通信卫星有效载荷的核心部分，T/R组件占载荷成本比重约50%。则T/R组件成本约为1250万元，其他部分成本约为1250万元。因此，卫星制造各环节价值量占比如下图所示，由此可见，T/R组件和姿轨控制系统在卫星制造各分系统中占比最大。图18各类卫星卫星平台与卫星载荷成本占比100%80%60%40%20%0%卫星载荷成本占比卫星平台成本占比定制卫星批量卫星理想值卫星载荷成本占比卫星平台成本占比资料来源：艾瑞咨询，海通证券研究所资料来源：艾瑞咨询，海通证券研究所激光通信载荷激光通信种类多样，实际应用优势明显。激光通信利用激光作为信号载波，将语音和数据等信息调制到激光上进行传输。按照激光传输环境的不同，卫星激光通信分为两类：一是真空环境下的激光通信，即星间激光通信，主要应用于真空环境中的设备，如卫星与卫星、飞船、空间站等之间的通信；二是在大气环境下进行的激光通信，即星地激光通信，这种通信技术应用比较广泛，如用于卫星与地面、海上用户及空中飞行器的连接相较于传统卫星微波通信技术，卫星激光通信技术具有以下技术特点和优势：（1）通信容量大。激光的频率比微波高3～4个数量级，频段更宽，短时间内可传输大量数据。（2）通信速率高、功耗低。激光通信的速率能达到10Gbit/s，甚至更高；传输过程中能量集中，不易分散，功耗也比微波低。（3）抗干扰能力强。激光的束散角极窄，不容易被侦收和干扰。激光通信终端主要包含：激光器及驱动、探测器及后放、主控单元、热控单元、快摆镜、通信系统、电源单元等组件。其中，光天线伺服平台负责捕获光束与误差信号，完成精准定位；误差检测器负责调整收发端，使光束对准；控制计算机负责误差信号计算；光学平台负责探测并确定信标光方位，给出误差信号。行业研究·航空航天与国防行业22资料来源：卫星物联网产业协会公众号，海通证券研究所欧洲激光通信技术部署迅速，发展水平位居世界前列。欧洲自20世纪80年代中期开始研究卫星激光通信技术，是全球卫星激光通信技术发展最快的地区。星间激光通信方面，欧洲进行了全球首次星间激光通信技术、相干激光通信技术验证，已验证的星间激光通信速率是全球最高的，并率先实现星间激光通信技术业务运行。星地激光通信方面，欧洲成功验证地月激光通信、低轨卫星与地面激光通信，于2004年和2006年分别通过月球探测器项目和“轨道光学通信工程试验卫星”项目进行技术验证，地月通信距离达15万千米，低轨卫星与地面通信距离600～1500km，上行和下行传输速率分别为2Mbit/s和50Mbit/s。美国星链建设同步推进，“小型化”载荷引领发展。星间激光通信方面，美国重点聚焦卫星激光通信载荷的小型化，目前正在开展小卫星传感器项目，研制质量不超过0.9kg、功耗不超过3W、工作波长1550nm的小型激光通信载荷。此外，马斯克“星链”激光通信技术研发于2018年展开；2023年10月，Starlink第二代激光通信星链卫星已开始发射部署。中国激光通信发展迅速，终端市场空间巨大。全球卫星激光通信系统市场的规模预计将从2021年的3.568亿美元增长到2030年的52.057亿美元，2022年至2030年的复合年增长率为39.8%。此外，我国激光通信市场不断扩大，典型的研究机构包括哈尔滨工业大学、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院光电技术研究所、长春理工大学、航天科技集团等。2021年成立了中国卫星网络集团有限公司（以下简称“星网集团”负责统筹中国卫星互联网的发展规划，星网集团也将激光通信技术纳入其星座通信链路建设中。2020年1月4日，中国航天科技集团公司五院西安分院研制的高通量激光通信终端搭载于“实践二十”号卫星，已到达目标地球静止轨道，该激光通信终端，采用QPSK高阶调制/相干探测的方案，成功实现了速率为10Gbit/s的星地相干激光通信。在终端小型化、轻量化方面，中国科学院上海光学精密机械研究所研制的无独立信标光激光通信终端于2020年5月12日搭载在“XY-2”卫星上发射升空。“XY-2”卫星激光通信终端采用一体化的设计，可实现星间3000km级、通信速率100Mbit/s的双向激光通信。此外，2023年6月，长光卫星技术股份有限公司利用自研卫星“吉林一号”MF02A04行业研究·航空航天与国防行业23星，与中国科学院空天信息创新研究院（空天院）部署的激光地面系统联合开展了星地激光高速通信试验并取得成功，标志着我国已成功实现星地激光高速通信的工程应用，星地通信速率由Gbps迈入10Gbps时代。图21搭载“XY-2”卫星的激光通信终端资料来源：信息通信学术期刊网，《空间光通信技术发展现状及趋势》，鲁绍文侯霞李国通孙建锋俞杭华陈卫标海通证券研究所资料来源：信息通信学术期刊网，《空间光通信技术发展现状及趋势》，价值量方面，根据阶段不同，激光通信终端单价数十万到数百万美元不等。2022年6月14日，BlueHalo宣布赢得SDA1100万美元合同，用以开发一对光学激光通信终端和一个在轨实验地面站。LCRD总工程师伯纳德·爱德华兹曾表示NASA的TeraByteInfraRedDelivery立方体卫星地面到近地轨道光链路将使用价值10万美元的终端。2020年SDA传输层0批20颗数据中继卫星，其中10颗由约克系统空间公司承担，总价9400万美元。Mynaric和SAPhotonics分别为约克提供14/20台激光通信终端设备，单价分别为43.66万美元/51.72万美元；洛马负责另外10颗卫星制造，由Tesat提供激光通信终端，报价58.47万美元，提供34台。平板卫星制造“更容易”、发射“更便利”、功能“更强大”。卫星互联网需要大批量的卫星参与空间组网，为了提升卫星组网效率，一方面要形成卫星批量化制造规模，解决组网卫星数量问题，降低卫星制造成本。传统卫星制造过程中需人工装配，这种方式耗时久，周期长，难以形成批量化生产规模。相比传统的三维立体式的卫星构型，平板卫星在制造工艺上更加简约，类似于平面电路板，适合集成化、批量化、自动化的总装生产线模式，大幅缩短了制造周期，提高了卫星生产效率，降低了生产成本，使卫星制造“更容易”。另一方面，需要针对火箭运载需求，尽可能地利用有限空间，降低发射成本。平板卫星在火箭内堆叠安装时，将太阳翼折叠起来和卫星平台重合，可叠放在一起，大大减少了占用空间，有效提高了火箭空间利用率，降低了卫星发射成本。此外，平板卫星在设计过程中，功能需要充分满足空间环境应用需求，以哈工大发射的我国首颗平板式新体制通信试验卫星“龙江三号”为例，其平板式的构型能够提供较大的横截面积，可提高整个卫星的系统容量，为天线预留出足够的安装空间，使天线布置地更加密集，不仅能大幅提升信号强度，也能实现更为复杂多样的试验功能。中国企业紧随美国脚步，平板卫星布局逐步推进。马斯克“星链”采用平板设计，2019年5月25日，SpaceX猎鹰9号火箭成功将星链计划（Starlink）宽带卫星舰队的60颗小型卫星送到了轨道，每颗都采用平板、单太阳帆板设计，能够适应高容量集群发射。我国企业近年来紧随美国步伐，大力发展平板式卫星相关技术。例如，2023年6月9日，哈尔滨工大卫星技术有限公司（简称工大卫星）与哈尔滨工业大学联合研制的我国首颗平板式新体制低轨宽带通信试验卫星——“龙江三号”顺利升空，基于“龙江三号”试验卫星的研制，工大卫星已形成适应批量化生产、自动化组装、堆叠式发射的千瓦级平板式卫星平台，可为通信、雷达等卫星提供平板式型谱服务，为卫星的批量化制造和大规模星座的快速部署提供支撑；2023年7月23日，我国首款使用柔性太阳翼的平板式通信卫星——银河航天灵犀03星发射升空，与以往不同，卫星配置了柔性太阳翼，行业研究·航空航天与国防行业24单层柔性太阳能电池板厚度仅1毫米左右，具有体积小、重量轻、模块化等特点，更易于收纳，同样质量下面积更大，能吸收更多太阳能，适合卫星大批量堆叠发射，有助于加快卫星互联网建设。模拟在轨环境，解决地面测试难题。低轨卫星互联网规模大，建设周期往往较长，在先期系统建设、未批产定型情况下，为保证卫星在轨通信正常，地面验证阶段在地面构建逼近真实卫星在轨星地信道环境，解决LEO复杂星地信道环境下通信系统地面测试的难题。地面试验验证包括内场和外场两阶段，内场主要在实验室环境下对系统功能性能进行验证，外场主要在外场空馈环境下对系统功能性能进行验证，是内场测试的补充和验证系统包括被测设备和测试设备，被测设备由通信载荷、信关站、用户站、综合运控中心组成，测试设备为信道模拟器、导航信号模拟器、平台接口模拟器等专用测试设备，以及信号源、频谱仪、示波器等通用测试仪器。（1）星地信道环境模拟：采用信道模拟器，模拟星地上下行链路动态多普勒、时延、衰减等信道特性，将信道模拟器接入信关站和通信载荷之间以及用户站和通信载荷之间，使构建的测试环境更接近实际星地通信环境。（2）系统同步：低轨卫星互联网通信载荷、信关站、用户站统一采用GPS/BDS时间信息，保证系统时间同步。地面验证阶段，采用导航信号模拟器通过有线或无线的方式提供模拟导航信号，从而保证整个通信系统时间统一。（3）卫星平台接口模拟：在整星环境下，卫星平台需要给通信载荷提供机械、供电、信息接口。而通信系统地面验证阶段卫星仅有通信载荷参与，需要配套相应的平台接口模拟器以及供电系统，模拟器卫星平台与通信载荷通信及控制接口，保证试验阶段通信载荷安全、正常工作。发射试验卫星，观察在轨性能变化。卫星在轨测试指利用地球站对在轨道上运行的通信卫星有效载荷所进行的电气性能测试，由监测站向通信卫星发射信号，用站内设备测量收发信号参数（如信号的功率和频率等通过专业算法扣除监测站设备性能因素、通信卫星与监测站之间电波传输路径因素、天气因素等对信号的影响，得出在轨卫星通信设备的性能参数；再对获得的性能参数进行分析，对比发射前后的参数变化，或者通过定期的检测，分析在轨运行通信卫星性能的变化趋势。根据时间段不同，在轨验证可分为以下几类：（1）电路开通前测试：在卫星电路开通前进行测试，将在轨测试数据与发射前在地面的测试数据进行比较，从而验证卫星经过发射进入运行轨道后，性能参数是否变坏或者出现偏差。（2）电路开通后测试：在通行业研究·航空航天与国防行业25信卫星正常的寿命期间内进行定期的检测，了解通信设备性能变化的趋势。（3）故障测试：在通信卫星发生故障或设备性能参数恶化时进行测试，寻找故障点，及时通过遥控的方式对通信设备进行维护处理和补救。最后，测试通过的通信卫星还可以执行其他的测试任务，如对地球站进行入网验证测试和地球站开通测试等。航天测控“一体化”趋势尽显。自2019年开始，多家商业卫星运营公司正从空间技术验证阶段逐渐转入业务型卫星密集部署阶段，成本低、稳定性高、专业性强的商业测控服务已成为市场的明确要求。由于占据先发与技术优势，航天驭星、天链测控等企业的产业链一体化优势凸显，就此提出从星座的整体论证、测运控管理、应用开发等一体化解决方案。例如，截至2020年11月，航天驭星已服务卫星61颗，其中长管卫星30余颗，其提供的一体化测控解决方案包括：测运控服务、数传服务、星上通信终端、地面站、基带、测控中心及测控软件等天地通信一体化解决方案，帮助用户降低运营成本，从而降低综合成本；西安寰宇在十四五规划中指出将通过并购等方式向产业链上下游延伸，形成“卫星测控、卫星应用、信息系统集成”三大业务领域协同发展的产业生态。采用“单层”与“多层”组网架构，实现天地一体化。随着卫星网络的规模逐渐扩大，海量节点使得网络管控难度增加，超大型卫星星座需要高效的网络管控方式来协调大规模的网络节点，将SDN“数控分离”的思想引入大规模卫星网络，可以提高网络的灵活性与可扩展性。通过将控制平面和数据平面分离，提升了卫星组网的灵活性与可扩展性，降低了对星上处理能力的要求与卫星网络的建设成本，节省了星上资源。在此基础上，根据参与组网卫星的轨道高度以及网络的物理结构，可将卫星网络架构分为两种：“LEO单层卫星网络架构”“LEO/GEO或LEO/MEO/GEO多层卫星网络架构”。LEO卫星的轨道高度较低，导致其单星覆盖范围较小，仅LEO单层卫星进行组网的布局比较分散，网络管理和控制较为困难，因此引入SDN可以增强网络的管理控制能力。然而，将覆盖范围较大且动态性较低的高层轨道卫星与LEO卫星进行分层组网，将网络分为管理平面、控制平面与数据平面，将管理平面部署在地面数据中心，负责星上路由规则的计算、网络功能虚拟化服务、移动性管理等，在GEO卫星上部署控制平面，负责数据平面路由规则的传递和星上链路状态信息的收集，LEO卫星作为数据平面进行数据报的存储转发。该方案有效减少了地面站的数量，具备更高效的管理规划能力，更好地推进星地异构网络的融合与演进。刘韵洁，海通证券研究所紧跟政策导向，国企、民企共建天地一体化。我国“十四五”规划和“2035年远景目标”纲要明确提出要建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的卫星互联网产业。行业研究·航空航天与国防行业26为此，中国航天科技集团有限公司和中国航天科工集团有限公司分别制定了面向低轨卫星组网的“鸿雁星座”和“虹云工程”计划，其中“鸿雁星座”由300颗低轨道卫星及全球数据业务处理中心组成，“虹云工程”由156颗低轨卫星构成；北京国电高科科技有限公司着力打造和运营我国首个低轨卫星物联网星座，即“天启星座”，计划部署38颗低轨卫星；航天行云科技有限公司推出“行云系统”，预计发射80颗低轨道小卫星，建设一个覆盖全球的天基物联网。此外，我国还有民营企业推动的“银河Galaxy”计划，预计共发射2800颗低轨互联网卫星，如银河航天集团（1000颗）、北京九天微星科技发展有限公司（800颗）、北京星网宇达科技股份有限公司（30颗）、上海欧科微航天科技有限公司（40颗）等。4.2低轨卫星产业链垂直整合，芯片-天线整合卫星生产链，做到工业化标准化管理。目前国内的商业航天企业纷纷发力运载火箭和卫星的研发、制造、发射及运营的各个环节，甚至以全产业链布局的创新模式完成自身的商业闭环，为中国自己的“星链”计划提供强劲支撑。微小卫星创新研究院等方面为整合卫星生产链，做到工业化标准化管理，研发人员用数字化方法，重构了从设计、研发、生产、测试到在轨运维的全过程，建设了涵盖设计开发、工艺制造、集成测试等环节的先进技术研发平台，实现了设计-工艺-生产全流程数字化。这就要求商业航天要推动卫星制造从“定制化研制”到“批量化生产”的转变，卫星密集发射同时带动火箭发射向高可靠、低成本、灵活发射的方向发展。资料来源：中国日报网百家号，海通证券研究所资料来源：中国日报网百家号，海通证券研究所4.3选用工业级元器件，标准化、模块化、规模化的量产模式探索工业级器件快速筛选途径，形成低成本批量化卫星质量管控方法体系，促进批量化卫星生产。SpaceX对传统定制化卫星研产模式产生颠覆