我國低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

文 | 趙鵬

北大縱橫管理咨詢集團(tuán)

衛(wèi)星通信是以空間衛(wèi)星作為中繼載體的一種通信方式，是在地面微波中繼通信和空間電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。近年來，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展、商業(yè)航天成本的不斷降低，以及互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地接入需求的增加，具有全球覆蓋優(yōu)點(diǎn)的低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)被重新注入了新活力。衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)屬于高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，由于涉及衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面設(shè)備及衛(wèi)星運(yùn)營等多個(gè)環(huán)節(jié)，因此衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)被視為拉動(dòng)未來全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新引擎之一。中國雖然在低軌衛(wèi)星通信領(lǐng)域起步較晚，但隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)被納入我國新基建發(fā)展規(guī)劃，將會(huì)進(jìn)一步促使行業(yè)發(fā)展提速。

一、衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈分析

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈（表1）分為衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面設(shè)備制造和運(yùn)營服務(wù)四大領(lǐng)域。2019年，美國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布的關(guān)于衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模數(shù)據(jù)顯示，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈中衛(wèi)星制造、發(fā)射、地面設(shè)備和通信運(yùn)營占總市場(chǎng)規(guī)模的比例，分別為7%、2%、45%和46%，運(yùn)營環(huán)節(jié)價(jià)值量最大。

表1 通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈

續(xù)表1

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出“金字塔”型的價(jià)值鏈。衛(wèi)星制造及發(fā)射產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，具備技術(shù)密集、資本密集、高集成總裝的特點(diǎn)，市場(chǎng)份額相對(duì)集中，自然壟斷特征明顯。地面設(shè)備及通信服務(wù)業(yè)務(wù)處于產(chǎn)業(yè)鏈中下游環(huán)節(jié)，準(zhǔn)入門檻相對(duì)較低，市場(chǎng)需求量較大，參與者較多，競(jìng)爭(zhēng)激烈。隨著產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)及組網(wǎng)的成熟，下游應(yīng)用逐步爆發(fā)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中游地面設(shè)備及下游衛(wèi)星運(yùn)營的市場(chǎng)也將隨之打開，迎來新機(jī)遇。

通信衛(wèi)星的常用軌道主要包括：地球靜止軌道（GEO）、低地球軌道（LEO）、中地球軌道（MEO）、太陽同步軌道（SSO）和傾斜地球同步軌道（IGSO）等。其中，LEO軌道高度小于2000km，可以通過幾十到上百顆衛(wèi)星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全天時(shí)全球無縫覆蓋，銥星、全球星、星鏈（StarLink）等衛(wèi)星均采用的是LEO軌道。低軌衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)在于鏈路損耗小，時(shí)延短，盡管單星覆蓋能力較弱，但可以通過星座組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全球范圍的無縫覆蓋，有效補(bǔ)足高軌衛(wèi)星在南北極的空白。除此之外，低軌衛(wèi)星最重要的優(yōu)勢(shì)在于時(shí)延更低、鏈路損耗更小，對(duì)終端的處理能力要求更低，終端會(huì)更加靈活輕小，對(duì)于時(shí)間敏感性要求高的應(yīng)用具有重要意義。

高低軌衛(wèi)星聯(lián)合組網(wǎng)，單星與星座互補(bǔ)是未來發(fā)展的趨勢(shì)。高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星各有優(yōu)勢(shì)，在能力上相互補(bǔ)充，GEO+LEO復(fù)合型軌道可形成更靈活的覆蓋方案，根據(jù)服務(wù)需求和覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)量在不同類型軌道衛(wèi)星之間動(dòng)態(tài)分配業(yè)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)全時(shí)全域的連通性。同時(shí)，高低軌衛(wèi)星聯(lián)合組網(wǎng)的方式有助于優(yōu)化部署規(guī)模，高效建立起具備全球無縫覆蓋及服務(wù)能力的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座。

二、國際低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

美國、歐盟、俄羅斯、日本等國家或地區(qū)均對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)給予高度重視并部署多年，自1997年以來，各國發(fā)射的低軌衛(wèi)星數(shù)量不斷增長(zhǎng)。2015年，在谷歌等互聯(lián)網(wǎng)巨頭的推動(dòng)下，以一網(wǎng)公司（OneWeb）、太空探索技術(shù)公司（SpaceX）等為代表的企業(yè)不斷涌現(xiàn)，其主導(dǎo)的新型衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座隨之興起。

軌道和頻譜是通信衛(wèi)星能夠正常運(yùn)行的先決條件，單顆低軌衛(wèi)星覆蓋范圍小，必須增加數(shù)量以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。因此，進(jìn)入2020年，全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座、物聯(lián)網(wǎng)星座持續(xù)部署，有限的軌道資源、頻譜資源依舊被世界航天大國爭(zhēng)奪，OneWeb、SpaceX、亞 馬 遜 等 行 業(yè) 巨 頭，以 及 Google、Facebook等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均加入了低軌通信衛(wèi)星競(jìng)爭(zhēng)陣營，紛紛推出自己的低軌通信衛(wèi)星建造計(jì)劃，SpaceX的Starlink計(jì)劃衛(wèi)星數(shù)量甚至達(dá)到12000顆。

目前，國外已經(jīng)公布的低軌通信衛(wèi)星方案中，衛(wèi)星總數(shù)量已超過24000顆，衛(wèi)星軌道高度主要集中在1000～1500km之間，頻段主要集中在Ka、Ku和V頻段，在軌道高度范圍十分有限、頻段高度集中的情況下，衛(wèi)星軌道和頻譜的競(jìng)爭(zhēng)將愈加激烈。由于軌道和頻譜在國際電信聯(lián)盟的有效占有時(shí)間有限，不如期發(fā)射衛(wèi)星，原有軌道和頻譜將失效。因此，預(yù)計(jì)下一階段各家公司將搶先發(fā)射衛(wèi)星，以實(shí)際占有軌道和頻譜，軌道和頻譜的爭(zhēng)奪將愈演愈烈。

三、我國低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國航天經(jīng)歷了50多年自力更生、艱苦發(fā)展，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。雖然在低軌衛(wèi)星通信領(lǐng)域起步較晚，但發(fā)展“后勁”較足。2016年國務(wù)院發(fā)布的“十三五”國家信息化規(guī)劃明確提出構(gòu)建“天地一體的網(wǎng)絡(luò)空間”重大工程項(xiàng)目，以滿足基礎(chǔ)建設(shè)、區(qū)域協(xié)調(diào)、大眾消費(fèi)等多樣化需求。中國航天科技集團(tuán)和中國航天科工集團(tuán)分別推出鴻雁系統(tǒng)和虹云工程。前者計(jì)劃分兩期建成:一期由60余顆骨干衛(wèi)星構(gòu)成，優(yōu)先提供全球移動(dòng)通信和重點(diǎn)地區(qū)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)；二期拓展近300顆補(bǔ)網(wǎng)衛(wèi)星，將寬帶業(yè)務(wù)拓展至全球。后者以互聯(lián)網(wǎng)接入為基礎(chǔ)功能，能為全球用戶提供通信、導(dǎo)航、遙感一體化綜合服務(wù)。2018年12月，虹云和鴻雁首星相繼成功發(fā)射，標(biāo)志著我國低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)邁出實(shí)質(zhì)性一步。2021年4月28日，中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司正式揭牌，成為中國第五家電信運(yùn)營商，且專注于衛(wèi)星通信?！皣谊?duì)”的加入，將進(jìn)一步帶動(dòng)低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)。此外，自2015年后迅速發(fā)展的中國民營航天企業(yè)，近幾年也實(shí)現(xiàn)了民營衛(wèi)星和運(yùn)載火箭的相繼突破，以銀河航天、九天微星為首的一批初創(chuàng)公司也相繼提出了自己的低軌衛(wèi)星星座計(jì)劃。綜合而言，我國新型衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)布局已經(jīng)啟動(dòng)，低軌衛(wèi)星通信行業(yè)正處于穩(wěn)步加速發(fā)展期。

隨著我國航天和通信技術(shù)不斷發(fā)展，小衛(wèi)星發(fā)射成本持續(xù)降低，而隨時(shí)隨地的互聯(lián)網(wǎng)接入和大數(shù)據(jù)服務(wù)需求將會(huì)進(jìn)一步拓展低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用落地。從應(yīng)用場(chǎng)景看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下游應(yīng)用市場(chǎng)主要集中在以下幾個(gè)方面：一是物聯(lián)網(wǎng)，低軌衛(wèi)星星座的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍廣，受天氣和地理?xiàng)l件影響小，具有較強(qiáng)的抗毀性。農(nóng)業(yè)管理、工程建筑、海上運(yùn)輸和能源行業(yè)等將成為衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)重要的應(yīng)用方向。二是海洋作業(yè)與科學(xué)考察，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的無縫隙覆蓋優(yōu)勢(shì)解決了傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星的兩極盲區(qū)以及海上無法建設(shè)基站等問題，能夠?qū)崿F(xiàn)船只、人員跟蹤導(dǎo)航，為極地科學(xué)考察人員、海上作業(yè)人員等提供基于衛(wèi)星的寬帶連接，穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接能夠幫助作業(yè)人員或科考人員及時(shí)回傳數(shù)據(jù)，保持與外界的通信，提升工作效率與安全性。三是政府與軍事應(yīng)用，政府和軍事領(lǐng)域是低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中重要的市場(chǎng)之一，以大規(guī)模低軌衛(wèi)星為軍事太空能力體系的基礎(chǔ)，搭載遙感載荷，有利于全天候監(jiān)控邊界地區(qū)或作戰(zhàn)目標(biāo)，提升敵意研判和提前干預(yù)能力；搭載導(dǎo)彈預(yù)警載荷，通過多星協(xié)作、在軌處理識(shí)別導(dǎo)彈威脅，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行告警、跟蹤，提升導(dǎo)彈類武器防御能力。同時(shí)，基于戰(zhàn)事發(fā)生地的基站覆蓋情況，低軌衛(wèi)星服務(wù)在軍用無人機(jī)、無人車等軍隊(duì)交通工具聯(lián)網(wǎng)駕駛、導(dǎo)航定位中將起到重要作用。四是船載/機(jī)載WiFi，通信衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用使得乘客可以在飛行旅程中不再受制于地面基站等設(shè)施的局限而自由連接無線網(wǎng)絡(luò)。目前國內(nèi)已有航空公司正在啟動(dòng)航空WiFi的服務(wù)，市場(chǎng)規(guī)模十分可觀，這是衛(wèi)星通信商業(yè)化的重要途徑之一。五是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與應(yīng)急通信智慧，許多邊遠(yuǎn)自然保護(hù)區(qū)、特殊地形區(qū)、災(zāi)難多發(fā)區(qū)、極端氣候地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備存在較長(zhǎng)的時(shí)延，環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果、實(shí)地勘探數(shù)據(jù)、緊急呼叫等工作反饋的時(shí)效性無法保證，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的接入能夠提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)數(shù)據(jù)和自然災(zāi)害預(yù)警的回傳速度，實(shí)時(shí)監(jiān)控并高速穩(wěn)定地反饋信息，提高防護(hù)工作效率。

四、我國低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

近年來，國防科工局、工信部等密集出臺(tái)相關(guān)支持性政策文件，為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展提供政策支撐，在短、中、長(zhǎng)期時(shí)間內(nèi)，積極部署衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)“天地通一體化”發(fā)展；同時(shí)，鼓勵(lì)和引導(dǎo)民間資本進(jìn)入衛(wèi)星通信領(lǐng)域。

2020年4月，新基建范圍首次官宣劃定，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)被納入新基建范疇（圖1）。新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，以信息網(wǎng)為基礎(chǔ)，基于新一代信息技術(shù)演化生成的基礎(chǔ)設(shè)施，其中包括以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1 新基建內(nèi)容圖

2020年我國全年衛(wèi)星發(fā)射39次，僅次于美國的44次，位居全球第二。但目前中國衛(wèi)星發(fā)射主要圍繞導(dǎo)航和遙感領(lǐng)域，通信衛(wèi)星數(shù)量相對(duì)偏少。伴隨高通量衛(wèi)星帶動(dòng)寬帶衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展，中國低軌通信衛(wèi)星行業(yè)有望進(jìn)入快車道，衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量上升空間巨大。預(yù)計(jì)我國2022年共計(jì)在軌低軌衛(wèi)星規(guī)模800余顆。長(zhǎng)期考慮，參考StarLink等星座計(jì)劃，隨著產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)技術(shù)成熟及成本下降，2027年我國低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)總規(guī)模有望達(dá)到3950顆，預(yù)計(jì)衛(wèi)星制造、發(fā)射和地面設(shè)備總投資達(dá)1690億元，衛(wèi)星運(yùn)營市場(chǎng)空間可達(dá)7000億元。