2019年中國低軌寬帶道通信衛(wèi)星系統(tǒng)行業(yè)發(fā)射數(shù)量、發(fā)展優(yōu)勢及發(fā)展必要性分析[圖]

    低軌寬帶道通信衛(wèi)星系統(tǒng)由大量（通常為數(shù)百或數(shù)千顆）低軌道小型通信衛(wèi)星組成衛(wèi)星系統(tǒng)/星座，通常使用Ku、Ka、Q/V等高頻頻段進行寬帶通信。部分低軌寬帶道通信衛(wèi)星系統(tǒng)中包含少量中高軌衛(wèi)星，其多作為節(jié)點/中轉(zhuǎn)星，大部分通信數(shù)據(jù)鏈仍在低軌衛(wèi)星和地面之間完成。

    低軌寬帶通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈主要由衛(wèi)星制造、火箭發(fā)射服務(wù)（包括火箭研制）、地面設(shè)備制造、衛(wèi)星系統(tǒng)運營與服務(wù)四大環(huán)節(jié)組成。其中，衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)初期涉及衛(wèi)星制造和發(fā)射服務(wù)兩大環(huán)節(jié)，而地面設(shè)備制造和衛(wèi)星系統(tǒng)運營環(huán)節(jié)處于產(chǎn)業(yè)鏈下游，需求變化滯后于衛(wèi)星制造和發(fā)射。

    一、發(fā)射數(shù)量

    自20世紀90年代以來，低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)開始受到各國廣泛關(guān)注，但由于發(fā)射成本、建設(shè)成本高，推進緩慢。近年來，隨著衛(wèi)星小型化、輕量化、低軌道發(fā)射成本的大幅下降，以及物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，低軌通信星座迎來了新的發(fā)展高潮。以L、S、VHF等低頻段為主的Iridrum、“全球星”（Globalstar）、“軌道通信”（Orbcomm）系統(tǒng)等傳統(tǒng)低軌移動通信星座已經(jīng)完成升級換代，并向高頻高速、多功能綜合、物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展；以Ku、Ka頻段甚至Q/V等更高頻段的寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座計劃呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，如OneWeb公司、SpaceX公司、低軌衛(wèi)星公司（LEOSat）、加拿大電信衛(wèi)星公司（TeleSat）相關(guān)計劃。高頻高速已成為低軌道通信衛(wèi)星未來主流發(fā)展方向。

2009-2018年全球通信衛(wèi)星入軌數(shù)量/顆（按軌道）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    目前低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)正處在發(fā)展初期，全球通信衛(wèi)星入軌情況，其下游應(yīng)用主要分為民用/商用領(lǐng)域和政府/軍用領(lǐng)域，其中民用/商用市場更為廣闊。

2009-2018年全球通信衛(wèi)星入軌數(shù)量/顆（按用途）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    2018年，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總收入為2774億美元，同比增長3%。其中衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)規(guī)模主要來源于地面設(shè)備和衛(wèi)星服務(wù)收入，衛(wèi)星制造和發(fā)射服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小。衛(wèi)星服務(wù)實現(xiàn)收入1265億美元（其中衛(wèi)星電視等衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)收入占比高達83.4%），同比減少1.7%，占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入的45.6%。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國衛(wèi)星通信行業(yè)競爭格局分析及投資潛力研究報告》數(shù)據(jù)顯示：2018-2027年，全球?qū)l(fā)射超過7000顆衛(wèi)星（2008-2017年共發(fā)射約1200顆），其中通信小衛(wèi)星約4350顆（寬帶通信衛(wèi)星約3500顆），數(shù)量占比62.14%。隨著各大低軌通信小衛(wèi)星系統(tǒng)的陸續(xù)組網(wǎng)，低軌通信小衛(wèi)星市場有望迎來廣闊的市場。

2018年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)規(guī)模結(jié)構(gòu)（單位：億美元）

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    近年來，我國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。2012-2018年，我國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入從1209億元增長至3746億元，年均復(fù)合增速為20.74%，高于全球增速4.81%。2018年，我國衛(wèi)星通信市場規(guī)模約為610億元，占我國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模的16.3%（全球衛(wèi)星通信市場規(guī)模約占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總市場規(guī)模的40%）。預(yù)計2020年我國衛(wèi)星通信全產(chǎn)業(yè)鏈市場規(guī)模將超過800億元，2018-2020年的年均復(fù)合增速為14.5%。

2012-2018年我國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及增速

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    2018年，我國共發(fā)射衛(wèi)星91顆，其中通信衛(wèi)星4顆，占比為4.4%；2019年我國共發(fā)射衛(wèi)星54顆，其中通信衛(wèi)星12顆，占比為22.22%，比例快速提升。

    目前我國通信衛(wèi)星數(shù)量占比、衛(wèi)星通信市場占比都低于全球平均水平，通信衛(wèi)星規(guī)劃數(shù)量低于美國，未來提升空間巨大。隨著低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷成熟，以及火箭發(fā)射能力逐步提升、成本不斷下降，我國低軌寬帶通信衛(wèi)星市場空間有望進入發(fā)展快車道。

2019年中國各類衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量占比/按功能分布（單位：顆）

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    二、低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展優(yōu)勢

    1.輕小型化：與傳統(tǒng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)中重達幾噸的衛(wèi)星相比，低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)中使用的小衛(wèi)星重量通常在1噸以下。輕型復(fù)合材料技術(shù)以及集成化應(yīng)用是小衛(wèi)星輕型化發(fā)展的重要前提。衛(wèi)星的重量下降使得單次發(fā)射所能搭載的衛(wèi)星數(shù)量進一步提升，從而降低了平均發(fā)射成本。

    2.制造成本低：傳統(tǒng)大衛(wèi)星的研制周期一般需要5年左右，且項目投資大、發(fā)射費用高、項目風險大。小衛(wèi)星的研制周期一般為2年左右，研制成本大大降低。此外，低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)所需衛(wèi)星數(shù)量龐大，有望極大地降低衛(wèi)星制造邊際成本。

    3.靈活發(fā)射：小衛(wèi)星可以作為大衛(wèi)星的附屬物一起發(fā)射，也可以是幾十甚至上百個微小衛(wèi)星搭載同一個火箭一齊發(fā)射。運載和發(fā)射工具包括火箭、導(dǎo)彈、空間飛行器等，發(fā)射地點可以為地面、大氣層或太空平臺。

    4.冗余組網(wǎng)：小衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的快速部署能力和抗毀能力強。利用大量小衛(wèi)星組成冗余備份，當某顆衛(wèi)星失效或摧毀時，附近衛(wèi)星可以快速補位。雖然單顆小衛(wèi)星功能有限，但通過多顆微小衛(wèi)星組成衛(wèi)星系統(tǒng)或編隊進行網(wǎng)絡(luò)部署，呈現(xiàn)出空間拓展優(yōu)勢。

    5.信號接收方便：地球同步軌道（高軌道）衛(wèi)星對用戶終端接收機性能要求較高，其需要采用12米以上的星載天線(L波段)對準衛(wèi)星進行通信以保證通信速率，而手持機難以直接通過衛(wèi)星進行高速通信。低軌通信衛(wèi)星對用戶終端的要求低，可以采用微型/小型手持用戶終端，如Starlink系統(tǒng)可通過大小為6-9寸便攜式地面設(shè)備（帶有支撐桿的圓盤結(jié)構(gòu)，裝有可自動追蹤衛(wèi)星的相控陣天線，插入插座并保持露天即可工作）實現(xiàn)高速通信，較高軌道衛(wèi)星接收信號更加方便。

    6.低時延：傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)多采用中軌或高軌衛(wèi)星，以減少衛(wèi)星部署數(shù)量。然而中軌、高軌衛(wèi)星離地面較遠，導(dǎo)致其雙向通信時延分別為300ms和500ms量級；而低軌衛(wèi)星雙向通信時延為50ms左右，具有天然的時延優(yōu)勢。

小衛(wèi)星相對大衛(wèi)星的優(yōu)缺點

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    三、我國建設(shè)低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展必要性

    1.國外天基互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)可能對我國通信與互聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)生較大威脅

    隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)的蓬勃發(fā)展，未來覆蓋廣泛的天基衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)大概率將成為社會經(jīng)濟生活“萬物互聯(lián)”賴以依托的空間基礎(chǔ)設(shè)施。通信基礎(chǔ)設(shè)施對任何一個國家都既是經(jīng)濟命脈又是是戰(zhàn)略安全命脈，自主可控的必要性毋庸贅言，受制于人危害之大不可想象；在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，天基衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以向各個國家的手持終端用戶跨境提供直接訪問境外互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)，規(guī)避現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管控措施，帶來新的監(jiān)管空白區(qū)域，從而威脅我國網(wǎng)絡(luò)主權(quán)。根據(jù)國際電聯(lián)《無線電規(guī)則》，除衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)外，我國并不能向其他國家提出該國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不可覆蓋我國領(lǐng)土的要求。若我國境內(nèi)的低軌衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)被國外公司壟斷，一旦天基互聯(lián)網(wǎng)與地面應(yīng)用形成生態(tài)系統(tǒng)，則可能給我國互聯(lián)網(wǎng)帶來更大的監(jiān)管風險和安全隱患。

    2.搶占有限的地球近空領(lǐng)域軌道和頻段資源

    衛(wèi)星通信業(yè)界常將特高頻以上頻段大致劃分為L（1-2GHz）、S（2-4GHz）、C（4-7GHz）、X（7-12GHz）、Ku（12-18GHz）、Ka（20-40GHz）等頻段，其中低于2.5GHz的L和S頻段主要用于衛(wèi)星移動通信、衛(wèi)星無線電測定、衛(wèi)星測控鏈路等應(yīng)用；C和Ku頻段主要用于衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)通信且已近飽和，Ka頻段正在被大量投入使用。雖然目前各國已著手開發(fā)Q（36-46GHz）、V（46-56GHz）等更高頻段資源，但軌道和頻段作為“不可再生資源”，仍是各國爭奪的重點。

中國和美國主要低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)計劃對應(yīng)的軌道和頻段

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    3.提升我軍全球?qū)拵ㄐ拍芰?/p>

    現(xiàn)代戰(zhàn)爭對于軍事通信衛(wèi)星的依賴程度越來越高，低軌寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)可以為軍機、艦船、導(dǎo)彈、戰(zhàn)車等移動作戰(zhàn)平臺及各種軍用車輛、單兵提供全天時全天候全球蓋的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，極大的提升全球范圍內(nèi)的作戰(zhàn)能力。銥星通訊公司的第一代銥星系統(tǒng)已被美軍用于野戰(zhàn)通信。

    4.解決偏遠地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)通信

    雖然通信信號已經(jīng)覆蓋大部分人類常住區(qū)域，但在發(fā)展較為落后地區(qū)，以及海洋、荒漠及山區(qū)等偏遠地區(qū)，依靠“光纖+基站”的通信服務(wù)由于經(jīng)濟性不足仍難以抵達。而低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)可作為現(xiàn)有光纖和基站為物理基礎(chǔ)的移動通信網(wǎng)絡(luò)的補充，用于海洋、偏遠地區(qū)、民用航空和應(yīng)急領(lǐng)域。

    5.有效解決高軌衛(wèi)星系統(tǒng)時延和損耗的問題

    與高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，低軌衛(wèi)星具有路徑衰耗小、傳輸時延短、研制周期短、發(fā)射成本低等優(yōu)點。高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)分布在地球上空兩萬公里以上，向偏遠地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入時經(jīng)常出現(xiàn)時延。而低軌衛(wèi)星系統(tǒng)可在距地球2000公里以內(nèi)的軌道高度上，用連續(xù)接力的星間鏈路方式（通過大量低軌衛(wèi)星組成星鏈或星座的方式解決無法達到高軌衛(wèi)星的覆蓋面積的問題），實現(xiàn)低時延、低損耗的全球覆蓋。