《航空航天與國防行業深度報告:低軌衛星產業研究:技術革新與市場展望-241002(30頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《航空航天與國防行業深度報告:低軌衛星產業研究:技術革新與市場展望-241002(30頁).pdf(30頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 行業研究/機械工業/航空航天與國防 證券研究報告 行業深度報告 2024 年 10 月 2 日 Table_InvestInfo 投資評級 優于大市 維持 市場表現 Table_QuoteInfo 資料來源:海通證券研究所 相關研究 Table_ReportInfo 航天科技八院與藍箭航天可重復回收火箭技術多點突破2024.09.14 國航、南航首架 C919 飛機正式入列,關注國產大飛機成長提速2024.09.04 Table_AuthorInfo 分析師:張恒晅 Tel:(021)23183943 Email: 證書:S0850517110002
2、分析師:胡舜杰 Tel:(021)23155686 Email: 證書:S0850524070002 聯系人:劉硯菲 Tel:(021)23185612 Email: 聯系人:李雨泉 Tel:(021)23185843 Email: 低軌衛星產業研究:技術革新與市場展望 Table_Summary 投資要點:低軌衛星通信已經成為 6G 網絡不可或缺的組成部分。根據 6G 總體愿景與潛在關鍵技術白皮書,3GPP 國際標準組織預計將在 2025 年后啟動 6G 國際技術標準研制,并大約在 2030 年實現 6G 商用。傳統的地基網絡雖然覆蓋范圍廣,但在極偏遠地區、海洋、天空等地理位置存在盲區。低軌
3、衛星能夠提供全球無死角覆蓋,其軌道高度通常在 5002000 公里之間,傳播時延短,終端能耗低,且具備輕型化優勢,顯著降低發射成本。此外,隨著全球對頻段和軌道資源的爭奪加劇,低軌衛星的先發優勢尤為重要。中國的低軌衛星互聯網星座規劃包括 GW 星座、G60 星座和鴻鵠-3 星座,預計合計超過 3.6 萬顆衛星。美國的“星鏈”計劃已經進入大規模發射階段,計劃在 2024 年前完成首期約 6000 顆低軌衛星的部署。而我國預期將在 2027 年前發射約 3900 顆衛星,2030 年總數量有望突破 6000 顆。在產能布局上,北京、上海等地積極響應國家政策,推動衛星制造基地建設,提升衛星批產能力。衛
4、星制造高質量,高效率,低成本發展。衛星平臺包含能源分系統、姿態軌道控制系統、推進系統等;衛星載荷則包括天線分系統和轉發器分系統等。相控陣天線是低軌通信衛星的核心部件,具有快速波束切換和抗干擾能力強等優勢。相控陣天線作為低軌衛星的關鍵設備,具有波束切換快、抗干擾能力強、輸出功率大等優點,并通過控制輻射單元的饋電相位實現波束的快速掃描和多波束成形。此外,T/R 組件和姿軌控制系統在衛星制造成本中占比最大,是衛星制造中的關鍵環節。衛星制造正在朝著工業級元器件、標準化、模塊化、規?;牧慨a模式發展,以提升生產效率并降低成本。激光通信和平板衛星設計在低軌衛星應用可期。激光通信具有通信容量大、速率高、功耗
5、低、抗干擾能力強等優勢,是未來低軌衛星通信的重要方向。中國的激光通信技術已經實現了 10 Gbit/s 的星地通信速率,未來市場空間巨大。此外,平板衛星設計簡約、發射便捷,逐漸成為衛星制造的新趨勢,平板衛星在衛星互聯網組網中展現出制造“更容易”、發射“更便利”、功能“更強大”的優勢。傳統衛星制造過程中需要人工裝配,耗時久、周期長,難以形成批量化生產規模。相比之下,平板衛星的制造工藝更加簡約,類似于平面電路板,適合集成化、批量化、自動化的總裝生產線模式,大幅縮短了制造周期,提高了生產效率,并降低了成本。在發射時,平板衛星可以將太陽翼折疊,與衛星平臺重合堆疊,大大減少占用空間,提高火箭空間利用率,
6、降低發射成本。風險提示:政策不及預期,商業航天建設進度不及預期,技術迭代不及預期,市場需求不及預期等。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2 目 錄 1.低空衛星背景介紹.6 1.1 6G 網絡“組成”:空天地一體化是 6G 通信網絡發展的必然趨勢.6 1.2 衛星互聯網重要組成部分,低軌衛星優勢明顯.7 1.3 軌道頻段資源短缺,各國搶灘登陸.9 1.3.1 各國低軌衛星申請情況.11 1.3.2 中央和地方政府政策支持衛星互聯網發展策略.12 1.3.3 我國衛星互聯網發展趨勢.13 2.國企+民營雙驅動,衛星批產化可期.15 2.1 各地方政府積極響應支持
7、衛星互聯網行業.15 2.2 國內衛星產能布局.18 3.衛星制造.19 3.1 衛星成本結構拆分.19 3.2 核心分系統的介紹.21 3.3 平板衛星對比優勢.23 4.技術和競爭分析.24 4.1 衛星的分階段技術認證.24 4.2 低軌衛星產業鏈垂直整合,芯片-天線-載荷一體化設計.26 4.3 選用工業級元器件,標準化、模塊化、規?;牧慨a模式.26 4.4 激光通信鏈路.27 5.風險提示.29 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 3 圖目錄 圖 1 空天地一體化網絡架構.6 圖 2 6G 六大支柱.6 圖 3 國際電聯 IMT-2030 時間表.6
8、 圖 4 衛星軌道示意圖.7 圖 5 地面與非地面網絡一體化實現低時延長距離通道.7 圖 6 低軌衛星軌道構成和衛星分布情況.8 圖 7 OneWeb 衛星設計參數,重量僅 150kg.8 圖 8 OneWeb 衛星模型.8 圖 9 相同時間內低軌與中軌衛星劃過的軌跡.9 圖 10 低軌星座優勢.9 圖 11 星鏈星座構型示意圖.9 圖 12 星艦第四次試射成功.13 圖 13 1960 至今向地球軌道運送每千克貨物的運費(美元/千克).13 圖 14 2023 新增商業航天相關公司情況.14 圖 15 衛星系統構成.19 圖 16 各原材料采購情況.20 圖 17 各年度耗用材料占比.20
9、圖 18 各類衛星衛星平臺與衛星載荷成本占比.21 圖 19 衛星平臺成本拆分.21 圖 20 衛星通信終端組成.22 圖 21 搭載“XY-2”衛星的激光通信終端.23 圖 22“實踐二十”號衛星激光通信終端.23 圖 23 地面驗證環境.24 圖 24 SDN 分層管控架構.25 圖 25“龍江三號”發射現場.26 圖 26 工大衛星產業基地.26 圖 27 科研人員對衛星進行單機測試.27 圖 28 不同等級與規格器件對比.27 圖 29 粵港澳衛星智能制造中心.27 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 4 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的
10、信息披露和法律聲明 5 表目錄 表 1 不同頻段無線電運用情況.10 表 2 我國申報 Ka 頻段低軌星座資料情況.10 表 3 星鏈第一星座建設計劃.11 表 4 我國主要衛星互聯網星座部署計劃.12 表 5 我國各省份衛星通信政策匯總.13 表 6 國內衛星互聯網走向消費市場.14 表 7 國內其他衛星星座計劃.17 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 6 1.低空衛星背景介紹 1.1 6G 網絡“組成”:空天地一體化是 6G 通信網絡發展的必然趨勢 為滿足“5A”泛用通信需求,低軌衛星通信將成為 6G 網絡不可或缺的組成部分。大規模 5G 網絡部署需要高昂
11、的成本,密集的基站部署、回傳網絡建設等會產生昂貴的基建費用以及光纜的安裝租賃和維護費用。同時,地基網絡也難以覆蓋極偏遠地區、海洋、深地、天空甚至深空等地理范圍??仗斓匾惑w化網絡以地基網絡為基礎,天基網絡和空基網絡為補充和延伸,為廣域范圍內的各種網絡應用提供在海、空、天域無縫覆蓋和陸地域增補覆蓋的基礎能力??仗斓匾惑w化為 6G 搭建的重要支柱,讓 6G 與之前的移動通信系統大不相同。超低軌衛星系統除提供全球覆蓋,也可解決傳統地球同步軌道衛星、中軌衛星系統固有的通信時延問題,并通過無線接入為地面網絡提供補充覆蓋、定位更準確。圖1 空天地一體化網絡架構 資料來源:空天地一體化網絡技術:探索與展望,-
12、沈學民,承楠,周海波,呂豐,權偉,時偉森,吳華清,周淙浩,海通證券研究所 圖2 6G 六大支柱 資料來源:華為6G:無線通信新征程,海通證券研究所 6G 時代正在招手,倒逼星地融合移動通信發展。根據 IMT-2030(6G)推進組發布的6G 總體愿景與潛在關鍵技術白皮書,預計 3GPP 國際標準組織將于 2025 年后啟動 6G 國際技術標準研制,大約在 2030 年實現 6G 商用。全域覆蓋是 6G 網絡的一個重要特征,低軌衛星網絡就具備可實現全球覆蓋、網絡可靠性高且靈活、時延低容量大、地面網絡依賴性弱、多種技術協同發展等優點。為克服傳統地面移動信存在的廣域覆蓋和空間覆蓋問題,星地融合作為未
13、來 6G 網絡的重要技術發展方向得到廣泛認可。圖3 國際電聯 IMT-2030 時間表 資料來源:ITU 6G 標準化時間表和總體技術原則概述-Ericsson,海通證券研究所 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 7 1.2 衛星互聯網重要組成部分,低軌衛星優勢明顯 低軌衛星是未來衛星互聯網的重要組成部分。目前衛星網絡主要由 3 類軌道衛星組成。根據飛行高度,從高到低分別是地球靜止軌道(geostationary earth orbit,GEO)衛星、中地球軌道(medium earth orbit,MEO)衛星和低地球軌道(low earth oribit,L
14、EO)衛星(以下簡稱低軌衛星),其中低軌衛星網絡通常由多顆低軌衛星協同工作進行組網,數量從數十顆到數萬顆不等,其軌道高度通常在 5002000km,可實現全球無死角覆蓋,能夠為荒漠、戈壁、森林、高山、海洋等網絡盲區提供通信服務。圖4 衛星軌道示意圖 資料來源:電信科學,面向低軌衛星網絡的組網關鍵技術綜述,蔣瑞紅,馮一哲,孫耀華,鄭海娜,海通證券研究所 低軌衛星軌道高度低,傳播時延短。由于低軌通信衛星網絡的軌道高度最低,其通訊傳播時延最短。低軌通信衛星網絡的往返時延一般都小于 100ms,而高軌通信衛星的往返時延會達到 600ms 左右。圖5 地面與非地面網絡一體化實現低時延長距離通道 資料來源
15、:華為6G:無線通信新征程,海通證券研究所 低軌衛星傳播距離短,終端能耗低。由于低軌通信衛星相對較短的傳播距離,使得信號的傳播衰減較小,有助于將終端設備的能耗控制在一定范圍內。隨著集成電路、通信等技術的發展低軌衛星星上處理能力不斷加強,在相同的衛通終端能力下更易實現高速率衛通傳輸。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 8 圖6 低軌衛星軌道構成和衛星分布情況 資料來源:基于到達時間估計的 LEO 衛星通信系統終端定位技術,中國指揮與控制學會公眾號,海通證券研究所 低軌衛星具有輕型化優勢,降低發射成本。與傳統通信衛星系統中重達幾噸的衛星相比,低軌通信衛星系統中使用的
16、小衛星重量通常在 1 噸以下(SpaceX 的衛星在200-300kg),輕型復合材料技術以及集成化應用是小衛星輕型化的特點。衛星的重量下降使得單次發射所能搭載的衛星數量進一步提升,從而降低了平均發射成本。相比于地面通信,衛星星座通信可實現廣域無縫隙覆蓋,成本優勢明顯。圖7 OneWeb 衛星設計參數,重量僅 150kg 資料來源:低軌衛星通信系統發展綜述,Spacefan,海通證券研究所 圖8 OneWeb 衛星模型 資料來源:低軌衛星通信系統發展綜述,Spacefan,海通證券研究所 低軌衛星存在更多硬件資源且容量大,為用戶提供更好服務。相對于其他衛星通信網絡,低軌通信衛星網絡中單個衛星對
17、地面的覆蓋范圍有限。為了實現全球范圍的信號覆蓋,通常需要數十顆甚至數百顆衛星。這意味著在低軌衛星軌道上,衛星數量會更多,從而存在更多硬件資源。同時頻段的選擇使得容量更大,為用戶提供更好的服務。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 9 圖9 相同時間內低軌與中軌衛星劃過的軌跡 資料來源:北斗衛星導航系統,海通證券研究所 圖10 低軌星座優勢 資料來源:國家航天局,海通證券研究所 1.3 軌道頻段資源短缺,各國搶灘登陸 低軌資源極度稀缺,各國爭奪越發激烈。衛星頻率和軌道資源是全人類共有的、稀缺的戰略資源。近地軌道共 8 萬顆衛星總容量,世界各國必須按照國際電信聯盟 I
18、TU 的組織法無線電規則等,遵循“先登先占”原則,開展衛星網絡資料的申報、協調、登記和維護工作,任何一個國家都不能單方面主導衛星頻率和軌道資源的獲取和使用。隨著各類衛星應用領域不斷拓寬,世界各國對衛星無線電頻率資源爭奪越發激烈,對于低軌衛星的需求也日趨增加。圖11 星鏈星座構型示意圖 資料來源:智匯杰瑞,新光電公眾號,海通證券研究所 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 10 低軌衛星頻段有限,先發優勢較為明顯。頻率資源是發展空間業務的基礎,LEO 所用頻率較多為 Ka/V 頻段或更高頻段,同時采用點波束和頻率復用技術可以解決部分 Ka頻段中低軌衛星間頻率兼容性問
19、題,實現超過 500Mbit/s 大容量通信,且支持海量終端接入的需求。雖然 Ka 頻段的頻率資源高達 3.5GHz,可為衛星通信的寬帶化提供可觀的拓展空間,但相較于日益增長的通信帶寬需求,已申報星座的先發優勢依舊明顯。表 1 不同頻段無線電運用情況 頻段 頻率 擁擠程度 頻段特性 雨衰 產業鏈成熟度 應用領域 頻率越高,可用頻段寬度越大。磁波頻率越高,受雨衰影響越大,但是Ku 和 Ka 是個低谷 頻率越高,空間損耗就越高,為彌補空間損耗,元器件成本顯著上升 E 60-90GHz Starlink 已申報V波段7518顆星 頻段寬,通信速率高 較低 未來發展方向,商業用戶側產業鏈尚不成熟 衛星
20、通信饋電鏈路(衛星與地面站之間)Q/V 40-75GHz 高 Ka 27-40GHz 正接近飽和,亟需加快速度建成網絡搶占頻段 頻段較寬,通信速率較高遠離地面通信與高軌衛星通信主用頻率,相互產生頻率干擾概率相對較低頻率高,波長短,自由空間損耗相對低頻段較高 較低 已相對成熟,正在逐步完善 低軌寬帶衛星通信用戶鏈路(用戶終端與衛星之間)、饋電鏈路和測控、遙感衛星數傳 K 18-27GHz 高 Ku 12-18GHz 較低 X 8-12GHz 主要用于軍事、測控、遙感衛星數傳 C 4-8GHz 開發時間早,已接近飽和 頻率較低,波長較長,自 由空間損耗較小各頻段頻率范圍較窄,信息傳輸速率較低 低
21、開發時間早,已十分成熟 Inmarsat、Viasat 等高軌通信衛星系統常規頻段,可用于手機直連衛星業務;北斗導航主用頻段 S 2-4GHz L 1-2GHz UHF(特 高頻)300MHz-3GHz 低 開發時間早,已十分成熟 國內三大運營商2G-4G通信主用頻段,可用于手機直連衛星業務 資料來源:衛星頻率軌位資源全球競爭態勢與對策思考,蘭 峰,彭召琦,信通傳媒,海通證券研究所。表 2 我國申報 Ka 頻段低軌星座資料情況 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 11 資料名稱 申報的 K 頻段 軌道特性 TXIN 信威公司 6*50MHz 6x10 x850k
22、m,60 顆衛星 FORTRAN-2 2015.11.23 2017.8.20 科工二院 28.5-29.9GHz 18.8-20.2GHz 20.720.8GHz 3x1x1040km,1x2x1040km,共 5 期衛星 SPACEWAY 2017.12.28 中國衛通 11x100MHz 高端 1GHz 9*8x950km,72 期衛星 FORTRAN 2018.2.12 科工二院 28.529.9GHz 18.82D.2GHz 13x12x1040km,156 段衛星 ACONNECT 2018.7.13 航科五院 27.530GHz 17.718.6/18.8-20.20Hz 6x9
23、x1100km,54 顆衛星 ACONNECT-T 2018.7.17 航科五院 27.53DGHz17.718.6/18.820.2GHz 6x9x1100km,54 顆衛星 SIGNSAT-NGSO 2018.7.18 天地信息 35GH2 12軌道面x20顆星x880km,240顆衛星 TSN-1A 2018.11.7 清華大學 35 GH2 8x1x20185km,8 顆衛星 GALAXY-1 2018.12.28 銀河航天 低城 2.1 GHz 1x2x1200km,2 顆衛星 TXN-IWE 2019.1.13 信威公司 值碼 2.5 GHz 12x10 x850 km,120 顆
24、衛星 GIN 2019.1.30 中國電信 值城 2.5 GHz 18x48x1175km,864m 衛星 ACCOUNT-B 2019.1.30 航科五院 低填 25GHz 18x48x1175km,864m 衛星 C-SAT-LEO 2019、2011 航天科工 35 GHz 18x48x1175km,18x48x1048km,共1728 衛星 GIV-1 2019.4.26 中國電信 UA2.5 GHz 18x48x1175km,1x6x1095km,共 870衛星 資料來源:衛星頻率軌位資源全球競爭態勢與對策思考,蘭 峰,彭召琦,信通傳媒,海通證券研究所。1.3.1 各國低軌衛星申請情
25、況 美國星鏈技術成熟,第一星座正在構建。美國積極推進近地軌道星座商業化,滿足各方寬帶需求。僅 SpaceX 公司的“星鏈”截至 2023 年 5 月已經發射了 4200 多顆衛星,其計劃在 20192024 年間完成由 1.2 萬顆衛星構成的第一星座,之后再發射 3 萬顆衛星構成第二星座。后調整為在2024 年完成第一星座的一半,2026年前后完成第一星座。發射使用美天軍的發射基地,運載器為可以做到 10 次以上重復使用的獵鷹火箭,主要發射加裝了星間鏈路的 1.5 版本星鏈衛星,衛星重 295 kg,目前單次發射最大運載 56顆,年發射數量在 20003000 顆,相關星艦技術已然形成,若如期
26、實現了 4.2 萬顆的布局目標,SpaceX 一家就將占據衛星互聯網高達 53%的空間。表 3 星鏈第一星座建設計劃 建設期 I 期 II 期 III 期 軌道面(個)22 32 8 5 6 每軌道衛星數量(顆)72 50 50 75 75 軌道高度(千米)550 550 1130 1275 1325 340 傾角()53 53.8 74 81 70 每軌道高度衛星數量(顆)1584 1600 400 375 450 每期衛星數量(顆)1584 2825 7518 衛星總數(顆)11927 資料來源:國際和國家安全視角下的美國“星鏈”計劃及其影響,余南平,嚴佳杰,海通證券研究所 俄羅斯等國積極
27、擴充全球衛星系統。俄羅斯、英國、韓國等國家也由于軍事、空天一體化等原因積極擴充全球衛星體系。英國通信公司 Oneweb 推出 Oneweb 星 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 12 座計劃,初始星座將由 648 顆 Ku 波段衛星組成,第二、三階段將發射 2000 顆 V波段衛星。據鋮昌股份招股說明書援引 Euroconsult2028 年前衛星制造與發射報告預測,2019-2028 年全球衛星制造和發射的數量將比前十年增加 4.3 倍。據鋮昌股份招股說明書援引中國電子科技集團第五十四研究所非靜止軌道寬帶通信星座頻率軌道資源全球態勢綜述,截至 2020 年
28、1 月 17 日,全球中軌、低軌衛星通信星座數量共計達到 39 個,共涉及至少 12 個國家 32 家企業,計劃發射衛星總數已超過 34666 顆。1.3.2 中央和地方政府政策支持衛星互聯網發展策略 衛星互聯網戰略地位日益凸顯,我國政策導向明確衛星互聯網戰略地位。我國政府高度重視和支持衛星互聯網發展?!笆濉币巹澲形覈鴮ⅰ疤斓匾惑w化信息網絡”納入“科技創新 2030 重大項目”,同時衛星互聯網首次被明確列入新基建信息基礎設施范圍。根據 國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(20152025 年)制定的發展目標,“十四五”時期要構建衛星遙感、通信廣播和導航定位三大系統。2021 年 12 月,
29、國務院印發“十四五”數字經濟發展規劃明確推動衛星互聯網建設。2021 年,國家發改委明確“十四五”數字經濟需積極發展衛星互聯網領域。工信部表示應推進北斗規模應用和衛星互聯網發展,并對衛星互聯網設備、功能虛擬化設備納入現行進網許可管理,以科技創新引領現代化產業體系建設。表 4 我國主要衛星互聯網星座部署計劃 建設方向 衛星系列 衛星類型 發展目標 空間系統建設 固定通信廣播衛星系列 固定通信衛星 圍繞電信、廣播電視、海洋、石油等行業需求,在現有在軌衛星基礎上,加快發展固定通信衛星系統,保持固定通信業務能力持續提升。寬帶通信衛星 為實現遠程教育、遠程醫療、防震減災信息服務、農村農業信息化、和國際化
30、發展等雙向通信業務,發展寬帶通信衛星系統,具備衛星廣播影視和數字發行服務能力。移動通信廣播衛星系列 移動通信衛星 按照先區域、后全球的安排,建設移動通信衛星系統。建設區域移動通信衛星系統,開展行業和個人的語言、信息服務。在此基礎上,建設全球移動通信衛星系統,基本實現全球移動通信覆蓋。移動多媒體廣播衛星 為實現電信、廣播電視、交通運輸、應急救災等行業移動多媒體廣播,發展移動多媒體廣播衛星系統。地面系統建設 根據空間系統發展需要,依托現有站網資源,對現有各類地面設施進行必要的更新改造,同步建設測控站、信關站、上行站、標校場 資料來源:國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025 年),海
31、通證券研究所 國家政策推動下,省市紛紛出臺相關政策支持衛星互聯網的發展。其中北京、浙江、廣東等地產業聚集效益較好,尤其是北京聚集了上游衛星制造、衛星發射、地面設備、衛星通信運營等全產業鏈企業。根據國家“十四五”規劃綱要和 2035 遠景目標綱要,“十四五”期間,我國將推動航空航天等產業創新發展。目前,北京、上海、廣東、浙江等省市紛紛出臺衛星通信相關政策,多為鼓勵、指導行業發展,主旨聚焦在統籌衛星產業、量子通信、移動通信網絡等網路基礎設施的發展。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 13 表 5 我國各省份衛星通信政策匯總 省市 發布時間 政策名稱 北京 2022-
32、11 北京市數字經濟促進條例 北京 2021-11 北京市“十四五”時期國際科技創新中心建設規劃 北京 2021-08 北京市“十四五”時期高精尖技術發展規劃 上海 2022-10 上海打造未來產業創新高地發展壯大未來產業集群行動方案 上海 2020-06 上海市推進新型基礎設施建設行動方案(2020-2022 年)廣東 2021-08 廣東省數字經濟促進條例 廣東 2020-11 廣東省推進新型基礎設施建設三年實施方案(2020-2022 年)深圳 2021-06 深圳市關于支持衛星及應用產業發展的工作意見 福建 2018-04 衛星應用助力數字福建創新發展總體方案 湖南 2017-03 關
33、于促進湖南衛星應用產業發展五年行動計劃 四川 2020-09 四川省加快推進新型基礎設施建設行動方案(2020-2022)浙江 2021-07 浙江省全球先進制造業基地建設“十四五”規劃 山西 2017-04 山西省 2017 年廣播電視直播衛星戶戶通工程建設實施方案 山東 2020-06 山東省人民政府關于印發基礎設施“七網”建設行動計劃的通知 資料來源:北京大學中國新興產業研究中心公眾號、各省份官網、前瞻產業研究院、海通證券研究所 1.3.3 我國衛星互聯網發展趨勢 星艦試飛成功帶來復用和運力提升,倒逼國內商業航天加快速度。星艦第四次試射成功標志著人類火箭運力迎來翻倍式提升。并且由于星艦可
34、復用且發射成本極低,試驗成功后將規?;a,結合當今緊缺的頻段及軌道情況,迫使國內商業航天加快追趕步伐。近日國內商業航天也頻繁出現大動作,垣信衛星完成 67 億元融資、鴻擎科技披露擬發射 1 萬顆衛星的鴻鵠-3 星座,屬于中國的大航天時代正在拉開序幕。圖12 星艦第四次試射成功 資料來源:環球科學公眾號,海通證券研究所 圖13 1960 至今向地球軌道運送每千克貨物的運費(美元/千克)資料來源:環球科學公眾號,CSIS Aerospace Security Project,PayloadResearch estimates,海通證券研究所 中國“星鏈”計劃出爐,帶動千億產業發展。國內低軌衛星互
35、聯網星座主要包括了 GW 星座、G60 星座及近期公布的鴻鵠-3 星座,規劃合計超 3.6 萬顆星,三個星座是未來國內低軌衛星互聯網組網核心載體。GW 星鏈是中國星網公司于2020 年 9 月向 ITU 申請了“GW”星座計劃,共 12992 顆衛星。G60 星鏈是目前國內另一重要的衛星互聯網發射計劃,未來將打造低軌寬頻多媒體衛星網路,到2025 年,將形成年產 50 發商業火箭、600 顆商業衛星的批量化制造能力?!癎60星鏈”是一個以垣信衛星為實施主體的巨型星座,一期到 2027 年將實施 1296顆衛星組網,未來將實現 12000 多顆衛星的組網。鴻鵠-3 星座則在近日公布將在160 個
36、軌道平面上總共發射 10000 顆衛星。未來三年將是中國發射低軌衛星的集中 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 14 窗口期,至 2027 年發射數量可能達到 3900 多顆。至 2030 年中國低軌衛星發射數量有望突破 6000 顆,中國衛星互聯網總體規??蛇_千億級別。從“國家隊”到航天民企,商業航天進入發展快車道。截止 2023 年底,我國新增商業航天注冊企業 2.28 萬家,是 2019 年的 5 倍,其中 82.4%為民營企業,民營資本已逐漸成為推動航天產業發展創新的重要力量。過去國家隊時期,將安全性、可靠性放在首位,在國家安全、國防建設方面不能容錯。但
37、目前商業航天允許在創新、容錯、降低成本這三個方面尋找最佳結合點。近年來,隨著兩江航投、中國移動等企業與傳統航天企業聯合及新興商業航天企業的加入,中國商業航天已經走出初創階段,進入了快速發展階段。2023 年我國民營火箭共實施發射 13 次,成功入軌 12 次,創造了我國商業航天新紀錄,而且亮點頻出。圖14 2023 新增商業航天相關公司情況 資料來源:新京報,天眼查,海通證券研究所 手機汽車終端搭載衛星通信,衛星互聯網走進千家萬戶。星鏈(Starlink)官方網站商業服務板塊全新推出星鏈直連手機業務(Starlink Direct to Cell),預計 2024年實現短信發送,2025 年實
38、現語音通話和上網(Data),同年分階段實現 IOT(物聯網)。國內的華為、榮耀、小米、OPPO、中國電信等手機廠商及吉利、小米等汽車廠商也在加速布局衛星通信服務,使衛星互聯網走進千家萬戶。如網翎一樣的衛星互聯網終端制造商也在不斷開拓衛星互聯網下游應用場景,加速衛星互聯網走進大眾市場。同時像中國移動這樣的電信運營商也與衛星互聯網龍頭、特大軍工企業聯合,成立中國時空信息集團,未來將提供天地一體通信服務,持續增強品牌影響力。表 6 國內衛星互聯網走向消費市場 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 15 廠商/型號 時間 功能 手機 華為 Mate50 2022 年 9
39、 月 推出衛星通信功能,實現單向文字信息通訊 華為 Mate60 pro 2023 年 8 月 首次在消費級手機上實現了衛星通話服務、突破衛星通信技術重大難度壁壘,實現超遠距離通信射頻鏈路 榮耀 Magic6 Pro 2024 年 1 月 搭載了榮耀鴻燕衛星通信技術,支持實時語音及雙向短信,并通過自研的射頻增強芯片 HONOR C1+,實現更低效、更快的連接 華為 Pocket2 2024 年 2 月 首款支持雙向北斗衛星消息的小折疊手機 小米 14Ultra 2024 年 2 月 支持手機直連天通衛星,支持實時語音、雙向語音、雙向短信,而且在這一領域要比華為 Mate 60 Pro 更強 O
40、PPO Find X7 Ultra 衛星通訊版 2024 年 3 月 實現聽筒/免提雙模衛星通話 小米 Civi4 2024 年 3 月 支持天通衛星通信制式 汽車 極氪 001FR 2023 年 10 月 衛星通信首次在汽車領域實現應用,借助預裝的車載衛星通信終端吉時尋,配合車載衛星通信天線及軟件服務,可實現雙向衛星消息和雙向衛星通話 極氪 007 高配車型 2023 年 12 月 采用行業前瞻衛星通信科技,可通過衛星實現雙向衛星通信,包括語音通話及短信發送。本配置僅四驅智駕版車型可選裝,價格 1 萬元。吉利銀河 E8 2024 年 1 月 搭載衛星通信功能 資料來源:百度百科,央廣網,IT
41、 時報,光明網,各企業官網,海通證券研究所 2.國企+民營雙驅動,衛星批產化可期 2.1 各地方政府積極響應支持衛星互聯網行業 河南?。汉幽鲜∮“l河南省衛星產業發展規劃,提出要推動鄭州和鶴壁建設全鏈條衛星產業集群,預計到 2025 年,全省衛星產業規模達到 200 億元,測繪地理信息等相關產業營業收入突破 1000 億元,初步形成涵蓋衛星生產制造、應用服務、研發創新的產業體系。湖南?。?019 年 9 月 29 日,湖南航空航天產業基金在株洲成立,首期規模為 30億元,主要投資航空、商業航天、軍工、智能制造、新材料等領域,是國內首支省級航空航天產業基金?;饍漤椖砍?50 個,可落戶株洲項目
42、超 20 個,擬投資金額超 10 億元。安徽?。撼雠_了加快推進空天信息產業高質量發展若干政策并出資設立推出 50億元規模的安徽空天信息產業基金和首只商業化空天信息專項基金和生星圖基金。此外,合肥高新區設立產業園,在上游衛星載荷制造方面,具備了航天產品設計、制造、集成、測試、服務能力,以及北斗導航技術安徽省重點實驗室等近 10家研究機構;在中游地面設備制造方面,具備衛星通信、導航終端的研制、生產的能力;在下游數據應用方面,布局了覆蓋面廣泛的各類信息服務主體。北京市:北京市人民政府出臺了北京市加快商業航天創新發展行動方案(20242028 年),進一步深化“南箭北星”空天產業空間布局,建成 2 個
43、特色產業聚集區和若干特色產業園,推動空間科學、空間應用與空間技術融合發展。此外,北京亦莊聚集多家航天企業,基本覆蓋運載火箭、衛星研制、衛星應用、型號配套、地面設備、技術應用等領域。2024 年,“亦莊箭”計劃發射近 30 次,計劃搭載衛星超過 100 顆,發射規模有望連續三年成倍增長。無錫市:2023 年 12 月 20 日,無錫經開區與微納星空正式簽約總投資 10 億元的商業衛星制造基地項目,項目投產后,預計將成為國內商業衛星領域頗具代表性的自 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 16 動化產線標桿項目。2024 年 1 月 8 日,經開區舉辦 2024 未來
44、產業發展大會,會上微納星空董事長高恩宇透露,制造基地將于 2024 年完成廠房建設和設備調試,2025年上半年示范產線運行,預計當年下半年實現出貨,微納星空商業衛星制造基地項目落戶在經開雪浪小鎮未來園,將通過規?;a做強衛星制造產業鏈。此外,會上簽約成立了 100 億元的尚賢湖未來產業基金,接下來將圍繞經開區“7+X”未來產業體系發展目標,采取“母基金+直投”策略,建立覆蓋種子期投資、天使投資、風險投資、并購重組投資等未來產業的基金體系,引導社會資本投資未來產業科技創新類項目。上海市:2023 年 10 月 19 日,上海市人民政府印發上海市進一步推進新型基礎設施建設行動方案(2023202
45、6 年),行動方案表示,上海將推進智慧天網創新工程,搭建中軌道衛星通信網絡技術驗證系統,開展大跨距全球互聯等在軌驗證,為探索構建中軌道通信衛星星座奠定基礎。2023 年 10 月 26 日,上海市政府印發上海市促進商業航天發展打造空間信息產業高地行動計劃(20232025年),以商業航天跨越式發展為牽引,圍繞衛星制造、運載發射、地面系統設備、空間信息應用和服務等環節,加強衛星通信、導航、遙感一體化發展,推動空天地信息網絡一體化融合,旨在推動商業航天和空間信息產業的發展。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 17 表 7 國內其他衛星星座計劃 行業研究航空航天與國防
46、行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 18 2.2 國內衛星產能布局 中國版“星鏈”計劃加速推進,低軌衛星物聯網前景廣闊。地球近地軌道大約可以容納6 萬顆衛星,按照相關規劃,中國在接下來十年內要完成 2 萬顆衛星的發射。中國已向國際電信聯盟(ITU)提交了布局 1.3 萬顆低軌衛星的申請。當前,我國在低軌衛星互聯網星座建設方面由“國家隊”推出了“鴻雁星座”“虹云工程”“星網工程”等計劃并相繼成功發射,這標志著我國低軌寬帶互聯網衛星系統建設邁出實質性的一步,將進一步帶動低軌衛星通信產業的增長。同 Swarm 和 Om 類似,中國的低軌窄帶物聯網星座也正在搭建中。自 2015 年后,中國民
47、營航天企業迅速發展,實現了民營衛星和運載火箭的相繼突破,以國電高科為代表的一批民營企業也相繼提出了自己的低軌衛星星座計劃。低軌物聯網星座成為民營企業角逐商業航天的重要機會。例如,“天啟星座”計劃是由國內商業航天民營企業國電高科推出,計劃于 2024 年完成部署運營由 38 顆衛星和若干地面站組成的“低軌衛星物聯網星座”,為物聯網相關行業用戶等國家戰略提供覆蓋全球、精準實時的低軌衛星物聯網數據服務,構建天地一體的低軌衛星物聯網生態系統。中國商業航天產業整裝待發。2020 年 4 月,國家發改委首次明確“新基建”范圍,將衛星互聯網納入通信網絡基礎設施的范圍,積極引導民營資本進入商業航天領域。按照向
48、 ITU 申報的計劃,預估到 2027 年低軌衛星總規模達到 3900 多顆,至 2030 年有望突破 6000 顆。此外,中國航天科技活動藍皮書(2023 年)顯示,中國航天 2023 年實施 67 次發射任務,位列世界第二,研制發射 221 個航天器,發射次數及航天器數量刷新中國最高紀錄。2024 年,航天科技集團計劃安排近 70 次宇航發射任務,發射 290 余個航天器,企業名稱 融資輪次 融資時間 融資金額 投后估值 長光衛星 種子輪 2017-05-27-天使輪 2018-10-01 2.5 億人民幣-A 輪 2019-09-20-B 輪 2020-05-13-Pre-IPO 202
49、0-11-30 24.64 億人民幣 120 億元 微納星空 天使輪 2017-12-29 千萬級人民幣-A 輪 2018-09-01 數千萬人民幣-A+輪 2018-11-20-戰略融資 2019-01-15 數千萬人民幣-A+輪 2019-09-18 數千萬人民幣-A+輪 2020-03-02 近億人民幣-A+輪 2020-04-24 數千萬人民幣-Pre-B 輪 2021-08-19 近 3 億人民幣-B 輪 2022-12-22-B+輪 2023-01-16 近 4 億人民幣-C 輪 2023-08-30-C+輪 2023-12-05-藍箭鴻擎 天使輪 2022-01-01-Pre-A
50、+輪 2024-05-11-垣信衛星 天使輪 2018-03-Pre-A 輪 2020-02-A 輪 2024-02 67 億人民幣-銀河航天 A+輪 2018-11-22-30 億元 B+輪 2020-11-17-80 億元 B+輪 2022-09-07-110 億元 資料來源:天眼查,新浪財經、上海證券報、科創板日報公眾號、IT 桔子、中國航天報澎湃號、經濟觀察網,海通證券研究所 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 19 全面推進載人月球探測工程、深空探測工程,持續推動新一代近地載人飛船、嫦娥七號、天問二號、靜止軌道微波探測衛星等為代表的 200 多顆航天器
51、研制工作,開展 230 余發運載火箭組批投產,完成多項商業航天和整星出口合同履約工作。3.衛星制造 3.1 衛星成本結構拆分 衛星互聯網產業鏈主要包含上游衛星制造與發射、中游地面設備與下游衛星運營及服務。衛星制造環節主要包含衛星平臺與衛星載荷,衛星平臺包含結構系統、供電系統、推進系統、遙感測控系統、姿軌控制系統、熱控系統及數據管理系統;衛星載荷包含天線分系統、轉發器分系統及其他金屬/非金屬材料和電子元器件等。衛星發射環節包含火箭制造及發射服務。地面設備環節包含固定地面站、移動式地面站(靜中通、動中通等)及用戶終端。衛星運營及服務環節主要包含衛星移動通信服務、寬帶廣播服務及衛星固定服務等。根據美
52、國衛星產業協會(SIA)發布的2023 年衛星產業狀況報告,2022 年衛星產業鏈中,衛星服務、地面設備制造、衛星制造、發射服務收入占比分別為 40.3%、51.6%、5.6%、2.5%。我國衛星互聯網穩步發展,產業規模增速可觀。衛星互聯網作為國家新型基礎設施建設的重要組成部分,在國家政策法規、技術升級、產業資本的多重驅動下,產業發展迅速。2021 年中國衛星互聯網產業規模約為 292.5 億元人民幣,2022 年規模已達 314 億元人民幣;預計 2025 年將升至 446.92 億元,20212025 年復合增長率為 11.2%。衛星制造包括衛星平臺、衛星載荷、其他元器件和衛星總裝。衛星平
53、臺又稱為“服務艙”,一般分為:能源分系統,為整個衛星提供能源;姿態軌道控制系統,保持衛星天線指向和運行軌道的準確;推進系統,為衛星定軌,保持軌道和控制姿態提供動量;遙測、測距和指令系統,與地面控制中心聯系;溫度控制系統,保證衛星各種元器件在合適的溫度工作。圖15 衛星系統構成 資料來源:海通證券研究所 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 20 電源系統與姿軌控制系統耗材占比較高,原材料支出較大。衛星主要包括光學分系統、衛星姿態和軌道控制系統、結構分系統、電源分系統、熱控分系統、測控通信分系統以及推進分系統等組成。各分系統及子系統又由各種各樣的單機及部組件組成。以
54、長光衛星為例,綜電單機,即電源控制器、太陽翼/太陽電池陣、中心機、配電熱控管理單元、蓄電池等電源系統相關設備;姿軌控單機,即衛星單機設備涵蓋磁力矩器、推進組件、數字太陽敏、模擬太陽敏、陀螺、反作用飛輪、導航接收機、星敏感器、驅動機構等姿軌控制系統相關設備。據長光衛星發布的招股說明書的公開數據,如圖所示,從各原材料的采購成本來看,綜電單機和姿軌控單機在衛星制造原材料支出中所占比例較高。圖16 各原材料采購情況 資料來源:長光衛星招股說明書,海通證券研究所 圖17 各年度耗用材料占比 資料來源:長光衛星招股說明書,海通證券研究所 從各年度衛星制造耗用材料角度看,2019 年度及 2021 年度,公
55、司衛星單機成本較高,主要是 2019 年完成了天象試驗衛星的交付驗收、2021 年完成了低軌通信試驗衛星初樣的研制任務所致。公司衛星制造及相關服務直接材料成本主要是衛星單機,具體包括姿軌控單機、射頻單機、綜電單機等。其中,姿軌控單機、綜電單機消耗原材料占比較高。衛星載荷又稱“有效載荷”,指直接執行特定衛星任務的儀器、設備或分系統。例如,返回式衛星返回艙的有效載荷有回收的信息載體、材料或制品,通信衛星的有效載荷有通信轉發器和天線,導航衛星的有效載荷有星載原子鐘、導航數據存儲器和數據注入接收機等。相控陣天線是通信衛星的核心。相控陣天線是低軌衛星通信的關鍵設備,相較于傳統機械天線,具有波束切換快、抗
56、干擾能力強、輸出功率大等優點。相控陣天線通過控制輻射單元的饋電相位來改變天線的方向圖形狀,實現波束的快速掃描和多波束成形。這種技術不僅提高了通信效率,也使設備小型化、輕型化成為可能。相控陣雷達可分為有源和無源兩類。有源相控陣每一陣元都裝有一個發射/接收組件(即T/R 組件),每一組件都能自己產生、接收電磁波,因此在頻寬、信號處理和冗余度設計上都比無源相控陣雷達具有較大的優勢。無源相控陣采用集中功率發射,利用無源網絡(如波導)來分配發射功率或利用透鏡系統通過自由空間將功率分發至相位可控的輻射單元(與機械掃描雷達的區別僅在于陣列的每一個輻射單元上接入一個移相器)。有源相控陣雷達的應用帶動 T/R
57、組件需求量增加。與無源相控陣雷達相比,有源相控陣將移相、放大、收發轉換以及接收/放大功能集成到單獨的有源收發模塊,并將這些模塊放置在盡可能靠近輻射單元的地方,因此使整個系統的損耗大大降低。此外,有源相控陣常常使用固態集成電路(能實現比鐵氧體移相器更快的移相)來替代波導,不僅有效地減小了整個系統的尺寸和體積。同時,由于單個收發模塊功率需求很低,所提供的平均故障間隔時間(MTBF)遠遠高于無源相控。T/R 組件是有源相控陣雷達的關鍵組成部分,當前有源相控陣雷達的需求不斷上升,市場規模不斷擴大,帶動 T/R 組件行業發展。T/R 組件和姿軌控制系統在衛星制造各分系統中價值量占比最大。據長光衛星 20
58、22 年 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 21 招股說明書數據所示,以重量為 200kg 的通信衛星為例,單顆衛星制造成本為 5000 萬元。據艾瑞咨詢 2021 年中國商業航天發展報告顯示,衛星平臺與衛星載荷成本占比約為 1:1,因此,衛星平臺成本約為 2500 萬元,衛星載荷成本約為 2500 萬元。衛星平臺可分為姿軌控制系統、電推系統、結構系統、數據處理系統、測控系統、熱控系統,各分系統所占衛星制造成本分別為:姿軌控制系統成本約為 1000 萬元,結構系統成本約 300 萬元,電推系統成本約 400 萬元,測控系統成本約 200 萬元,熱控系統成本約2
59、00 萬元,數據處理系統成本約 400 萬元。相控陣天線是低軌通信衛星有效載荷的核心部分,T/R 組件占載荷成本比重約 50%。則 T/R 組件成本約為 1250 萬元,其他部分成本約為 1250 萬元。因此,衛星制造各環節價值量占比如下圖所示,由此可見,T/R 組件和姿軌控制系統在衛星制造各分系統中占比最大。圖18 各類衛星衛星平臺與衛星載荷成本占比 資料來源:艾瑞咨詢,海通證券研究所 圖19 衛星平臺成本拆分 資料來源:艾瑞咨詢,海通證券研究所 3.2 核心分系統的介紹 激光通信載荷 激光通信種類多樣,實際應用優勢明顯。激光通信利用激光作為信號載波,將語音和數據等信息調制到激光上進行傳輸。
60、按照激光傳輸環境的不同,衛星激光通信分為兩類:一是真空環境下的激光通信,即星間激光通信,主要應用于真空環境中的設備,如衛星與衛星、飛船、空間站等之間的通信;二是在大氣環境下進行的激光通信,即星地激光通信,這種通信技術應用比較廣泛,如用于衛星與地面、海上用戶及空中飛行器的連接等。相較于傳統衛星微波通信技術,衛星激光通信技術具有以下技術特點和優勢:(1)通信容量大。激光的頻率比微波高 34 個數量級,頻段更寬,短時間內可傳輸大量數據。(2)通信速率高、功耗低。激光通信的速率能達到 10Gbit/s,甚至更高;傳輸過程中能量集中,不易分散,功耗也比微波低。(3)抗干擾能力強。激光的束散角極窄,不容易
61、被偵收和干擾。激光通信終端主要包含:激光器及驅動、探測器及后放、主控單元、熱控單元、快擺鏡、通信系統、電源單元等組件。其中,光天線伺服平臺負責捕獲光束與誤差信號,完成精準定位;誤差檢測器負責調整收發端,使光束對準;控制計算機負責誤差信號計算;光學平臺負責探測并確定信標光方位,給出誤差信號。0%20%40%60%80%100%定制衛星定制衛星 批量衛星批量衛星 理想值理想值 衛星載荷成本占比衛星載荷成本占比 衛星平臺成本占比衛星平臺成本占比 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 22 圖20 衛星通信終端組成 資料來源:衛星物聯網產業協會公眾號,海通證券研究所 歐洲
62、激光通信技術部署迅速,發展水平位居世界前列。歐洲自 20 世紀 80 年代中期開始研究衛星激光通信技術,是全球衛星激光通信技術發展最快的地區。星間激光通信方面,歐洲進行了全球首次星間激光通信技術、相干激光通信技術驗證,已驗證的星間激光通信速率是全球最高的,并率先實現星間激光通信技術業務運行。星地激光通信方面,歐洲成功驗證地月激光通信、低軌衛星與地面激光通信,于 2004 年和 2006 年分別通過月球探測器項目和“軌道光學通信工程試驗衛星”項目進行技術驗證,地月通信距離達15 萬千米,低軌衛星與地面通信距離 6001500km,上行和下行傳輸速率分別為2Mbit/s 和 50Mbit/s。美國
63、星鏈建設同步推進,“小型化”載荷引領發展。星間激光通信方面,美國重點聚焦衛星激光通信載荷的小型化,目前正在開展小衛星傳感器項目,研制質量不超過 0.9kg、功耗不超過 3W、工作波長 1550nm 的小型激光通信載荷。此外,馬斯克“星鏈”激光通信技術研發于 2018 年展開;2023 年 10 月,Starlink 第二代激光通信星鏈衛星已開始發射部署。中國激光通信發展迅速,終端市場空間巨大。全球衛星激光通信系統市場的規模預計將從 2021 年的 3.568 億美元增長到 2030 年的 52.057 億美元,2022 年至 2030 年的復合年增長率為 39.8%。此外,我國激光通信市場不斷
64、擴大,典型的研究機構包括哈爾濱工業大學、中國科學院上海光學精密機械研究所、中國科學院光電技術研究所、長春理工大學、航天科技集團等。2021 年成立了中國衛星網絡集團有限公司(以下簡稱“星網集團”),負責統籌中國衛星互聯網的發展規劃,星網集團也將激光通信技術納入其星座通信鏈路建設中。2020 年 1 月 4 日,中國航天科技集團公司五院西安分院研制的高通量激光通信終端搭載于“實踐二十”號衛星,已到達目標地球靜止軌道,該激光通信終端,采用 QPSK 高階調制/相干探測的方案,成功實現了速率為 10 Gbit/s 的星地相干激光通信。在終端小型化、輕量化方面,中國科學院上海光學精密機械研究所研制的無
65、獨立信標光激光通信終端于 2020 年 5 月 12 日搭載在“XY-2”衛星上發射升空?!癤Y-2”衛星激光通信終端采用一體化的設計,可實現星間 3000 km 級、通信速率 100 Mbit/s 的雙向激光通信。此外,2023 年 6 月,長光衛星技術股份有限公司利用自研衛星“吉林一號”MF02A04 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 23 星,與中國科學院空天信息創新研究院(空天院)部署的激光地面系統聯合開展了星地激光高速通信試驗并取得成功,標志著我國已成功實現星地激光高速通信的工程應用,星地通信速率由 Gbps 邁入 10Gbps 時代。圖21 搭載“
66、XY-2”衛星的激光通信終端 資料來源:信息通信學術期刊網,空間光通信技術發展現狀及趨勢,魯紹文,侯霞,李國通,孫建鋒,俞杭華,陳衛標,海通證券研究所 圖22 “實踐二十”號衛星激光通信終端 資料來源:信息通信學術期刊網,空間光通信技術發展現狀及趨勢,魯紹文,侯霞,李國通,孫建鋒,俞杭華,陳衛標,海通證券研究所 價值量方面,根據階段不同,激光通信終端單價數十萬到數百萬美元不等。2022 年 6月 14 日,BlueHalo 宣布贏得 SDA1100 萬美元合同,用以開發一對光學激光通信終端和一個在軌實驗地面站。LCRD 總工程師伯納德愛德華茲曾表示 NASA 的 TeraByte InfraR
67、ed Delivery 立方體衛星地面到近地軌道光鏈路將使用價值 10 萬美元的終端。2020 年 SDA 傳輸層 0 批 20 顆數據中繼衛星,其中 10 顆由約克系統空間公司承擔,總價 9400 萬美元。Mynaric 和 SA Photonics 分別為約克提供 14/20 臺激光通信終端設備,單價分別為 43.66 萬美元/51.72 萬美元;洛馬負責另外 10 顆衛星制造,由 Tesat 提供激光通信終端,報價 58.47 萬美元,提供 34 臺。3.3 平板衛星對比優勢 平板衛星制造“更容易”、發射“更便利”、功能“更強大”。衛星互聯網需要大批量的衛星參與空間組網,為了提升衛星組網
68、效率,一方面要形成衛星批量化制造規模,解決組網衛星數量問題,降低衛星制造成本。傳統衛星制造過程中需人工裝配,這種方式耗時久,周期長,難以形成批量化生產規模。相比傳統的三維立體式的衛星構型,平板衛星在制造工藝上更加簡約,類似于平面電路板,適合集成化、批量化、自動化的總裝生產線模式,大幅縮短了制造周期,提高了衛星生產效率,降低了生產成本,使衛星制造“更容易”。另一方面,需要針對火箭運載需求,盡可能地利用有限空間,降低發射成本。平板衛星在火箭內堆疊安裝時,將太陽翼折疊起來和衛星平臺重合,可疊放在一起,大大減少了占用空間,有效提高了火箭空間利用率,降低了衛星發射成本。此外,平板衛星在設計過程中,功能需
69、要充分滿足空間環境應用需求,以哈工大發射的我國首顆平板式新體制通信試驗衛星“龍江三號”為例,其平板式的構型能夠提供較大的橫截面積,可提高整個衛星的系統容量,為天線預留出足夠的安裝空間,使天線布置地更加密集,不僅能大幅提升信號強度,也能實現更為復雜多樣的試驗功能。中國企業緊隨美國腳步,平板衛星布局逐步推進。馬斯克“星鏈”采用平板設計,2019年 5 月 25 日,SpaceX 獵鷹 9 號火箭成功將星鏈計劃(Starlink)寬帶衛星艦隊的 60顆小型衛星送到了軌道,每顆都采用平板、單太陽帆板設計,能夠適應高容量集群發射。我國企業近年來緊隨美國步伐,大力發展平板式衛星相關技術。例如,2023 年
70、 6 月 9日,哈爾濱工大衛星技術有限公司(簡稱工大衛星)與哈爾濱工業大學聯合研制的我國首顆平板式新體制低軌寬帶通信試驗衛星“龍江三號”順利升空,基于“龍江三號”試驗衛星的研制,工大衛星已形成適應批量化生產、自動化組裝、堆疊式發射的千瓦級平板式衛星平臺,可為通信、雷達等衛星提供平板式型譜服務,為衛星的批量化制造和大規模星座的快速部署提供支撐;2023 年 7 月 23 日,我國首款使用柔性太陽翼的平板式通信衛星銀河航天靈犀 03 星發射升空,與以往不同,衛星配置了柔性太陽翼,行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 24 單層柔性太陽能電池板厚度僅 1 毫米左右,具有
71、體積小、重量輕、模塊化等特點,更易于收納,同樣質量下面積更大,能吸收更多太陽能,適合衛星大批量堆疊發射,有助于加快衛星互聯網建設。4.技術和競爭分析 4.1 衛星的分階段技術認證 模擬在軌環境,解決地面測試難題。低軌衛星互聯網規模大,建設周期往往較長,在先期系統建設、未批產定型情況下,為保證衛星在軌通信正常,地面驗證階段在地面構建逼近真實衛星在軌星地信道環境,解決 LEO 復雜星地信道環境下通信系統地面測試的難題。地面試驗驗證包括內場和外場兩階段,內場主要在實驗室環境下對系統功能性能進行驗證,外場主要在外場空饋環境下對系統功能性能進行驗證,是內場測試的補充和延伸。驗證系統包括被測設備和測試設備
72、,被測設備由通信載荷、信關站、用戶站、綜合運控中心組成,測試設備為信道模擬器、導航信號模擬器、平臺接口模擬器等專用測試設備,以及信號源、頻譜儀、示波器等通用測試儀器。(1)星地信道環境模擬:采用信道模擬器,模擬星地上下行鏈路動態多普勒、時延、衰減等信道特性,將信道模擬器接入信關站和通信載荷之間以及用戶站和通信載荷之間,使構建的測試環境更接近實際星地通信環境。(2)系統同步:低軌衛星互聯網通信載荷、信關站、用戶站統一采用 GPS/BDS 時間信息,保證系統時間同步。地面驗證階段,采用導航信號模擬器通過有線或無 線的方式提供模擬導航信號,從而保證整個通信系 統時間統一。(3)衛星平臺接口模擬:在整
73、星環境下,衛星平臺需要給通信載荷提供機械、供電、信息接口。而通信系統地面驗證階段衛星僅有通信載荷參與,需要配套相應的平臺接口模擬器以及供電系統,模擬器衛星平臺與通信載荷通信及控制接口,保證試驗階段通信載荷安全、正常工作。圖23 地面驗證環境 資料來源:南京航空航天大學學報,低軌衛星互聯網技術架構及地面驗證方法,王崇,郝珊珊,康國棟,徐良,周洪剛,海通證券研究所 發射試驗衛星,觀察在軌性能變化。衛星在軌測試指利用地球站對在軌道上運行的通信衛星有效載荷所進行的電氣性能測試,由監測站向通信衛星發射信號,用站內設備測量收發信號參數(如信號的功率和頻率等),通過專業算法扣除監測站設備性能因素、通信衛星與
74、監測站之間電波傳輸路徑因素、天氣因素等對信號的影響,得出在軌衛星通信設備的性能參數;再對獲得的性能參數進行分析,對比發射前后的參數變化,或者通過定期的檢測,分析在軌運行通信衛星性能的變化趨勢。根據時間段不同,在軌驗證可分為以下幾類:(1)電路開通前測試:在衛星電路開通前進行測試,將在軌測試數據與發射前在地面的測試數據進行比較,從而驗證衛星經過發射進入運行軌道后,性能參數是否變壞或者出現偏差。(2)電路開通后測試:在通 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 25 信衛星正常的壽命期間內進行定期的檢測,了解通信設備性能變化的趨勢。(3)故障測試:在通信衛星發生故障或設
75、備性能參數惡化時進行測試,尋找故障點,及時通過遙控的方式對通信設備進行維護處理和補救。最后,測試通過的通信衛星還可以執行其他的測試任務,如對地球站進行入網驗證測試和地球站開通測試等。航天測控“一體化”趨勢盡顯。自 2019 年開始,多家商業衛星運營公司正從空間技術驗證階段逐漸轉入業務型衛星密集部署階段,成本低、穩定性高、專業性強的商業測控服務已成為市場的明確要求。由于占據先發與技術優勢,航天馭星、天鏈測控等企業的產業鏈一體化優勢凸顯,就此提出從星座的整體論證、測運控管理、應用開發等一體化解決方案。例如,截至 2020 年 11 月,航天馭星已服務衛星 61 顆,其中長管衛星 30余顆,其提供的
76、一體化測控解決方案包括:測運控服務、數傳服務、星上通信終端、地面站、基帶、測控中心及測控軟件等天地通信一體化解決方案,幫助用戶降低運營成本,從而降低綜合成本;西安寰宇在十四五規劃中指出將通過并購等方式向產業鏈上下游延伸,形成“衛星測控、衛星應用、信息系統集成”三大業務領域協同發展的產業生態。采用“單層”與“多層”組網架構,實現天地一體化。隨著衛星網絡的規模逐漸擴大,海量節點使得網絡管控難度增加,超大型衛星星座需要高效的網絡管控方式來協調大規模的網絡節點,將 SDN“數控分離”的思想引入大規模衛星網絡,可以提高網絡的靈活性與可擴展性。通過將控制平面和數據平面分離,提升了衛星組網的靈活性與可擴展性
77、,降低了對星上處理能力的要求與衛星網絡的建設成本,節省了星上資源。在此基礎上,根據參與組網衛星的軌道高度以及網絡的物理結構,可將衛星網絡架構分為兩種:“LEO 單層衛星網絡架構”“LEO/GEO 或 LEO/MEO/GEO 多層衛星網絡架構”。LEO 衛星的軌道高度較低,導致其單星覆蓋范圍較小,僅 LEO 單層衛星進行組網的布局比較分散,網絡管理和控制較為困難,因此引入 SDN 可以增強網絡的管理控制能力。然而,將覆蓋范圍較大且動態性較低的高層軌道衛星與 LEO 衛星進行分層組網,將網絡分為管理平面、控制平面與數據平面,將管理平面部署在地面數據中心,負責星上路由規則的計算、網絡功能虛擬化服務、
78、移動性管理等,在 GEO 衛星上部署控制平面,負責數據平面路由規則的傳遞和星上鏈路狀態信息的收集,LEO 衛星作為數據平面進行數據報的存儲轉發。該方案有效減少了地面站的數量,具備更高效的管理規劃能力,更好地推進星地異構網絡的融合與演進。圖24 SDN 分層管控架構 資料來源:基于 SDN 的衛星通信網絡:現狀、機遇與挑戰,楊丹,劉江,張然,劉方琪,歐陽曼,黃韜,劉韻潔,海通證券研究所 緊跟政策導向,國企、民企共建天地一體化。我國“十四五”規劃和“2035 年遠景目標”綱要明確提出要建設高速泛在、天地一體、集成互聯、安全高效的衛星互聯網產業。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披
79、露和法律聲明 26 為此,中國航天科技集團有限公司和中國航天科工集團有限公司分別制定了面向低軌衛星組網的“鴻雁星座”和“虹云工程”計劃,其中“鴻雁星座”由 300 顆低軌道衛星及全球數據業務處理中心組成,“虹云工程”由 156 顆低軌衛星構成;北京國電高科科技有限公司著力打造和運營我國首個低軌衛星物聯網星座,即“天啟星座”,計劃部署38 顆低軌衛星;航天行云科技有限公司推出“行云系統”,預計發射 80 顆低軌道小衛星,建設一個覆蓋全球的天基物聯網。此外,我國還有民營企業推動的“銀河 Galaxy”計劃,預計共發射 2800 顆低軌互聯網衛星,如銀河航天集團(1000 顆)、北京九天微星科技發展
80、有限公司(800 顆)、北京星網宇達科技股份有限公司(30 顆)、上海歐科微航天科技有限公司(40 顆)等。4.2 低軌衛星產業鏈垂直整合,芯片-天線-載荷一體化設計 整合衛星生產鏈,做到工業化標準化管理。目前國內的商業航天企業紛紛發力運載火箭和衛星的研發、制造、發射及運營的各個環節,甚至以全產業鏈布局的創新模式完成自身的商業閉環,為中國自己的“星鏈”計劃提供強勁支撐。微小衛星創新研究院等方面為整合衛星生產鏈,做到工業化標準化管理,研發人員用數字化方法,重構了從設計、研發、生產、測試到在軌運維的全過程,建設了涵蓋設計開發、工藝制造、集成測試等環節的先進技術研發平臺,實現了設計-工藝-生產全流程
81、數字化。這就要求商業航天要推動衛星制造從“定制化研制”到“批量化生產”的轉變,衛星密集發射同時帶動火箭發射向高可靠、低成本、靈活發射的方向發展。圖25 “龍江三號”發射現場 資料來源:中國日報網百家號,海通證券研究所 圖26 工大衛星產業基地 資料來源:中國日報網百家號,海通證券研究所 4.3 選用工業級元器件,標準化、模塊化、規?;牧慨a模式 探索工業級器件快速篩選途徑,形成低成本批量化衛星質量管控方法體系,促進批量化衛星生產。SpaceX 對傳統定制化衛星研產模式產生顛覆性影響,通過工業化生產制造、批量化發展部署將衛星成本降至 50100 萬美元/顆。為滿足我國太空發展戰略和國家安全需求,
82、低成本規?;挟a能力提升是亟需解決的問題。中科院微小衛星創新研究院已建立低成本元器件數據庫,探索工業級器件快速篩選途徑,形成低成本批量化衛星質量管控方法體系,示范線具備年產 100 顆衛星的能力。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 27 圖27 科研人員對衛星進行單機測試 資料來源:新華網,海通證券研究所 圖28 不同等級與規格器件對比 資料來源:芯語、芯存社,海通證券研究所 量產 AIT 完成從“實驗室定制研發模式”向“工業化批量生產模式”的轉變,實現降本增效。衛星批量生產不僅能使成本大幅降低、生產大幅提升,而且也是構建大規模衛星星座必要的基礎條件。以國內少有
83、的商業航天企業盈利案例時空道宇為例,借鑒成熟的自動化裝配技術及批量化制造管理模式打造智能柔性脈動式生產線可實現每天出廠 12 顆衛星,推動供應鏈自動化及產品化進步,整體成本有望下降超 45%,提高衛星產品的市場競爭力。圖29 粵港澳衛星智能制造中心 資料來源:大灣區之聲公眾號,海通證券研究所 4.4 激光通信鏈路 對于衛星互聯網而言,為了適應大容量數據的傳輸,星間鏈路發展的趨勢是采用激光通信鏈路,以代替原來的星間微波通信鏈路,構成衛星互聯網的核心網部分。區別于微波通信,衛星星間激光通信鏈路技術是一種利用激光作為載體在空間進行信息傳輸的技術,具有高吞吐率、高傳輸帶寬、高安全性等特性,該技術通過在
84、衛星之間建立激光鏈路,實現高速數據傳輸和輕量級載荷、低能耗通信,為空間任務提供了更高效、更可靠的數據傳輸方式,也成為國內外衛星間通信的主要發展方式之一。星間鏈路構建結合“路由技術”實現全球互聯。為了提供覆蓋全球的通信服務,衛星激光網絡需要在衛星之間建立星間鏈路,并通過星間鏈路和路由協議實現全球互聯。星間鏈路主要分為軌內鏈路、軌間鏈路、層間鏈路 3 種。同一軌道的衛星通過軌內鏈路連接。當臨近高緯度時,鄰近衛星間的鄰接關系發生變化,星上裝置需要 180 轉向,追蹤鄰近衛星,維持軌間鏈路的通信。也可以在鄰近節點發生變化時,切斷原有鏈路,重建鏈路的連接。如果在軌衛星數量和星間鏈路數量都相同,就可以通過
85、軌道間鏈路和軌 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 28 道內鏈路構成一個具有規則網狀結構的衛星通信網絡。星間激光通信路由技術。衛星互聯網通信,尤其是低軌衛星互聯網,信息在多個連接之間傳輸,需要一定的策略來確定傳輸的方向,以確保信息能在端與端之間可靠傳輸,這就是路由問題。星間激光通信的路由,需要經過以下幾個流程:(1)鏈路狀態感知:首先衛星要具備感知與其他衛星的鏈路狀態的狀況,這是路由選擇的基礎。(2)單個鏈路的路由:如果某個衛星在某個時刻的條件下,對外只有一條鏈路,這樣的條件下別無選擇,采取的策略應該是“盡快傳輸”,將需要發送到其他衛星的信息通過星間激光通信鏈
86、路發送出去。(3)多條鏈路的路由:在某個衛星對其他相鄰衛星具有多條鏈路的情況下,需要通過網絡空間地址判斷信息需要傳送的地理區域,然后確定需要傳送的方向,在中間的多個連接鏈路中,遵循同樣的原則,漸進地逼近到達的用戶端。行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 29 5.風險提示 風險提示:政策不及預期,商業航天建設進度不及預期,技術迭代不及預期,市場需求不及預期等 行業研究航空航天與國防行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 30 信息披露 分析師聲明 Table_Analysts 張恒晅 軍工行業胡舜杰 軍工行業 本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格
87、,以勤勉的職業態度,獨立、客觀地出具本報告。本報告所采用的數據和信息均來自市場公開信息,本人不保證該等信息的準確性或完整性。分析邏輯基于作者的職業理解,清晰準確地反映了作者的研究觀點,結論不受任何第三方的授意或影響,特此聲明。分析師負責的股票研究范圍Table_Reports 重點研究上市公司:廣聯航空,佰奧智能,復旦微電,中航高科,亞星錨鏈,西部材料投資評級說明 1.投資評級的比較和評級標準:以報告發布后的 6 個月內的市場表現為比較標準,報告發布日后 6 個月內的公司股價(或行業指數)的漲跌幅相對同期市場基準指數的漲跌幅;2.市場基準指數的比較標準:A 股市場以海通綜指為基準;香港市場以恒
88、生指數為基準;美國市場以標普 500 或納斯達克綜合指數為基準。類 別 評 級 說 明 股票投資評級 優于大市 預期個股相對基準指數漲幅在 10%以上;中性 預期個股相對基準指數漲幅介于-10%與 10%之間;弱于大市 預期個股相對基準指數漲幅低于-10%及以下;無評級 對于個股未來 6 個月市場表現與基準指數相比無明確觀點。行業投資評級 優于大市 預期行業整體回報高于基準指數整體水平 10%以上;中性 預期行業整體回報介于基準指數整體水平-10%與 10%之間;弱于大市 預期行業整體回報低于基準指數整體水平-10%以下。法律聲明 本報告僅供海通證券股份有限公司(以下簡稱“本公司”)的客戶使用
89、。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。在任何情況下,本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下,本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷,本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期,本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。市場有風險,投資需謹慎。本報告所載的信息、材料及結論只提供特定客戶作參考,不構成投資建議,也沒有考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要??蛻魬紤]本報告中的任何意見或建議是否符合其特定狀況。在法律許可的情況下,海通證券及其所屬關聯機構可能會持有報告中提到的公司所發行的證券并進行交易,還可能為這些公司提供投資銀行服務或其他服務。本報告僅向特定客戶傳送,未經海通證券研究所書面授權,本研究報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品,或再次分發給任何其他人,或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。如欲引用或轉載本文內容,務必聯絡海通證券研究所并獲得許可,并需注明出處為海通證券研究所,且不得對本文進行有悖原意的引用和刪改。根據中國證監會核發的經營證券業務許可,海通證券股份有限公司的經營范圍包括證券投資咨詢業務。