全球民用工程核心-衛(wèi)星行業(yè)發(fā)展趨勢

全球民用工程核心-衛(wèi)星行業(yè)發(fā)展趨勢

一、自主研發(fā)進入收獲期：“民用工程+新武器裝備”塑造新基建

國防科技是全球國防現(xiàn)代化和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的重要途徑，軍工科研院所是國防科技創(chuàng)新的主力軍，也是高科技企業(yè)的誕生地，承擔(dān)著尖端技術(shù)研發(fā)、武器裝備開發(fā)、技術(shù)支持/服務(wù)、技術(shù)轉(zhuǎn)化、設(shè)施設(shè)備共享等多種職能，在整個國家科技創(chuàng)新系統(tǒng)中處于核心地位。軍工科研體系經(jīng)歷了漫長的自主化研發(fā)周期，或?qū)⒂诮赀M入裝備換代\重大民用工程的產(chǎn)業(yè)化階段，未來非軍品高端裝備產(chǎn)業(yè)帶動價值達萬億，軍工裝備進入長期高景氣換裝周期：

二、民用工程核心——衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)：萬物互聯(lián)全新基礎(chǔ)設(shè)施

1、目前全球互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在鴻溝，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)或為核心解決方案

全球互聯(lián)網(wǎng)接入水平存在巨大鴻溝：超半數(shù)人口處于3G以下階段或互聯(lián)網(wǎng)無覆蓋。數(shù)據(jù)顯示，全球76.47億人口（2018，UN）中49%的人口依然未進入互聯(lián)網(wǎng)世界，人口達37.4億人，其中發(fā)展中國家55%的人口未能接入互聯(lián)網(wǎng)。此外，聯(lián)合國此項統(tǒng)計數(shù)據(jù)中統(tǒng)計了連接速度大于或等于256kbps的人口（約0.256M帶寬），0.256M僅等于2G-3G的信息技術(shù)階段。而發(fā)達國家和少數(shù)發(fā)展中國家已全面進入4G-5G階段，信息基礎(chǔ)設(shè)施鴻溝巨大。

衛(wèi)星通信技術(shù)是目前僅有的可同時實現(xiàn)抗毀性強、覆蓋范圍廣、部署快速靈活、傳輸容量大、性能穩(wěn)定可靠、不受地形和地域限制的通信技術(shù)，衛(wèi)星通信可以實現(xiàn)有線電話網(wǎng)和地面移動通信網(wǎng)均無法實現(xiàn)的廣域無縫隙覆蓋，尤其適用于傳統(tǒng)陸地通信不宜覆蓋的地區(qū)。對于廣大低業(yè)務(wù)密度地區(qū)與通信基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重缺失地區(qū)人口（占全球總?cè)丝?9%）來說，搭建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施來使其接入全球互聯(lián)網(wǎng)是核心解決方案之一。

《2020-2026年中國低軌寬帶道通信衛(wèi)星系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展動態(tài)及發(fā)展規(guī)模預(yù)測報告》顯示：各國將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上升為國家戰(zhàn)略，推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)計劃。美國政府于2016年提出了宣布投資5000萬美元的創(chuàng)新基金用于推動小衛(wèi)星發(fā)展；俄羅斯發(fā)布向國內(nèi)偏遠地區(qū)、遠離陸地的島嶼提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的計劃。1997-2019年間，全球共發(fā)射低軌通信衛(wèi)星343顆，其中美國發(fā)射數(shù)量遙遙領(lǐng)先共計230顆，占全球數(shù)量的67.05%，俄羅斯、中國、阿根廷、加拿大、英國緊隨其后。

在高通量衛(wèi)星帶寬巨大需求的刺激下，低軌衛(wèi)星通信星座蓬勃發(fā)展。在2010-2019年間，從用途分類看，通信衛(wèi)星數(shù)量增長趨勢明確；從軌道類型來看，以低軌道作為目標(biāo)軌道的通信衛(wèi)星（LEO）數(shù)量在2016年后出現(xiàn)大幅提升。

2、先驅(qū)Starlink1.2萬顆衛(wèi)星2027年將組網(wǎng)，望推動國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

在各國的組網(wǎng)計劃中，OneWeb、O3b、Starlink、Telesat衛(wèi)星系統(tǒng)為典型代表：

OneWeb星座計劃是美國首個獲批的新一代非地球同步軌衛(wèi)星星座。計劃衛(wèi)星數(shù)量為720顆，軌道高度為1200km，工作在Ku/Ka頻段，單星容量7.5Gbps，有16個用戶波束（Ku頻段）和2個網(wǎng)關(guān)波束（Ka頻段）。OneWeb計劃在全球部署55~75個網(wǎng)關(guān)站，網(wǎng)絡(luò)將在2023年6月之前全面運營，向全球提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，星座的總?cè)萘扛哌_5.4Tb/s。

O3b星座系統(tǒng)是目前全球成功投入商業(yè)運營的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。O3b星座于2014年開始運營，衛(wèi)星計劃總數(shù)42顆，主要提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。O3b衛(wèi)星星座高度為8062km，工作于Ka頻段。目前O3b星座包括16顆在軌衛(wèi)星，可覆蓋全球南北緯45°間所有地區(qū)，用戶可以通過O3b衛(wèi)星接入地面衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)站，進而連接互聯(lián)網(wǎng)。

Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)是是有史以來衛(wèi)星數(shù)量最多的星座系統(tǒng)。Starlink部署分為三個階段，計劃發(fā)射約1.2萬顆低軌衛(wèi)星組建互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，星座總?cè)萘繉⑦_到8～10Tb/s：第一階段在550km高度部署1584顆Ku/Ka頻段衛(wèi)星；第二階段在1110km~1325km低軌部署2825顆Ku/Ka頻；第三階段將在335~345km低軌上部署7518顆V頻段衛(wèi)星。

Starlink近1.2萬顆衛(wèi)星的項目全部獲批，預(yù)計8年內(nèi)實現(xiàn)組網(wǎng)。SpaceX曾表示，今年年內(nèi)將進行24次發(fā)射，以獵鷹9一箭60星的規(guī)模計算，預(yù)計今年發(fā)射1440顆衛(wèi)星。FCC要求SpaceX在未來6年內(nèi)部署半數(shù)衛(wèi)星，即截止2024年需在軌道上部署至少6000顆衛(wèi)星，在2027年全面實施1.2萬顆的組網(wǎng)計劃。

現(xiàn)有中高軌通信衛(wèi)星僅解決全球基本覆蓋，相當(dāng)于移動通信2/3G網(wǎng)絡(luò)，僅提供基本語音/低容量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座是實現(xiàn)全球互聯(lián)的核心解決方案，可實現(xiàn)高帶寬、高性能全球覆蓋、可便攜式\嵌入式終端、低成本、邊際成本的全球互聯(lián)服務(wù)。Starlink是馬斯克SpaceX公司的寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃，也是全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的領(lǐng)先方案。該計劃將初步發(fā)射12000顆衛(wèi)星，并在太空中布局一個巨大的人造衛(wèi)星星座，為全球每一個角落的衛(wèi)星接收器提供高速互聯(lián)網(wǎng)連接。根據(jù)在深度PPT《衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)深度2：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為龍首，北斗\遙感為翅翼》的測算，得到Starlink星鏈的衛(wèi)星發(fā)射計劃及其所帶來的市場空間：

2019年10月消息，Spacex星鏈（Starlink）向ITU再次申請了30000個額外衛(wèi)星軌位，加上原有的12000個，或?qū)⒄紦?jù)近地軌道42000個軌位。除商業(yè)價值外，空間軌位戰(zhàn)略價值也將成為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司的主要爭奪點。

我國目前與美國為第一梯隊，建設(shè)進度落后一年，目前僅中美兩國開始全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)：中國2020年1月銀河航天已完成首次發(fā)射，鴻雁星座也計劃于2020年進行試驗系統(tǒng)建設(shè)，因美國試驗衛(wèi)星主要于2019年發(fā)射，因此我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進度目前或落后美國約一年時間。

中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)分為兩大陣營，一是國有央企集團，即航天科技集團、航天科工集團下屬的公司；二是民營商業(yè)航天公司，近年來迅速涌現(xiàn)和發(fā)展。預(yù)計，我國或誕生1-2家世界級衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，對標(biāo)美國SpaceX(Starlink)建設(shè)計劃，或需8年入軌1.1萬顆；

根據(jù)我國現(xiàn)有低軌衛(wèi)星星座計劃與美國StarLink計劃的對標(biāo)情況，在2020-2022年間，以國營企業(yè)為主導(dǎo)建設(shè)力量的低軌衛(wèi)星星座將陸續(xù)面世，估計我國2022年共計在軌低軌衛(wèi)星規(guī)模800余顆。長期考慮，隨著產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)技術(shù)的成熟及制造成本的下降，民營企業(yè)主導(dǎo)的低軌星座規(guī)模也將陸續(xù)上量，2027年我國低軌衛(wèi)星總規(guī)模有望達到3950顆。

我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈由衛(wèi)星制造、火箭發(fā)射、地面設(shè)備、衛(wèi)星運營四大環(huán)節(jié)構(gòu)成。目前我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正在初步興起階段，投資主要集中于空間段及地面段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，上游衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射及地面設(shè)備中的地面站建設(shè)是優(yōu)先受益環(huán)節(jié)。后續(xù)隨著組網(wǎng)的成熟及各基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)節(jié)相繼落地，下游應(yīng)用服務(wù)逐漸爆發(fā)，民營企業(yè)大批入駐產(chǎn)業(yè)鏈，中游地面設(shè)備與運營環(huán)節(jié)將明顯受益。

估計在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)前期的投資階段，衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星制造及衛(wèi)星地面站設(shè)備中關(guān)口站的投資總規(guī)模至2027年累計可達1690億元，各環(huán)節(jié)投資規(guī)模占比分別為46%、49%及5%。

根據(jù)在深度PPT《衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)深度2：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為龍首，北斗\遙感為翅翼》的測算，我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)年產(chǎn)值將有望于2028年達到0.4萬億元人民幣，其中衛(wèi)星制造年產(chǎn)值403.62億元，火箭發(fā)射年產(chǎn)值180.7億元，地面設(shè)備1716.1億元，衛(wèi)星應(yīng)用1733.9億元。

3GPP等國際組織正在制定衛(wèi)星通信與5G的接入標(biāo)準(zhǔn)，將衛(wèi)星通信作為5G網(wǎng)絡(luò)拓展的重要手段和有機組成部分，拓展衛(wèi)星通信的服務(wù)范圍。未來的6G通信網(wǎng)絡(luò)將有望在5G基礎(chǔ)上進一步融合衛(wèi)星通信，為人們提供真正無處不在的、全球性的移動寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

3、、2020衛(wèi)星行業(yè)市場發(fā)展趨勢分析，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)搶占空天軌道資源戰(zhàn)略高地

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈主要由衛(wèi)星制造、運載火箭制造、衛(wèi)星通信應(yīng)用三方面構(gòu)成，其中衛(wèi)星由衛(wèi)星平臺、衛(wèi)星載荷組成，衛(wèi)星平臺制造方為總裝單位，載荷方為配套單位。運載火箭制造目前關(guān)聯(lián)度較高的上市公司較少，主要集中關(guān)注電子設(shè)備領(lǐng)域；而對于衛(wèi)星通信應(yīng)用的機會主要再在通信運營、地面設(shè)備兩方面。具體：

目前國內(nèi)負(fù)責(zé)衛(wèi)星整體設(shè)計及總裝的供應(yīng)商以國營單位為主力，也有部分民營企業(yè)具備研制實力。國有單位：中國衛(wèi)星、中國航天科技集團中國空間技術(shù)研究院（航天五院）下屬的深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司、航天科工集團空間工程公司、航天科工四院旗下航天行云科技、航天八院、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、上海滬工、長光衛(wèi)星等；民營企業(yè)：天儀研究院、銀河航天、九天微星等。

目前以美國Starlink、OneWeb的低軌衛(wèi)星造價作為參考，Starlink單星制造成本160萬美金，OneWeb在其規(guī)模生產(chǎn)制造的優(yōu)勢下可將成本區(qū)間控制在50-80萬美金?？紤]到我國核心高端元器件批量生產(chǎn)能力有限，“準(zhǔn)流水線”模式的制造水平尚需時日，估計國內(nèi)低軌衛(wèi)星制造成本約人民幣3500萬元（約500萬美金）。

考慮到我國后期制造模式及核心技術(shù)能力的改進升級，給出關(guān)鍵假設(shè)：第一階段衛(wèi)星制造單星單年下降10%，第二階段制造價格單星單年下降15%。以此計算，至2027年投資規(guī)模可達829億元。

衛(wèi)星平臺和載荷兩大系統(tǒng)的核心差異在于：平臺保障基礎(chǔ)工作，載荷體現(xiàn)差異化功能。

（一）衛(wèi)星平臺系統(tǒng)

衛(wèi)星平臺系統(tǒng)是為保證有效載荷正常工作而為其服務(wù)的保障系統(tǒng)，預(yù)計平臺系統(tǒng)占整星制造成本的60%左右，預(yù)計總投資規(guī)模近500億，2022-2024將是投資高峰期。

衛(wèi)星平臺系統(tǒng)一般包括結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、姿態(tài)及軌道控制分系統(tǒng)、推進分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)等

（1）衛(wèi)星電源分系統(tǒng)：其性能直接決定衛(wèi)星平臺的功率能力及衛(wèi)星壽命。預(yù)計約占衛(wèi)星制造總成本的15%左右，總投資將超過百億。

衛(wèi)星電源系統(tǒng)在衛(wèi)星全壽命期內(nèi)為整星提供穩(wěn)定的能量來源，由電源、電源控制設(shè)備、電源變換器及電纜網(wǎng)四部分組成。

全球95%的衛(wèi)星都以太陽電池陣-蓄電池組聯(lián)合電源作為電源系統(tǒng)的電能來源。電源根據(jù)能源產(chǎn)生形式的差異，分為化學(xué)原電池/蓄電池、氫氧燃料電池、太陽電池陣-蓄電池組電源及核電源四種。目前，三結(jié)砷化鎵太陽電池以其高轉(zhuǎn)換效率、高單位面積功率、高耐輻照等性能優(yōu)勢成為我國衛(wèi)星中太陽電池的主流產(chǎn)品；高比能量鋰離子蓄電池以其能量高、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點成為儲能裝置的重要趨勢。

電源控制器（PCU）是衛(wèi)星電源分系統(tǒng)的控制核心，其設(shè)計水平高低直接決定了電源分系統(tǒng)的工作效率。電源控制器（PCU）的主要功能是協(xié)調(diào)太陽電池陣和鋰電池組的能量傳輸及載荷的功率平衡。在衛(wèi)星日常作業(yè)過程中，除天然輻照、熱應(yīng)力、原子氧影響外，電源工作條件變化、負(fù)載變化及性能衰減等會導(dǎo)致輸出功率或電壓發(fā)生變化，相應(yīng)的穩(wěn)壓及功率調(diào)節(jié)措施是保障載荷系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要前提。

中電科18所在PCU、太陽電池、蓄電池研發(fā)生產(chǎn)上性能指標(biāo)領(lǐng)先。電源系統(tǒng)的主要承制單位還包括航天八院811所、中國衛(wèi)星子公司天津恒電空間電源。

（2）姿態(tài)及軌道控制分系統(tǒng)：決定衛(wèi)星飛行角度及空間位置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)是否采用專門的控制力矩裝置和姿態(tài)測量裝置，可把衛(wèi)星的姿態(tài)控制分為被動姿態(tài)控制和主動姿態(tài)控制兩類。利用航天器本身的動力特性和環(huán)境力矩來實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定的方法為被動姿態(tài)控制；根據(jù)姿態(tài)誤差（測量值與標(biāo)稱值之差）形成控制指令，產(chǎn)生控制力矩來實現(xiàn)姿態(tài)控制的方法為主動姿態(tài)控制系統(tǒng)。

預(yù)計姿態(tài)及軌道系統(tǒng)約占整星研制成本的20%，總投資規(guī)模將超150億。

（二）有效載荷系統(tǒng)

有效載荷系統(tǒng)是衛(wèi)星的功能實現(xiàn)單元，也是衛(wèi)星真正的價值所在，不同的衛(wèi)星種類搭載相應(yīng)功能的載荷。預(yù)計載荷系統(tǒng)占據(jù)衛(wèi)星制造總成本的40%-45%，總投資規(guī)模將超300億元。

低軌通信衛(wèi)星的有效載荷系統(tǒng)分為有效載荷通信轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)及天線分系統(tǒng)。

（1）衛(wèi)星天線：衛(wèi)星天線系統(tǒng)是衛(wèi)星信號的輸入和輸出器。預(yù)計天線分系統(tǒng)占載荷系統(tǒng)制造成本的40%，總投資將超130億元。

星載天線經(jīng)歷了從簡單天線（標(biāo)準(zhǔn)圓或橢圓波束）、賦形天線（多饋源波束賦形和反射器賦形）到多波束天線MBA（大型可展開天線和相控陣天線）的發(fā)展歷程。衛(wèi)星距離地面較遠，為滿足多波段、大容量、高功率需求，天線有較高的增益要求。

（2）有效載荷通信通信轉(zhuǎn)發(fā)器：有效載荷通信通信轉(zhuǎn)發(fā)器的基本類型有透明轉(zhuǎn)發(fā)和處理轉(zhuǎn)發(fā)兩種類型。透明彎管轉(zhuǎn)發(fā)器由分路器及低噪聲放大器構(gòu)成，不含星上處理器，沒有信號處理功能，主要用于窄帶移動衛(wèi)星。處理型轉(zhuǎn)發(fā)器主要組件包含微波接收機、功率放大器及輸入/輸出多工器，且含有星上處理器，在高通量衛(wèi)星中被廣泛采用。

預(yù)計轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)占載荷系統(tǒng)制造成本的60%，預(yù)計總投資近200億元。

3）其他上游關(guān)鍵器件環(huán)節(jié)。

其他上游環(huán)節(jié)主要