(報告出品方/作者:東北證券,吳源恒)
1.1. 快捷、靈活、高效是小衛星最大的優勢
根據衛星的質量,通常將小于 1000 千克的衛星廣義的稱為小衛星。現代小衛星的 本質在于它是一種具有高功能密度的小衛星,功能與同類大衛星相當,其尺寸與重 量相對于傳統衛星要低幾個數量級。其中,將 500-1000 千克的衛星稱為小衛星, 100-500千克的衛星稱為微小衛星,10-100 千克的稱為微型衛星,1-10 千克的稱為納衛星,0.1-1 千克的稱為皮衛星。與大衛星相比,小衛星講究快捷、靈活、高效,且體積小、重量輕、研制加工周期 短、衛星功能集成度高、建造成本低。大衛星通常是專門定制化的,一顆噸量級的 衛星從設計、研制到生產、測試等,往往需要 5-10 億元甚至更多的資金投入。而一 顆小衛星實現從設計、制造、發射、在軌運行的全過程,一般不到十二個月,成本 多在 3000 萬元以內。小衛星不只是簡單的質量小,而是高度集成化技術、自動化技 術的應用,特別是隨著計算機技術的發展,軟件定義衛星的概念也開始逐漸形成。
低成本和快速交付是小衛星的基本優勢,因此是大批量商業航天發射的首選。小衛 星具有功能密度高、靈活性強、研制周期短、開發成本低等優勢。通過購買商用現 貨所支撐的批量化生產不但可大大降低成本,而且在多次的發射優化之后,有的小 衛星專用結構件性能甚至超過常規大衛星所使用的抗輻射加固部件。特別是微小立 方體衛星使用的商用現貨產品電子部件,更支持標準化設計和批量制造,成為研制 較低成本衛星的重要途徑。近幾十年來隨著商業需求的不斷擴增,人們對小型衛星 的需求不斷增加。隨著小衛星的研制、發射的進一步市場化、商業化已成為國際發 展趨勢,商用航天的事業也隨之蓬勃發展。
1.2. 從計劃航天到商業航天,交融發展是關鍵
小衛星產業鏈的上游主要為電器元件及材料、燃料廠商,產業鏈的中游主要分為衛 星制造、衛星發射、地面設備制造和衛星運營及服務四個環節,產業鏈的下游主要 是企業、政府、高校、個人等終端用戶。其中,衛星制造主要包括衛星平臺和有效 載荷兩個部分;衛星發射主要包括運載火箭研制、發射服務提供和衛星在軌交付;地面設備制造主要包括網絡設備和大眾消費設備;衛星運營則主要由地面運營商、 衛星通信運營商、北斗導航運營商和遙感數據運營商組成。技術壁壘高,投資成本大的衛星制造環節是產業鏈的核心。商業航天產業鏈上游主 要為基礎設施,其中包括衛星配套、衛星總體、火箭配套、火箭總體、發射保險、 衛星測控、衛星運行等業務廠商,技術壁壘高,投資成本大。中游主要為產品集成, 其中包括數據產品、通信軟件平臺、導航軟件平臺、遙感軟件平臺、通信終端、導 航終端等業務廠商,多數以軟件開發為核心技術。下游主要為針對不同用戶的應用 服務,包括衛星導航、衛星通信、衛星遙感、太空探索及文創四個板塊,入局門檻 低、商業化變現容易,相關企業眾多。
目前來看,商業衛星產業鏈上的核心玩家仍為傳統計劃航天背景下的國內科研院所。從商業衛星服務商的角度看,當前國內商業航天關鍵核心部件依然依托體制內的研 究院所,暫且沒有實現全商業化的研制模式及供應鏈條,但體制內星上產品的整體 成本定價高,包括了人員成本、管理成本,并不符合商業航天低成本的采購需求。我國傳統的計劃航天模式以任務保障為核心,偏向于目標性強的行政管理方式。在 業務運營上以政府、軍方計劃需求為導向,國家體系內各院所同步進行資源配置, 通過行政命令穩步向前推進。在支持體系上具有專門的人才系統、專項資金保障, 在核算上采用成本加成法定價。商業航天模式以客戶和服務為核心,采用市場化競爭管理方式。在業務運營上根據 供需關系,通過市場競爭獲取訂單,企業內部進行管理創新,整合社會資源共同合 作,不斷磨合逐步發展。在支持體系上缺乏保障,竭盡全力吸引社會人才和資金, 在核算上按照市場定價。不過商業航天模式在供應鏈上選擇范圍更廣,因此更容易 采用模塊化、系列化、組合化方案和回收技術真正來降低成本。
按照目前市場來看,市場化帶動的民營商業航天公司起步晚,基礎較弱,技術及管 理體系不成熟,資源整合難,經營壓力大,因此在技術積累以及人才培養上與計劃 航天中的老院所仍有較大差距。但是長期來看,計劃航天所漫長的決策流程以及相 對高昂的研發費用必然會阻礙商業航天從質轉量的過程,因此未來國內的商業航天 領域一定是民企與國企融合發展的節奏。因為商業航天,自始自終,都是自頂向下 設計,以及自底向上生長,兩者逐漸接近、交融并放大后的產物。
1.2.1. Starlink,COTS 計劃輸血下的產物
美國商業航天的崛起繞不過 COTS 計劃,這也是美國從計劃航天向商業行業轉型的 重要 拐點之一。COTS 計劃(商業軌道運輸服務計劃 ,Commercial Orbital Transportation Services)在節省了政府財政預算的同時,也催化除了像 SpaceX 這樣 的優秀企業。美國前總統小布什于 2004 年制定了《美國太空探索政策》,該政策呼 吁在 2020 年重返月球,航天飛機也于 2010 年底退役。但是事實上,NASA 在航天 飛機退役后,自己手上已經沒有將航天器運送至太空的能力了,市場上的德爾塔 4 和宇宙神 5 都是空軍的,美國政府在 NASA 上投入的研制經費與之前比也少了很 多。2005 年 NASA 為了完成探索計劃,在美國私營企業尋找能夠滿足國際空間站貨 運以及最終的載人需求。同時 NASA 還計劃將在五年內撥款 5 億美元,以刺激商業 能力的發展,這既是 COTS 計劃的雛形。
COTS 項目相當于一條紐帶,將 NASA 內部沉淀幾十年的技術成果和管理經驗,通 過這條紐帶輸送給參與項目的商業航天企業。在相關 COTS 計劃合同里,NASA 降 低了相關技術指標難度,只用不到 3 頁紙規定了幾種載荷能力需求,而不再提出詳 細的技術指標要求;不再將承包商設計的系統收歸政府,而是允許商業公司保留知 識產權。NASA 還會派遣各個中心的專家組成咨詢團隊,在出現特定問題時“隨時 待命”,提供最佳技術建議。不過作為代價的是,NASA 要求商業公司分擔 COTS 系 統開發和演示的費用,以降低 NASA 成本。
如果說 NASA 最早采用的純計劃的計劃模式,COTS 計劃則是一種全新的投資模 式,它是計劃航天和商業航天之間的混合架構。在這個政策下 NASA 成為了投資者 而不是管理者,它給政策、給錢、也給技術,被支持的公司實現了從“傳統分包商” 到“新型商業合作伙伴的轉變”。考慮到空間任務復雜性,NASA 采用了標記里程碑 節點的分段策略,商業公司先通過 COTS 證明具備能力,商業補給服務(CRS)用 于購買發射服務,這個靈感來源于硅谷風險基金投資企業的方式。里程碑制度讓 NASA 從一個行政性科研機構逐漸轉型成一個監督任務、分期付款的 “包工頭”。在里程碑模式下,既能保證重大任務圍繞國家意志展開,又讓 NASA 的 管理者們不用再陷入具體的研發過程中,同時還對承包商擁有更強的約束力。。大多 數里程碑節點都是技術性的,但也有一些財務的,如 RpK 提出了 5 億美元融資活動 就是一個財務里程碑。但 RpK 無法實現財務里程碑時,NASA 終止了對 RpK 的節 點付款和后續支持。
Space X 連續取得了 NASA80 億美元的資金支持和數不勝數的技術支持,為公司的 發展提供了堅實的基礎。COTS 計劃在 2013 年已經結束,此后 NASA 也接連推出 了其他的計劃,以進一步推動美國商業航天的發展。2008 年 NASA 推出空間站“商 業補給服務”(CRS),向商業公司競爭采購用于“國際空間站”后勤支持的軌道運 輸服務,2008 年提供 35 億美元,其中就有 SpaceX 在絕境中的 16 億美元。2010 年,NASA 推出“商業乘員計劃”(CCP),以利用私營航天企業的力量為進出國際空 間站提供安全、可靠和低成本的載人運輸能力。
我們認為 COTS 及其后續計劃提出了明確的市場需求,并以真金白銀投入和技術注 入,是計劃航天和純商業航天之間的極佳過渡,是美國商業航天爆發的基礎。COTS 市場力量控制著開發和運營成本,固定價格的里程碑付款最大程度地提高了控制成 本的動機,并最大程度地減少了計劃延遲,商業友好的知識產權/數據權和有限的終 止責任鼓勵了私人資本的投資,NASA 購買運營服務的承諾大大提高了公司籌集資 金的能力,直接促成成功將 SpaceX Dragon 首次停泊到 ISS。值得一提的是美國國 家隊研制的商業火箭項目最終執行效果都不好,可能與經費充足的國家立項項目比 較,商業火箭在國家隊不免邊緣化。比如說 SPACEX 所使用的新型材料 PICA-X 成 本只有傳統防熱罩材料 PICA 的 1/10,NASA 的工程師也早就知道改進路徑,但卻 沒有機制去實現。這是因為雖然工程師知道要用什么材料更省錢,但是航天設備設 計中該用什么材料早就在預算和采購部門那里定死了,如果改變需要經過冗長繁復 的審批流程,工程師們有心但卻無力。
能否成為國內的“COTS”計劃?中國星網通信衛星采購招標啟動。2021 年,注冊 資本 100 億元的中國衛星網絡集團在雄安成立,其成立之初的目標在于發射 1.3 萬 顆低軌通信衛星,建設中國自己的巨型太空互聯網星座。。2022 年,星網集團動作 頻繁,既啟動衛星通信地面網絡建設,又籌備商業火箭發射基地,2022 年 10 月 18 日,中國星網網絡系統研究院有限公司(星網子公司)發布通信衛星 01/02 中標公 告。中標人包括中國空間技術研究院(航天五院)、上海微小衛星工程中心/中電科 五十四所及銀河航天,中國低軌衛星產業進入實質性加速階段。除此之外,中國衛 星網絡集團有限公司的詳細業務和開展計劃,并未公開公布。但可以肯定的是,中國也開始認識到向市場輸送經驗和技術以及民企與國企融合發 展的重要性。星網的成立將整合并加速我國現有的央企與民企資源,打造具有全球 競爭力的“中國星網”。
1.3. 政策持續推動,商業小衛星產業前景光明
在相關政策和民間資本的推動下,純商業化的航天公司開始擁有了更多的成長機會。2014 年國務院出臺《關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》,首 次提出鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎設施建設;鼓勵民間資本研制、發射和 運營商業遙感衛星,提供市場化、專業化服務;引導民間資本參與衛星導航地面應 用系統建設。2015 年出臺的《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015~2025 年)》提出探索國家民用空間基礎設施市場化、商業化發展新機制,支持和引導社會 資本參與國家民用空間基礎設施建設和應用開發。2019 年的《關于促進商業運載火 箭規范有序發展的通知》首次對商業運載火箭進行細則指導,將探空火箭、亞軌道 發射納入了統一的運載火箭管理體系之中,彌補了我國相關管理體系的缺漏,促進 了民營的商業運載火箭公司的蓬勃發展。2022 年,國務院發布《2021 中國的航天》 白皮書,首次提出在外空領域推動共建人類命運共同體,從外空全球治理、載人航 天、深空探測、空間技術等多個方面規劃了航天國際合作重點,為航天事業下一步 發展指明方向。
同時,各省市也紛紛響應國家號召,出臺相應政策,推動本級內商用航天事業的發 展。北京、上海依托自身的人才與技術積累,發展自身優勢產業,努力爭取形成產 業聚集地。武漢、合肥、西安等省份發揮制造業優勢,做強衛星上下游配套產業。海南依托全國唯一的商業航天發射場,發展火箭研發和商業衛星研制、衛星應用等 高新技術產業。
對比美國,我國小衛星的相關市場規模可達萬億。在國內政策的推動下,我國已有 數十個小衛星星座的發射規劃,整體數量超過千顆。不過值得注意的是,馬斯克 SpaceX 公司的星鏈計劃目前已獲得 12000 顆星鏈衛星的發射許可,最后組網完成后 將達到 42000 顆衛星,如果中國也按照這個數量發射衛星,中國衛星相關的整個市 場規模可能會到萬億以上,未來發展空間十分廣闊。我們認為,在未來的 5-10 年內中國最終會有引領行業發展的商業航天公司,但不一 定和 SpaceX 相同。航天行業對資源和技術要求極高,資金、設備、人才均大量集中在體制內,即使是其中最容易獲得的人才資源,從脫離體制的那一天,在缺乏體 制內配套服務的支持下,能力也很難完全施展。這也直接決定了商業航天初始定位 不可能太高,只能逐漸當于計劃航天有更大的目標后,商業衛星企業開始尋找低級 目標和低端技術轉移的市場去經營。商業航天發展初期是計劃航天的繼承和拓展, 是繼承而不是顛覆,是拓展而不是發展,更不是競爭。就像 Falcon 9 的起步其實是 政府規劃的,補齊后航天飛機時代短板,而我國也會隨著星網計劃的招標誕生一些 新的小衛星玩家。同時我們相信,在效率優勢、邊界優勢和整合優勢的大前提下, 中國也會誕生在價格和風險的權衡中贏得最終勝利的公司,但由于在發射目標以及 產業結構的差異下,小衛星市場的最終產物可能會與 SpaceX 有所不同,不一定是 和Starlink相同的私營企業,可能會是一些民企與國企融合發展出的商業航天公司。
2.1. 衛星互聯網:戰略訴求仍是行業發展第一推動力
衛星通信系統由衛星端、地面端、用戶端三部分組成。衛星端在空中起中繼站的作 用,即把地面站發上來的電磁波放大后再返送回另一地面站,衛星星體又包括兩大 子系統:星載設備和衛星母體。地面站則是衛星系統與地面公眾網的接口,地面用 戶也可以通過地面站出入衛星系統形成鏈路,地面站還包括地面衛星控制中心,及 其跟蹤、遙測和指令站。用戶端即是各種用戶終端。要由各類終端用戶設備組成, 包括 VSAT 小站、手持終端,以及搭載在車、船、飛機上的移動終端,以及基于衛 星通信的各種應用軟件和服務。
衛星在空間中通常繞地球做無動力飛行,衛星運動所在的平面稱為軌道面,運動的 軌跡稱為軌道。根據衛星軌道形狀、傾角、周期、高度等不同特征,衛星軌道可以 有不同的分類。對于衛星通信系統來說,通常是根據衛星軌道高度進行分類,常見 的通信衛星軌道具體可分為靜止軌道(GEO,Geostationary Earth Oribt)、中軌(MEO, Medium Earth Orbit)和低軌(LEO,Low Earth Orbit)三種。
高軌衛星通信系統的優勢在于頻率協調簡單,運行壽命更長,前期建設成本較低。高軌衛星單星覆蓋面積較廣且單星容量更大,但存在兩極覆蓋盲區,在實現全球覆 蓋方面存在現實障礙,同時在特定地形與特定場景通信方面存在一定的難度;高軌 衛星所需要的地面終端較為簡單,技術能力已經發展成熟,能夠實現高集成化,但 空間鏈路損耗較高,通信成本較高。與傳統的高軌衛星通信系統相比,低軌衛星星座更適合構建大規模衛星組網,是衛 星互聯網的必然選擇。低軌衛星通信系統最顯著的特性在于其衛星工作軌道高度和 系統復雜程度的不同,從而帶來單星技術、規模、成本上的差異,最終影響系統建 設與運營成本以及系統可靠性。低軌衛星通信系統的優勢在于傳輸時延短、穩定性 好、鏈路損耗小、應用場景豐富,多星組網可實現全球覆蓋。相較于高軌衛星的衛 星數量較少的特點,盡管單顆衛星的覆蓋面積較廣,但也存在單顆衛星發生損壞即 影響整個衛星通信系統的正常運作的可能;而低軌通信衛星數量眾多,呈現網狀化 結構,即使個別衛星出現問題,整個網絡也仍然可以繼續提供可靠的、連續的通信 服務,是衛星互聯網發展的必然趨勢。
作為地面移動通信的有效補充。GEO/LEO 衛星在不同細分市場上各具優勢。從目 前的商業模式上來看,衛星互聯網很多領域的覆蓋范圍和成本優勢十分明顯,可以 應用于偏遠地區通信、海洋作業及科考寬帶、航空寬帶和災難應急通道等行。在消 費寬帶、基站回程、企業專網等對時延較為敏感的細分市場 LEO 衛星具有優勢,而 在海事互聯(客輪、貨輪)、航空互聯和軍政等細分市場 GEO 衛星具有先發優勢。
根據歐洲咨詢的預測,消費寬帶、海事與航空互聯作為增速最快的市場,未來五年 市場規模復合增長率超過 20%,也被普遍認為是低軌星座的主要目標市場。由于中 高軌衛星在海事與航空互聯市場中占據先發優勢并能提供適配的服務,低軌星座在 此細分市場并不占據優勢和獨特性。所以消費寬帶是低軌星座最匹配的市場。
雖然同為高速增長的細分市場,消費寬帶與海事/航空互聯市場的性質截然不同。消 費寬帶市場是容量需求增長推動市場規模擴大,而海事/航空互聯市場的容量需求并 不高,更多的是容量附加價值提升推動的市場擴大。因此,運營商開拓消費寬帶市 場重要的是擴大用戶群體,提高市場占有率;而開拓海事/航空互聯市場重要的是提 供增值服務以提高容量的附加價值。
2.1.1. 短期戰略需求:軌道資源和國防安全
考慮到低軌衛星在戰略中的重要性,無論是從頻段資源、軌道資源還是國家安全建 設布局的角度考慮,低軌衛星互聯網的建設將是我國空天計劃發展的必然選擇。目 前世界主要航天國家在低軌衛星通信網絡領域的開發與部署呈現出激烈競爭態勢。這不光是因為各國均對未來衛星通信的商業價值和市場潛力的重視,而且還展現了 低軌衛星通信網絡背后的空間資源和戰略價值。戰略需求①:日益稀缺的頻段資源。若全球低軌衛星通信網絡項目均能得以實施, 未來五年會有 5 萬余顆低軌衛星入軌,地球 1500km 以下的近地軌道將進入一個前 所未有的擁擠狀態,優質軌道資源難成體系。但比軌道更緊張的則是頻譜資源,能夠單獨使用、實現全球覆蓋的 L、S、C 頻段資源幾乎殆盡,目前集中 使用的 Ku、Ka 頻段同樣是 GEO 寬帶衛星的主用頻段,同時星座之間還要留出一定 頻率間隔防止相互干擾,協調難度大。而 C、Ka 頻段要面對 5G 網絡的激烈爭奪, Q/V 頻段也已被巨頭企業提前布局。很多低軌衛星通信網絡項目擔負著為其本國“占 頻保軌”的職責,基于國際電信聯盟(International Telecommunication Union,ITU)“在有效時限內先占先得”的新分配原則,運營商須在 2 年內發射 10%的衛星,5 年內發射 50%,7 年內全部部署完成,若未按時達到要求,則被視為放棄相應的資 源所有權。參與各方勢必加速衛星發射進程,鎖定軌道和頻譜資源,競爭將愈加激 烈。
戰略需求②:獲得不可替代的近地軌道資源。低軌衛星通信網絡作為一項開發有限 資源的戰略性產業,具有獨特的“排他性”。不僅是進入該領域的技術門檻和壁壘高, 后來者相對先布局者來說也將付出巨大的額外成本,甚至不再具備入場條件。根據 NASA 研究推算,按照現有速度,70 年后 LEO 碎片密度將達到一個臨界值,甚至 會發生“凱斯勒現象”,進而使得近地空間徹底不可用。所以據業界預測,最終全球 低軌衛星星座不會超過 5 個,尤其是在巨型低軌星座領域,未來必將成為寡頭壟斷 的市場,因為地球的低軌空間不一定能容下第二個巨型星座。而在目前全球大規模 發射計劃的推動下,早日搶占軌道資源變成了各個國家的當務之急。
戰略需求③:著眼未來的國家安全建設布局。從美國積極參與和布局低軌衛星通信 網絡可以看出,其背后有明顯的軍事意圖和考量。2019 年底,美國空軍 1 架 C-12 偵察機使用“星鏈”數據下行速度達到 610 兆/秒,是美軍現行通信標準 5 兆/秒速 度的 102 倍。可見,一旦高彈性抗毀的巨型低軌衛星通信網絡部署完成,將極大拓 展戰場實時信息交互和指揮控制能力,或徹底改變信息化戰爭模式。除潛藏的巨大 軍事價值外,先行者還將掌握對全球信息的上游規則制定權。根據美國太空發展局 (Space Development Agency,SDA)構想的下一代太空體系架構,巨型低軌通信衛 星星座將作為整個太空信息獲取的底層傳輸層,成為服務于太空信息的基礎網絡, 將深刻影響未來國家信息安全格局。可以說,“星網”時代的來臨將給國家信息主權 及監管帶來嚴峻挑戰,建立自主可控的低軌衛星通信網絡十分必要。國內的主要低軌衛星通信系統在三大戰略需求的推動下正處于發展起步階段。目前 由各類企業、高校提出的星座建設計劃超過 10 個,“鴻雁”星座首發星與 2018 年發 射成功,電科集團“天象”試驗 1 星、2 星在 2019 年完成發射。在民營企業主導的 組網計劃中,“天啟”星座 19 星成功發射,第二階段組網拉開序幕;銀河航天低軌 寬帶通信衛星星座首發星于 2020 年成功發射,首次批量研制的低軌寬帶通信衛星 計劃在 2022 年發射升空。
2.1.2. 衛星通信產業現狀:老牌運營商的掙扎和 Starlink 的崛起
近幾年受新冠疫情導致全球消費降級和運行衛星折舊成本提升所帶來的影響,全球 通信衛星運營商行業總收入與凈利潤率有所下降。目前全球共有 40 余家主要的固 定通信衛星運營商,按業務收入規模進行排名的前三位分別是 SES(歐洲衛星公司)、 Intelsat(國際通信衛星公司)、Eutelsat(歐洲通信衛星公司),而中國衛通是亞洲第 二大,全球第六大固定通信衛星運營商。其中 SES 是一家全球領先的衛星運營商, 擁有一支由 60 多顆地球靜止衛星組成的航隊,同時參股了將衛星覆蓋范圍和光纖 速度相結合的下一代衛星網絡 O3b Networks; Intelsat 為大多數的美國廣播和有線電 視提供衛星網絡,也為飛機、船舶和其他遠程旅行者提供通信服務,不過這項業務 在新冠疫情期間遭受到了重創,公司已于 2020 年 5 月 13 日申請破產保護;Eutelsat 是一個由 47 個歐洲國家電信組織組成的國際性組織,于 2022 年宣布與 OneWeb 公 司合并,繼續為各大電信公司提供移動通信、互聯網連接等服務。
降低資本開支,積極開拓市場,老牌運營商掙扎中轉型。為應對新冠肺炎疫情和行 業下行壓力帶來的雙重沖擊,各老牌衛星通信運營商均積極采取應對措施保證企業 運行、努力維持業績目標。SES 公司執行“簡化與增強”計劃,合并和重組某些職能, 降低運營成本,預計通過簡化運營,從 2021 年起每年 EBITDA 增加 0.4-0.5 億歐元。雖然新冠肺炎疫情對近年快速增長的航空互聯和海事互聯細分市場的不利影響較 大,但各公司紛紛抓住疫情期間全球政府服務細分市場需求增長的契機,提供服務。例如,SES 公司為孟加拉國、塞拉利昂、墨西哥和意大利的全球醫院提供連接服務。4 家公司的政府服務業務收入均實現正增長,,同時與 INTELSAT 集團就潛在合并 進行談判,轉型舉措已初獲成效;INTELSAT 公司經歷破產后,在 2021 年踏上了 重組之路,并完成對 Gogo 商業航空業務的收購,2022 年與多家航空公司達成合作 關系,為商業航空機提供寬帶連接服務。TELESAT 公司 2020 年 11 月宣布將和勞 拉通信公司合并成立電信衛星集團公司,并將籌建低軌星座——光速星座 (Lightspeed),首次發射計劃定于 2023 年初。EUTELSAT 公司仍在布局歐洲、非洲市場,同時公司在 2020 年提出了“固定寬帶戰略”,通過整租、提供連接服務、 擴展下游分銷渠道等多個方式積極開拓市場,公司 2020—2021 上半財年固定寬帶 業務已實現 2.3% 的增長。
相比起老牌衛星運營商的掙扎,SpaceX 近年來發展迅速。根據 SpaceX 提交給美國 聯邦通信委員會(Federal Communications Commission,FCC)的信息,Starlink 衛星 通信星座分兩個階段建設:第一階段計劃部署 1.2 萬顆低軌衛星,第二階段計劃部 署 3 萬顆低軌衛星。截止到 2022 年 3 月,Starlink 衛星通信星座已經完成 2200 顆 衛星的發射任務,軌道高度為 550 km,分布在 72 個軌道面上。這些衛星通信采用 Ku 和 Ka 頻段,傾角 53°,單顆衛星重約 260 kg,天線覆蓋范圍為 64 萬平方公里, 服務緯度為 44°~52°,在軌壽命為 1~5 年,預計 2022 年星座將配備星間鏈路,可 有效覆蓋極地地區。星鏈互聯網服務已覆蓋美國、加拿大、英國、德國、新西蘭、 澳大利亞等 32 個國家。根據摩根士丹的報告《SpaceX,Starlink and Tesla:Moving into Orbit》,到 2030 年全球衛星互聯網市場規模 454.26 億美元,其中 Starlink 的市 場占有率將達到 33.3%,營收將達到 151.42 億美元。
與傳統的通信衛星運營商相比,Starlink 在產業鏈、運營資費、傳輸能力上都具有 自己的優勢。SpaceX 采用全產業鏈模式,從衛星制造、火箭發射、業務運營到終端 設備各個環節都參與其中。火箭制造的低成本和可回收技術是 SpaceX 火箭的兩大 優勢,不同于傳統航天火箭,它的控制器采用成本更低的 X86 雙核處理器,通過同 步計算對比的方式實現高可靠性,其成本僅為傳統控制器的約萬分之一。根據計算, 獵鷹-9 在回收后第二次發射報價將為首次報價的 73%,依次計算到第八次發射報價 為首次報價的 50%。衛星制造方面,SpaceX 已形成了流水線式的生產方式,并已接 收到了數億美元的外部訂單,與波音、洛馬、泰雷茲等傳統大型衛星制造商相比, SpaceX 衛星生產采用一次性論證和設計,流水線并行生產的方式,縮短了生產周期, 可實現日產 1-3 顆衛星的產能。
與傳統的地面通信運營商相比,Starlink 在價格差距不大的同時還在覆蓋范圍上擁 有壓倒性的優勢。目前 Starlink 提供 Beta 測試用戶接入互聯網的定價為 99 美元/月, 同時,用戶需要支付 499 美元購買 Starlink 終端設備。這一價格不僅相比于其他衛 星運營商來說具有較大優勢,與歐美的地面運營商相比也差距不大。對于地面運營 商,根據 Ookla 提供數據,美國固定寬帶和移動網絡的平均延遲為 25 毫秒和 48 毫 秒,Starlink 的網絡延遲與地面網絡相比無明顯差距,SpaceX 也因此成為目前唯一 一家獲得 FCC 農村寬帶資助的衛星供應商。
按照我們的測算,Starlink 組網完成后的成本在 33.9-38.4 億美元左右,按目前的收 費模式想要盈利可能需要 300W 以上的月客戶量。Elon Musk 曾表示 StarLink 每顆 衛星的制造成本已經“遠遠”低于 50 萬美元。由于火箭回收技術,每次發射成本大 約可降至 4000 萬美元,發射每顆衛星成本約為 70 萬美元,每顆衛星組網總成本約 為 120 萬美元,因此 StarLink 完成 1.2 萬顆衛星組網可能僅花費 144 億美元。將衛 星設備按 5 年折舊計算,每年需要折舊 28.8 億美元。若參照傳統衛星通信運營商來 看,人力成本、推廣成本以及星座運維成本通常占整體成本的 15%-25%,我們估算 其每年成本 33.9-38.4 億美元每年,這個數據目前遠超任何一家衛星傳統運營商。按 照目前公布的數據來看,Starlink 計劃每個用戶每月收費 99 美元,那么維持收支平 衡需要 285.2 萬- 323.2 萬的用戶數,如果漲價到 149 美元,那么則需要 195.7 萬223.7 萬的用戶數。根據 ITU 的數據,2021 年美國寬帶訂閱數量約為 1.13 億,據 Statista 的估計其中約 4%會使用衛星網絡,即僅美國便有 452 萬衛星通信市場針對 用戶,可以滿足 Starlink 的盈利需求,若達到市場滲透率 100 的情況,其套餐的最 低價約為 64.5-73.7 美元。
若以全球市場來看,衛星互聯網系統一旦建成后,新增用戶帶來的邊際成本對于衛 星運營商來說可以幾乎忽略不計,其收入可能還有更大的想象空間。衛星互聯網天 生擁有用戶全球化的屬性,Starlink 若能在東南亞、非洲等地區的國家拿到電信運營 牌照,Starlink 可以采取低帶寬、低價格的策略(終端采取以租代售的形式)去獲得 大量的用戶基礎,待這部分地區經濟發展后通過銷售大帶寬的套餐增加 APRU 值的 商業模式可能會成為未來 Starlink 的主要營銷策略。通過這個策略,Starlink 或許能 在不久的將來,獲得較大的利潤空間。然而,在我國光纜接入發達、家庭寬帶資費極低的情況下,類 Starlink 模式將只能 逐利偏僻地區或海上、空中等特殊場景,市場空間較小。同時,由于國內的商業衛 星以及運載火箭技術與 SpaceX 仍有較大差距,制造和發射成本約為其五到十倍, 因此短期來看商業獲利難度較大。不過長期來看,隨著規模效應帶動衛星成本的下降,國內衛星互聯網企業也有望盈 利。衛星載荷由于其定制化程度較高,在大批量標準化量產前難以大幅降低成本, 所以衛星的成本節約壓力就全部集中到了平臺上。理想狀態下,衛星平臺的成本占 比在 20%-30%之間,理論上比現在可以節約全星的四分之一成本。而從平臺的結構 上看,為衛星提供機動能力和電力是它的核心作用,所以姿控系統和電源系統的成 本占比也最大,占全衛星平臺的60%以上。由于姿控系統涉及的元件和單機最復雜, 它的成本占比也最高,同時又因供應商繁多,這一部分也存在更多產業鏈整合的機 會。
2.2. 商業遙感衛星:下游市場需求高景氣度下的優秀賽道
衛星遙感是重要的獲取遙感信息的渠道。遙感是指不直接接觸物體,利用傳感器對 遠距離目標輻射或反射的電磁波信息進行獲取的方式。衛星遙感可突破領土領空限 制,獲取全球變化監測、區域監視等重要信息。衛星遙感技術包括被動式和主動式。被動式遙感技術通過遙感傳感器對被探測物體自身發射的電磁波特征進行感知,可 見光、紅外、高光譜、微波輻射計是常用的被動遙感手段;主動式遙感技術通過遙 感傳感器發射電磁波到被探測物體表面,然后對物體的散射信號進行探測,常用的 有合成孔徑雷達、微波散射計等。目標對象發射或反射的電磁波信息記錄并形成遙 感數據,進而輸出相應的遙感圖像產品。從種類來看小型遙感衛星主要有小型光學遙感衛星,小型 SAR 衛星,不同種類的 遙感衛星通常負責不同類型的監測任務。常用的衛星遙感技術,由普通的大衛星光 學成像,發展出多光譜、SAR、紅外、微波遙感衛星等。衛星遙感的全天時、全天 候工作能力不斷加強,時間、空間分辨率提高,對變化的監測、響應能力提高,給 衛星遙感的應用帶來了更多可能性。合成孔徑雷達 SAR 技術相比光學衛星對于惡 劣天氣條件應對能力更強,且過境即拍攝、拍攝即有效、有效即可用,將會成為未 來發展的重點,目前全球精度最高的測繪 SAR 衛星仍是 2010 年德國的 TanDEM-X 衛星,其產品是目前精度最高的全球 DEM 數據,我國的 GF-3 的分辨率可以達到 1 米,是世界上分辨率最高的 C 頻段、多極化衛星。此外,商業航天的發展推動了微 小 SAR 衛星星座的發展,其觀測能力將逐漸發展成熟,將改變目前圖像價格高、交 付慢、數據少、持續性差的市場現狀,技術能力甚至將趕超現役大型 SAR 衛星。
小型 SAR衛星是微小遙感衛星主要的發力點之一,其最大的優勢在于其組網功能, 具備全天時全天候成像,高精度數字高程模型,全球變化檢測,快速響應服務等優 點。SAR 衛星可實現全天時全天候觀測,除了在軍事領域發揮重要作用外,在民用 領域(如:地形測繪、洪水監測、地質災害監測、農林管理、海洋漁業管理、城市 規劃建設等)也具有較大的應用能力;SAR 衛星可實現高精度測繪,獲取地形和地 表特征的三維信息。SAR 數據可制作數字高程模型(DEM),主要方法有雷達立體 測量法(Radargrammetry)和雷達干涉測量法(InSAR)。微小 SAR 衛星星座所具有的高重訪率可獲取時間間隔極短的干涉像對,實現更強的重軌干涉測量能力。高精 度的 DEM 數據可應用于眾多領域,可檢測沙子或者草叢中的新足跡。通過頻繁的 干涉測量,獲取到同一區域長時間序列的數據,即可測量橋梁、管道、堤壩等關鍵 基礎設施的實時變化。
總的來看,目前國外微小 SAR 星座領域正在從起步向初期發展階段過渡,衛星系 統和技術能力正在快速發展,部分公司率先構建業務星座,初步具備商業運營能力, 為政府和商業用戶提供服務。目前以美、歐、日、加為主,其他國家尚未啟動,美 國、芬蘭、日本的首家公司提出時間較為相近,2016 年成為發展商業微小 SAR 衛 星星座的重要分割點。海外大部分初創公司選擇構建 X 段的純 SAR 衛星星座,只 有少部分選擇構建 X 和 S 雙頻段的光學與 SAR 混合星座。在天線構型上,相控陣 天線、可展開網狀反射器天線、可展開拋物面天線均有采用;在極化方式上,以單 極化或雙極化居多;在成像模式上,具備凝視聚束、滑動聚束、條帶、寬幅掃描、 干涉測量等多種成像模式,每軌成像時間長達 10Min,左右視均可,滿足多樣化應 用需求。當前微小 SAR 衛星技術先進,以“冰眼”衛星為例,其質量為 85kg、最高 分辨率為 0.25m、幅寬為 5km,能力趕超當前傳統大型 SAR 衛星。較典型的是,目 前在軌運行的德國陸地合成孔徑雷達-X(TerraSAR-X)商業衛星質量為 1230kg, 最高分辨率為 0.25m,幅寬為 4km。微小 SAR 衛星星座將使 InSAR 重訪能力從目 前 TerraSAR-X 星座的 4-7 天縮短到數小時.但與傳統大型 SAR 衛星相比,微小SAR 衛星在超寬幅成像、噪聲等效誤差、極化方式、無控定位精度等方面還存在差 距,特別是“冰眼”衛星的無控定位精度 10m,遠劣于 TerraSAR-X 衛星優于 1m 的精度。
我國目前仍未擁有完整的 SAR 衛星星座,未來市場空間大,前景好。與海外市場 的 SAR 衛星相比,我國目前民用 SAR 衛星體系處于相對空白的階段。我國目前測 繪技術手段數據獲取速度慢,主要可用的 SAR 衛星包括:1)高分三號,我國“高 分”專項唯一的 SAR 遙感衛星——高分三號為非商業化衛星,其數據實行專項共 享。2)“海絲一號”主要為海洋災害監測、洪水監測提供支持,應用范圍較窄。3) 齊魯一號,齊魯一號搭載國內首個 Ku 譜段 SAR 載荷,主要任務是技術驗證,用戶 也局限于山東產業技術研究院。4)陸地探測 01 號 A、B 星,作為我國首組民用差 分干涉 SAR 衛星,主要用戶為自然資源部、國家林業和草原局等。5)巢湖一號, 是國內首顆商業組網 SAR 遙感衛星,屬于“天仙星座”計劃。“天仙星座”計劃發 射 96 顆輕小型衛星,依靠在軌成像與 AI 技術實現 6 小時應急成像,將服務于海洋 環境、災害監測及土地利用等領域,目前全計劃僅發射一顆衛星,其余衛星將在未 來發射。遙感衛星的主要商業模式為衛片的銷售及相關數據的分析處理,衛星影像銷售單位 為景,即一張完整的衛片。遙感影像數據模式分為存檔數據和編程數據兩種,通常 編程數據的價格是存檔數據的一倍。(1)存檔數據:是指先前衛星已經拍攝過的區域,已存檔在衛星公司的數據庫中, 是現成品。該種圖像的購買價格相對較低,訂購時間較快。但是訂購前需要對既定 需求區域做出確認,即確認所需區域是否有衛星影像數據存檔、衛星影像存檔數據 的拍攝時間、拍攝質量(包含了云量、拍攝傾角等因素)等。(2)編程數據:是指編程制定衛星對需求區域拍攝最新的影像,可以讓用戶得到需 求區域最新的影像。但是編程影像的拍攝周期通常較長,訂購初期需要先向衛星公 司申請拍攝區域的拍攝周期,然后由衛星公司反饋計劃拍攝周期。在這個拍攝周期 中,并不能夠保證拍攝成功,這與所拍攝地的天氣情況、拍攝數據的優先級權重以 及需求數據范圍有關。
隨著遙感衛星數量持續增長,但原始數據整體逐年下滑。由于大量遙感衛星投入市 場,市場上的衛星遙感原始數據總量呈現出大幅增長的態勢,這導致了衛星遙感數 據價格在總體上出現下降的情況根據美國北方天空研究所(NSR)報告, 2022 年, 超高分辨率光學數據價格預計將跌至 20.8 美元/ km,較上一年下降約 5%。同期, 雷達數據價格預計將跌至 112.3 美元/ km,較上一年下降約 7%。高分辨率光學數據 價格預計將跌至 10.7 美元/km,較上一年下降約 15%。同期,雷達數據價格預計將 跌至 57.1 美元/ km,較上一年下降約 12%。中分辨率光學數據價格將跌至 2 美元/ km,較上一年下降約 13%。同期,雷達數據價格將跌至 11.1 美元/ km,較上一年 下降約 9%。但由于重點市場上存在對衛星遙感原始數據的大量需求,因此,原始 數據整體市場規模總體上還處于持續上升階段。
在全球衛星遙感市場中,政府和軍隊是主要用戶,為整個遙感衛星運營市場貢獻了 約 70%的收入。在各垂直市場上,防務與情報市場、政府用戶一直是衛星遙感運營 市場最重要的組成部分,兩者貢獻市場總收入的 51%。其中,防務與情報市場占比 為 29%,是規模最大的單一垂直市場。不過我國由于是強政府國家,且軍隊信息化 程度相比美軍還存在一定差距,因此在我國最大的單一市場則為政府相關的數據采 購。
2.2.1. 政府市場:需求升級,市場增大
衛星遙感廣泛應用于國防、海洋、市政等領域。近年來,衛星遙感技術備受國家重 視,被廣泛應用于多個領域。遙感已成為政府部門提高服務能力的主要手段之一。例如,北京市政府通過《北京市支持衛星網絡產業發展的若干措施》,堅持“能用盡 用”推廣原則,鼓勵交通、民生服務等領域新上項目,采購相關技術及產品,助推 衛星產業發展。加快在防災減災、水務監測和城市管理等領域示范應用。近年來遙 感影像數據源增多、數據獲取費用降低,遙感正逐步成為各級政府部門提高服務能 力的主要手段之一,應用領域也從傳統的地質、國土等領域,向公共安全、資源環 境、城市規劃、應急管理等多個領域拓展。
例如,四川國土科學技術研究院將人工智能輔助技術應用于全省自然資源執法閱讀 自主監測工作中,對七月自主監測成果進行質量檢測,較之前的人工效率提升近 50%。在整治亂建高爾夫球場的過程中,一個熟練解譯人員從一幅遙感圖像中檢測出來所 有的高爾夫球場,需要 15 分鐘左右,而中科院遙感所的研究人員借助 PaddlePaddle 深度學習框架的支持,使用 Faster R-CNN 目標檢測模型,只需 10 秒,就能夠在同 樣的圖中自動檢測出高爾夫球場,相比之下,效率提高 90 倍,同時精確度也有所提 高。
中長期來看,衛星遙感在政府端的成長空間也將主要來源于政府部門信息化、數字 化轉型的需求。國家級項目和新基建產業發展方向的驅動,是遙感應用行業當前最 大的利好因素。在國家數字化升級的大背景環境下,許多行業都迎來了新的要求和 標準,傳統的人為登記、人力監管、人力服務的形式都將被逐漸取代。尤其是我國國土面積較大,森林、海洋、沙漠、耕地等地物類型眾多且比例較高,對自然資源、 農業生產、環境的保護和重視,更是產生了廣闊的應用服務市場。通過遙感應用作 為載體,將所有的資產和經營通過衛星影像等形式數字化,為新基建打造時空大數 據的底座,成為數字化升級的剛需。在政策的推動和催化下,各式各樣的要遙感項 目有望迎來爆發式增長。
應急管理、自然資源領域的專項項目有望帶來可觀的增量市場。2020 年 6 月 8 日國 務院正式啟動自然災害綜合風險普查專項工程,計劃在 2022 年前構建“國家-省市-縣”四級災害風險普查數據庫體系。,預計全國地級和縣級行政區在該專項的投 入規模約 150 億元。未來其他 8 項重點工程將陸續啟動實施,為衛星遙感在應急管 理領域的應用帶來新的增量市場。實景三維中國與地理普查帶來周期性需求。2022 年 2 月 24 日,自然資源部辦公廳 印發《關于全面推進實景三維中國建設的通知》,明確了實景三維中國建設的兩大建 設目標。同時《土地調查條例》規定每 10 年進行一次全國土地調查;根據土地管理 工作的需要,每年進行土地變更調查。周期性的普查將為公司帶來持續穩定的收入, 并且有望由與政府的合作項目拓展至下屬單位以及企業,進一步提高市場占有率。國土空間規劃體系建設推動衛星遙感應用向城鄉滲透。2019 年,國務院發布《關于 建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》,目標 2020 年基本完成市縣以上國 土空間規劃編制,初步形成全國國土開發保護“一張圖”。預計每個縣投入 800 萬 元,每個地級市投入近 1000 萬元,國家還啟動自然資源統一確權經費投入 67.2 億 元,預計總計經費投入達 237 億元。鄉村振興規劃和智慧城市體驗深化衛星遙感應用。城鄉建設中,基礎設施升級、防 災減災工程、大數據平臺等帶來對于衛星遙感數據的深度應用需求。在國家與地方 政策支持下,預計每個縣的經費投入達 850 萬元,城市體驗共計投入 12 億元,城鄉 預計總共投入 183.1 億元,隨著后續專項規劃不斷推進,預計市場份額將進一步擴大。
相比起傳統衛星,低軌遙感衛星讓遙感即時監測成為了可能。由于低軌衛星運行飛 行時間快,運行周期短,在組網之后能實現全球任意目標分鐘級重訪。而且下一代 的小型遙感衛星通常融合了星上智能處理、星間鏈通信等多種高精尖技術,具有準 實時、多載荷、多譜段、高智能等特點,在人類生活、災害應急、生態環保、交通 運輸、國家安全、監測全球變化等方面有著巨大的應用價值。“即時遙感”是人類應 對災害的關鍵工具,在災害發生前進行預警提示,災害救援中提供強力支撐,災害 發生后為研究提供豐富的資料,應用于山火、秸稈網格精細化監管、汛期山洪、泥 石流、山體滑坡損毀車道預警等方面;是地球健康的監測儀,能實時感知地球的各 種變化,并且將變化進行可視化的展示,同時量化各項指標,服務于三維實景建設、 “雙碳”實時監測等;是金融行業的規則改變者,期貨市場定價的效率來自于信息、 數據的質量,即時遙感可提供大量、優質、即時的輔助信息為期貨交易提供指導。例如實時追蹤大宗貨物船只,預測船只到港時間,或利用 SAR 衛星探測浮頂油罐, 進一步得到主要產油區域的原油儲備和變化情況等;是人類生活的觀察者,“即時遙 感”的特點之一準實時與熱點的強時效性具有很高的重合度。利用準實時的遙感數 據進行熱點追蹤,讓那些不能夠親臨現場的人,足不出戶就能了解這個世界正在發 生的事情并進行互動。“即時遙感”收集人類生活、全球環境和安全變化的信息,可 輔助個人、公司和國家以及全人類的決策,改變人類生活,促進人類共同體的快速 美好發展。
“即時遙感”技術為遙感云化帶來技術底座,從而激化更多應用和戰略需求。在過 往的數十年中,遙感技術和應用在很大程度上繼承了航空航天產業復雜的定制技術, 到分布式、序列化、數量激增的技術堆棧。這樣的技術積累給遙感產業帶來了深厚 的技術積累,卻和實際的生產應用產生了一定的脫節。近年,以軟件為中心的大規 模生產網絡正在整個航天經濟的各個領域中擴散。從基于需求的大規模衛星制造, 到航天與衛星應用領域不斷增長的 DaaS(Data as a Service)業務模式,全行業 正處于一個根本性的轉型期。而面向商業化的轉型,也是一種多重因素的結合。在 應用端,山河湖海農林等自然區域有大量的監測需求產生,人力物力的監測成本卻 快速上漲,無法滿足最新的監測需求。而在國際范圍,美國的商業航天市場發展異 常迅速,大量占據了太空近地軌道,無論是在國土安全,還是在太空經濟方面,都對中國未來的發展產生了一定的威脅。由于中國的國土面積廣泛,陸地和海域的接 壤國家眾多,也提升了我國對于沙漠、海洋、森林的監測的重要性。
2.2.2. 軍用市場:商業遙感小衛星的優勢賽道
遙感衛星在軍事上的應用主要為于軍事目標偵察、目標變化分析、重要目標監視、 軍事地圖測繪等幾大方面。軍事目標偵察是指通過目標判讀識別和情報分析等過程, 可以實現軍力部署偵察、目標變化分析、戰斗力評估、戰場態勢監視、打擊效果評 估等軍事應用。目標變化分析是指基于同一目標多時相影像的對比分析方法,是目 標跟蹤監視,分析判斷其發展變化趨勢的基礎,在軍事目標部署變化、戰場偵察監 視、打擊效果評估、突發事件和災害救援等情況下均能發揮重要作用。重要目標監 視是指通過遙感衛星拍攝影像對比分析,可以掌握重要設施的建造進展或者關鍵目 標的位置和運行情況,為美國的政治外交和軍事行動提供及時高效的情報信息。軍 事地圖測繪通過衛星影像圖和該地區基礎地理信息圖遠程繪制出沙盤,為站場決策 做準備。
以美國為例,美國發射了 Key Hole、World View、Geo Eye 等軍、民、商用遙感衛 星。2020 年 1 月 8 日,美國 Planet 公司發布的衛星圖像幫助美國迅速評估受到伊 拉克火箭彈襲擊的基地損失情況,同時也平息了媒體的猜測。海灣戰爭期間,美國 也通過衛星遙感禁運的方式,阻止了伊拉克軍隊獲取遙感信息,利于美方軍隊行動。除此之外,在此處俄烏戰爭中,美國的衛星遙感監測系統也在戰爭中大放異彩。
我們認為,低軌遙感衛星在軍用方面有著更加得天獨厚的優勢:1)低軌巨型星座在完成組建后,擁有更好的全球覆蓋性能和更大的總容量,可以適 應新時代的要求;2)低軌巨型星座在應對軟硬殺傷方面,擁有更好的彈性和更好的生存能力,在被局 部毀傷后,能夠更加快速地進行應急補網發射;3)低軌巨型星座擁有更低的建設成本和更高的性價比。在預算有限的情況下,衛星 的制造和發射成本低軌星座的單星成本在百萬美元量級,高軌星座的單星成本在十 億美元量級。4)部分星座中所存在的 SAR 衛星星座能夠穿透云層、不受天氣條件影響,且時間分 辨率高,在軍事監測應用領域具有獨特優勢。遙感小衛星星座研制周期短、投資運行成本低,已經成為商業資本進入遙感衛星領 域的切入點和聚焦點,國內外均已經開始發射并繼續發射大量的遙感小衛星。遙感 衛星有天然的“軍方為主、民商為輔”的屬性。軍地遙感衛星聯合使用的程度,從 低到高可依次分為信息支援、多星協同、星地聯合和一體使用四個層次。其中軍地 遙感衛星聯合使用的程度越高,對民商遙感衛星公司的介入就越深,必然會對民商 遙感衛星公司的日常運營產生影響,因此,聯合程度由低到高對應的也是從“平時 -急時-戰時”不斷緊急的情況。平時用市場行為購買服務,急時視情合理調用,戰 時按法征用,用后給予合理的經濟補償。在國內軍隊信息化的大背景下,行業整體 的需求保持高速增長,市場景氣度持續上升。
因此整體來看,我國衛星遙感數據需求在軍用民用領域都有較大的增長空間。未來, 隨著低軌衛星和遙感大數據云、人工智能等技術與遙感數據增值服務結合,給遙感 原始數據的處理帶來新的發展方向。數據加工可提高處理效率、降低數據處理成本, 從而拓寬客戶群體,推動商業化發展。從細分市場來看,2021 年我國遙感衛星產業 市場規模為 118.12 億元,其中數據費用市場規模為 20.21 億元。加工服務市場規 模為 32.03 億元;應用市場規模為 65.88 億元。這種市場規模和 2022 年全球衛星 遙感數據市場總收入 44.38 億美元來說,還有較大的差距。
雖然歷經 40 多年的發展,中國遙感衛星技術取得了跨越式的發展。然而,由于中國 空間事業起步較晚,與國際發達國家相比,中國的空間高性能遙感系統在規模、國 土覆蓋區域、重訪間隔、好用易用性等方面仍有較大的發展空間。因此,我們認為 遙感衛星行業商業模式清晰,未來增長空間較大,可能是最望率先突出重圍的小衛 星制造賽道。
2.3. 低軌衛星導航增強:高精度物聯網的必然選擇
衛星導航是指采用導航衛星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術。全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS) 作為國家重要的時空 基礎設施,能夠為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時 (Positioning , Navigation, and Timing, PNT)服務,對國家安全和經濟社會發展至關重 要。過去 30 年,GNSS 基礎服務已得到長遠發展,目前國際上已形成四大 GNSS— —美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯系統(GLONASS)、歐洲伽利略系統 (Galileo)、中國北斗衛星導航系統(BDS)和兩大區域衛星導航系統——日本準天 頂衛星系統(QZSS)、印度星座導航系統(NavIC)的格局。GNSS 基礎服務可實現 全球定位精度優于 10m,授時精度優于 20ns 的性能,可滿足普通大眾用戶對 PNT 的基本需求。
在衛星導航領域,低軌衛星相比高軌衛星具有明顯的優勢,可以和中高軌衛星實現 優勢互補,提高導航精度。(1)衛星軌道在中高軌導航衛星下方,是理想的 GNSS 天基全球監測平臺。低軌衛星星座是理想的全球監測平臺,與地面監測站相比,監測范圍更大,能夠突 破國土疆域的限制,實現天基全球監測。低軌監測的效率高,12 顆低軌衛星相當于 全球 100 多個監測站。而且,由于低軌衛星軌道高度通常在 1000km 左右,位于電 離層上方,信號測量誤差不受電離層誤差和對流層誤差影響,監測精度高,有利于 軌道、鐘差等誤差的分離。
(2)低軌衛星幾何變化快,為加速收斂和多徑抑制提供了新的解決思路。低軌衛星運動速度快,通過播發低軌導航增強信號,增加了新型快速幾何變化觀測 數據,幾何變化相比 GNSS MEO 衛星快 40 倍左右,同等時間段內劃過的弧段更長, 利于加速 PPP 收斂,突破傳統地基監測+信息增強體制,為實施高精度定位提供了 新的途徑。而且,快速的幾何變化能夠有效白化多徑誤差,利于多徑抑制。
(3)衛星數量多,有利于提升高仰角下的衛星可見性,增強城市挑戰性環境下的服務 性能。GNSS 面向開闊環境設計,而對于城市挑戰性環境下,由于高樓、高架橋、樹蔭等 的遮擋,導致 GNSS 衛星可見性降低,特別是城市峽谷環境,平均仰角更高。低軌 互聯網星座衛星數量多,能夠增加高仰角下的衛星可見性。在北斗系統中加入低軌 核心星座后,能夠有效提升可見星數量。隨著低軌衛星數量的增加,高仰角下的可 見衛星數也更多。
以自動駕駛為典型場景的新興大眾用戶,對低軌導航衛星所能提供的高安全實時精 密定位具有迫切需求。新興大眾用戶要求實現“四高一快”的目標,而傳統地基監 測+信息增強體制存在痛點,布站密度和信息速率不斷增長,無法實現挑戰環境下全 球厘米級實時定位服務。一是難以全球布設監測站,進而實現全球 PPP 服務;二是 無法全球布設連續運行參考站(Continuously Operating Reference Stations, CORS),進 而實現全球 PPP-RTK 服務。例如,天寶為實現全球厘米級服務,建設了 100 多個全 球高性能站;日本為其本土的厘米級高精度服務,建設了 1200 多個 CORS 站。因 此,性價比更高,覆蓋面更廣的低軌導航衛星成為了最佳選擇。低軌星座與中高軌 導航星座優勢互補,采用天基監測+信號增強體制,為突破當前 PNT 瓶頸提供了發 展機遇。未來以衛星為主體架構的云-端架構 PPP-RTK 體制有望實現低成本 PPPRTK,以應對未來秒級收斂的高精度應用挑戰。
近年來各國均有發射一定的數量的低軌導航衛星以面對未來的市場需求。美國國防 部高級研究計劃局戰術技術辦公室于 2018 年啟動了“黑杰克”項目,旨在探索利用 新興商業低軌寬帶星座發展經驗和成果,開發用于 GPS 增強的 LEO PNT 載荷。歐 洲第三代衛星導航系統Kepler以及歐洲導航創新支持計劃(Navigation Innovation and Support Programme, NAVISP)都將低軌衛星作為星座一部分,該星座由中軌(MEO)和 低軌(LEO)衛星組成,LEO 星座包括 6 顆 LEO 衛星,軌道高度 1209km 目標是實現 厘米級軌道精度、全球實時 PPP,且不需要額外的增強系統對其性能進行增強,全球完好性達到 TTA<3s。北京未來導航科技有限公司計劃 2023 年建設一個低軌導航增 強系統,包含 110~130 顆低軌衛星,目標是實現收斂時間小于 1min 的厘米級定位 精度,并于成功發射升空 2022 年微厘空間北斗低軌導航增強系統 S5/S6 試驗衛星。低軌衛星導航增強系統計劃 2024 年底進行試運行,選取若干個典型應用場景開展 服務性能驗證評估,2025 年向全球用戶開通服務。
2.4. 通導遙一體化:行業終局形態
從更長的產業維度來看,考慮到成本以及軌道資源的利用效率而言,通導 遙一體化可能是行業最終的模式。“十四五”規劃《綱要》指出,將“建設 高速泛在、天地一體、集成互聯、安全高效的信息基礎設施”,以及“打造 全球覆蓋、高效運行的通信、導航、遙感空間基礎設施體系,建設商業航 天發射場等作為國家戰略工作重點。” 通導遙一體化即是衛星通導遙一體化,是指在一顆衛星上實現高分多模遙 感、雙向物聯通信和星基導航增強三種功能。當前衛星在這三方面的應用 都是獨立開來的,衛星通信、衛星定位導航、衛星遙感三個方面在各行各 業都發揮著舉足輕重的作用,但并沒有形成一個整體,信息獲取、利用效 率仍然較低。
為實現通導遙一體化融合架,需要以天地一體化信息網絡為基礎,由天基 骨干網、天基接入網、地基節點網構成覆蓋天地的通信網絡基礎,通過天 基的星間鏈路和地面的網絡接口實現對各類通信網絡的接入。以北斗為核 心的衛星導航系統,可通過星間鏈路接入一體化網絡,借助天地一體化信 息網絡的覆蓋能力完成導航信號的轉發,實現導航信號的無縫覆蓋; 通過 在低軌通信衛星搭載導航增強載荷,可實現導航增強信息的全球覆蓋。遙 感衛星網絡的融合通過大帶寬的星間鏈路實現,衛星獲取遙感數據后,尤 其境外數據,可通過天地一體化信息網絡中繼實時或準實時回傳,大大提 升遙感信息獲取的時效性和回傳能力。遙感衛星入網后,可執行多星協作 觀測任務,大大提升遙感衛星信息獲取效率和應用服務水平。通過天地一 體化信息網絡完成通導遙衛星網絡與數據資源深度融合,可實現各類天基 信息的實時服務,支持各類用戶在任何時間、任何地點的精準信息獲取、 高精度定位授時與多媒體通信服務。通導遙衛星一體化融合發展涉及星基 導航增強技術、天地一體化網絡通信技術、多源成像數據在軌處理技術、 天基信息智能終端服務技術、天基資源調度與網絡安全技術、多載荷集成 的一體化衛星平臺、天地一體化的高精度地球參考框架等關鍵技術研究和基礎設施平臺構建。
目前通導遙一體化面臨巨大的挑戰是通導一體化相對容易,但要加入遙感 難度較大。通信和導航其實是天然一體,因為衛星導航系統要采用通信手 段來實現定位。北斗系統本就是通訊、導航一體,在定位導航外還提供一 些基本的通信服務。另外,導航信息數據的傳遞、處理,也有賴于通信網 絡,尤其是地面增強網絡,所以,兩者在技術上已經在互相滲透和擴展。因此,通導一體化是目前通導遙體系發展的重要組成部分和關鍵方向。以 衛星導航系統為核心,輔以其他手段,提供覆蓋更廣、精度更高、更加穩 健的時空服務,成為當前國際時空技術領域的共識。。比如我國的北斗系統星間星地一體組網就是世界上首個具備全球短報文 通信服務能力的衛星導航系統。根據最新發布的 2022 年《新時代的中國 北斗》白皮書,我國目前共有 45 顆衛星在軌提供服務,北斗三號在軌 30 顆衛星 300 余類、數百萬個器部件全部國產。2023 年北斗還將計劃發射 3- 5 顆衛星,進一步強化星座,確保系統穩定運行。其中北斗短報文通信正 是北斗系統區別于其他全球衛星導航系統的獨有特色服務。即便在沒有通 信信號覆蓋的地方,北斗用戶既能定位又能向外界發送短報文,目前華為 手機已經可以使用相關服務。
相比于更容易相互融合的通導一體化,遙感衛星有獨特的規律,跟通信和 導航都不同,其技術門檻也很高。不過在未來,隨著技術的進步以及制造 成本的降低智能遙感衛星將構成空間信息網絡的關鍵節點,促進通信、導 航、遙感衛星節點的互聯互通,通過充分發揮天基信息系統的通信傳輸、 導航定位和遙感觀測能力,達到衛星測繪遙感信息快準靈服務的發展目標。
政策持續推動,商業小衛星行業前景光明。國家近年來連續頒布政策推動商業航天 的發展,在國家政策的號召下,各省市也紛紛響應國家號召出臺相應政策推動本級 內商用航天事業的發展。與大衛星相比,小衛星快捷、靈活、高效,且重量輕、成 本低、體積小、研制加工周期短、衛星功能集成度高,因此是大批量商業航天發射 的首選。技術壁壘高,投資成本大的上游制造環節是小衛星產業鏈的核心。商業衛 星產業鏈上的核心玩家仍為傳統計劃航天背景下的國內科研院所,不過在相關政策 和民間資本的推動下,純商業化的航天公司開始擁有了更多的成長機會,相關產業 鏈投資機會凸顯。商業航天的發展是對計劃航天的繼承和拓展。Starlink 的成長離不開 NASA 的 COTS 計劃,COTS 項目相當于一條紐帶,NASA 將內部沉淀幾十年的技術成果和管理經 驗,通過這條紐帶輸送給參與項目的商業航天企業。同時 SpaceX 公司從美國政府 得到的各類項目經費高達 80 億美元,為 SpaceX 公司的發展提供了堅實的基礎。我 國衛星產業鏈的成長也離不開政府部門的政策、經濟、技術上的支持。隨著國家以 及地方性政策的持續以及星網招標的持續推進,相關的技術和經驗也將會向市場轉 移。商業航天,自始自終,都是自頂向下設計,以及自底向上生長,兩者逐漸接近、 交融并放大后的產物。我們認為在未來的 5-10 年內中國最終會有引領行業發展的商 業航天公司,但不一定和 SpaceX 相同的私營企業,可能會是一些民企與國企融合 發展出的商業航天公司。
衛星互聯網,戰略訴求仍是行業發展第一推動力。目前來看,在我國光纜接入發達、 家庭寬帶資費極低的情況下,類 Starlink 模式將只能逐利偏僻地區或海上、空中等 特殊場景,市場空間較小。由于國內的商業衛星以及運載火箭技術與 SpaceX 仍有 較大差距,制造和發射成本約為其五到十倍,因此短期來看,商業獲利難度較大。但是考慮到低軌衛星在戰略中的重要性,無論是從頻段資源、軌道資源還是國家安 全建設布局的角度考慮,低軌衛星互聯網的建設仍將是我國空天計劃發展的必然選 擇 商業遙感衛星,下游市場需求高景氣度下的優秀賽道。遙感衛星的商業模式主要以 為衛片銷售與結合各行業的分析處理應用為主,其主要客戶是政府和軍隊。在政府 方面,隨著遙感行業整體融入智能技術,行業迎來了革命式爆發周期。同時相比起 傳統衛星,低軌遙感衛星讓遙感即時監測成為了可能,有望激化更多應用和戰略需 求。在軍隊方面,我國近年來隨著軍隊信息化投入的加大,行業整體的需求保持高 速增長。且低軌遙感衛星在軍用方面有著更加得天獨厚的優勢,市場前景可觀。我 們認為遙感衛星行業商業模式清晰,未來增長空間較大,可能是最有望率先突出重 圍的小衛星制造賽道。
低軌衛星導航增強, 高精度物聯網的必然選擇。低軌導航衛星所能提供的的高安全 實時精密定位功能能滿足以自動駕駛等高進度實時定位的市場需求。從更長的產業 維度來看,考慮到成本以及軌道資源的利用效率而言,在低軌衛星組網后,通導一 體化所帶來的的新物聯網市場空間可能是下游市場爆發的關鍵點。
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