服务热线: 世界城市智慧工程技术(北京)研究院官方网站!
科技创新平台

低轨卫星互联网行业研究

发布时间:2025-01-02 18:39:46
一、低轨卫星概念

低轨卫星(Low Earth Orbit,简称LEO):距地面高度500-2000千米的卫星系统。由于离地球近,有着路径损耗小,传输时延低(小于10ms)的特点,应用场景多;中轨卫星(Medium Earth orbit,简称MEO):距地面高度2000-35786千米,传输时延一般小于50毫秒,时延要大于低轨道卫星,但覆盖范围也更大,因而只要少量卫星就可以覆盖全球;地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,简称GEO):距地面高度35786km,即同步静止轨道,GEO卫星运动的角速度和地球自转相同,因此从地球上看这些卫星是相对静止的,GEO卫星信号传播时延一般为250毫秒以上,远大于LEOMEO低轨卫星因其在通信质量、导航精度和遥感效率方面的优势而成为未来星座发展的主要类型,占据绝大部分市场份额。

二、低轨卫星分类

(一)通信卫星

又分为宽带通信卫星(带宽达到Gbps,高速、低延迟)、窄带通信卫星(小于100kbps,少量数据传输)。

(二)遥感卫星

光学遥感卫星(细节信息丰富、定位精度高,覆盖范围相对较小、数据量庞大)、雷达遥感卫星(不受天气和光照的限制,可能受到电磁干扰、分辨率相对较低、数据处理相对复杂)、热红外遥感卫星(对温度敏感、主要测量地表和大气的热辐射,但容易受大气的影响)、高光谱遥感卫星(具有很高的光谱分辨率,对植被、土壤、水体、建筑物等光谱信息敏感)。

(三)导航卫星

提供定位和导航服务,美国的GPS,欧盟的伽利略定位,印度的IRNSS,中国的北斗等。

(四)科学实验卫星(用于物理、生命科学、天文观测、地球科学研究)、(五)技术实验卫星(验证新技术、测试新设备、评估新系统)、(六)军事卫星(侦查监视、通信保障、导航定位、气象监测、电子对抗)

二、产业链

卫星产业链包括卫星制造、卫星发射、卫星运维和管理、卫星数据应用。上游主要为卫星制造、运载及管控环节;中游为卫星运营及地面设备制造;下游则为政府用户、行业用户及个人用户等应用领域。

(一)卫星制造

卫星包括平台及载荷两部分,从平台结构上来看,为卫星提供机动能力和电力是它的核心作用,所以姿控系统和电源系统的成本占比也最大,合计可占卫星平台成本的60%以上。
机械结构:卫星的基础组成部分,占卫星总重量的 7%~10%。负责提供必要的物理框架以支持其他系统。它连接了卫星与发射器,并且支撑卫星所携带的电子设备,同时机械结构还可以对抗太空的高能辐射、微小陨石撞击。
推进系统:用于改变卫星的速度或轨道,或者使卫星能够进入一个新的轨道。推进系统主要由推进剂贮箱、推力器构成。
热控系统:确保卫星能够在适宜的温度范围内运行,避免过热或过冷的问题。电源系统:电源系统负责为卫星提供持续的动力和能源,使其能够执行其既定的任务。一般会利用太阳能电池阵列,收集太阳能将其转化为电能,并将电能分配给卫星的其他部件和子系统。
遥测、跟踪和指令系统:允许地面控制中心对卫星进行监控和控制。
姿轨控系统:卫星需要保持稳定的姿态以执行任务和功能。姿态控制系统包括陀螺仪、推进器和反应轮等设备,用于调整和维持卫星的姿态
载荷系统:根据卫星的不同用途,可分类为通信类载荷(通信转发器、天线系统)、遥感类载荷(多光谱相机、高分辨率相机、合成孔径雷达、极化SAR、热红外传感器、大气成分探测器、气象雷达)、导航类载荷(原子钟、心法发射装置)、科学探测类载荷(粒子探测器、磁场探测器)、技术实验类载荷(新型材料试验装置、空间机器人试验平台)等。
天线系统:用于传输信号和数据,有时也包括用于接收无线电波的天。随着各种需求的增长,卫星通信容量逐渐增大,为提高天线增益和区域覆盖能力,反射面天线得到了快速发展。

2、卫星发射

由火箭提供商将卫星在发射场将卫星发射至预定轨道,低轨道卫星重量一般较低,通常在几百斤到几吨之间,为了低成本快速发射通常采取一箭多星和可重复发射。猎鹰-9运载火箭近地轨道发射成本约1.8万元/kg,当复用次数10次以上时猎鹰-9的发射成本将降低至约0.5万元/kg,猎鹰-9的发射成本大幅低于其他火箭发射厂商。 

3、卫星星座运维

低轨卫星互联网系统通常由空间段、地面段和用户段三部分构成。地面段负责卫星互联网系统的管理、运维及与其他通信系统的互联互通,包括测控站、控制中心、信关站等设施。卫星运维主要包括卫星运维(指对卫星系统进行运营和维护的工作,比如对卫星的监测、控制、故障排除以及日常管理等任务,以确保卫星能够正常运行并提供服务)、地面终端(与卫星进行通信的设备,它位于地球表面,可以接收和发送卫星信号)、地面站(是卫星系统中的一部分,通常包括卫星通信设备、测控设备、数据处理设备等。主要功能是与卫星进行通信和测控,对卫星进行指挥和控制,以及接收、处理和分发卫星传输的数据)等。用户段包括各种用户终端,如手持终端、物联网(IoT)终端,还有固定或移动 的小型终端(VSAT)。这些终端设备让不同类型的用户能够连接到卫星网络,以 获得宽带互联网服务和信息保障。

3、卫星应用服务

image.png

八、市场规模及构成

按照平均每颗卫星平均大概400kg,每公斤发射成本为3万元,假设我国未来五年大概发射1万颗卫星,则卫星发射市场规模约为1200亿人民币,每年发射市场规模约为240亿/年。

九、市场格局及代表企业

目前,低轨卫星互联网市场呈现出多家企业竞相布局的局面。代表企业包括美国的SpaceX(星链计划)、OneWeb等,以及中国的中国星网、上海垣信、中国卫通、银河航天等。

(一)通信星座

1、SpaceX (星链),星链是世界上规模最大的卫星互联网项目。自 2019 年起至 2024 年 4 月,SpaceX 公司累计发射 155 批次共 6164 颗星链卫星。截至 2023 年底,星链全球用户数量超过 230 万,2024 年收入将超过 66 亿美元,将首次实现正自由现金流。

2、GW星座(国网星座),中国星网主导的互联网近地轨道卫星计划,包含两个子星座:GW-A59 和 GW-A2 星座。GW星座共计规划发射12992 颗卫星,其中GW-A59子星座6080 颗,分布在 500km 以下的极低轨道;GW-A2子星座 6912 颗,分布在 1145km 的近地轨道。

3、G60星链(千帆星座)是上海垣信主导的低轨卫星星座。“G60 星链”包含 1.2 万颗组网卫星;垣信卫星第一阶段计划到 2025 年底,实现 648 颗星提供区域网络覆盖。

4、低轨卫星Honghu-3 星座计划,作为上海蓝箭鸿擎科技有限公司的前瞻力 作,旨在构建一个由 1 万颗卫星组成的巨型太空网络,这些卫星将均匀分布于 160 个轨道平面上,形成密集的通信覆盖层。

5、天启星座,由国电高科运营的我国首个窄带卫星物联网星座,计划发射卫星数量38颗,入轨数量25颗,计划于今年完成全部组网计划。

(二)遥感星座

1、金紫荆星座,是香港航天科技集团在港启动的首个遥感卫星星座计划,计划发射112颗卫星,对地观测空间分辨率3米。目前,金紫荆星座已发射卫星12颗。

2,灵鹊星座,是由北京零重空间运营的低轨遥感卫星星座,目前入轨卫星13颗,2025年前完成166颗卫星的一期组网建设,未来将发射卫星378颗。

3、吉林一号星座,是长光卫星在建的核心工程,也是中国重要的遥感星座,具备0.5米超高分辨率,计划发射卫星138颗。截至2024年4月,在轨卫星数量已有108颗,累计覆盖面积超过了1.33亿平方公里,预计2025年完成全部卫星组网。

4、星时代星座是由国星宇航运营的国内首个AI遥感星座,星座由192颗卫星组成,目前在轨卫星18颗。

5、极光星座计划发射12颗激光通信网络卫星,目的是验证不同星间距下宽带星间激光通信,测试星间数据稳定传输能力,为未来组建卫星互联网巨型星座提供数据支持。

6、“北斗”卫星导航系统目前是两代卫星同时提供服务,共44颗卫星提供基本导航服务,这也是目前世界上规模最大的导航星座,正常服务卫星数量远高于其他卫星导航系统〔其他系统卫星最多的是美国GPS,当前有31颗卫星〕。北斗三号全球卫星导航系统由MEO卫星(地球中圆轨道卫星)、IGSO卫星(倾斜地球同步轨道卫星)和GEO卫星(地球静止轨道卫星)三种不同轨道的卫星组成,包括24颗MEO卫星,3颗IGSO卫星和3颗GEO卫星。导航增强星座是指利用低轨道(LEO)卫星来增强全球导航卫星系统(GNSS)的性能,特别是在提高定位精度、覆盖能力和应对复杂环境。

(三)导航星座

中国的卫星导航星座主要有以下几个:

北斗卫星导航系统:是中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。北斗二号首创以地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星为骨干,兼有中圆轨道卫星的混合星座。北斗三号由24颗中圆轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星组成,为全球用户提供全天候、高精度的定位、导航等服务.

近月空间导航星座:由中国科学家提出设计方案,拟建立一个类似于北斗导航系统的能够服务于全月面的通信导航星座.该星座由21颗卫星组成,分三个阶段逐步实现全月的100%四重覆盖,旨在采用可持续和成本效益好的方式,为人类在月球长期、高密度的探测活动提供长时间的高精度导航.

此外,还有一些具有导航增强等功能的星座,具体如下:

鸿雁星座:由300多颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成,具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力,可提供天基导航授时服务等.

吉利未来出行星座:是全球首个服务于未来汽车出行的低轨卫星星座,计划于2025年完成星座一期72颗卫星部署,二期将拓展至168颗,致力于为汽车与消费电子行业提供卫星通信、导航等服务.

天启星座: 是国内首个窄带物联网星座系统,也是国内首个民营低轨移动通信星座,包含38颗低轨小卫星,可用于探索低轨卫星物联网在海洋、交通等领域智能化应用的技术可行性,其建成后将形成全球70%陆地,100%海洋覆盖的准实时全球物联网数据服务能力.


(四)卫星发射

长征火箭有限公司:是中国航天科技集团公司旗下中国运载火箭技术研究院的子公司。2018 年发布微小型固体运载火箭 “捷龙一号”,业务涵盖商业发射服务、亚轨道飞行体验、空间资源利用等。

    民营队

    箭航天,成立于2015年,致力于构建以中大型液氧甲烷运载火箭为中心的“研发、制造、试验、发射”全产业链条。2023年朱雀二号遥二火箭成功发射,成为全球首枚入轨的液氧甲烷火箭。

    天兵科技,天兵科技是我国商业航天领域领先开展新一代液体火箭发动机及中大型液体运载火箭研制的高新技术企业

    中科宇航,力箭二号液体运载火箭二级尾舱管路鉴定振动试验在中科宇航试验中心圆满完成

    星际荣耀,2025年要飞的是“双曲线三号”,顺利的话应该是国内最早能够实现重复使用的大型液体火箭。

    深蓝航天深蓝航天将在今年12月再次开展5公里级高空垂直回收飞行任务,如顺利完成,后续将择机进行百公里级垂直回收飞行试验。

    十、行业特点

    高投入高风险:低轨卫星互联网的研发与建设需要大量资金投入,同时面临技术风险和市场风险等多重挑战。

    技术更新迭代快:随着科技的进步,低轨卫星互联网的技术不断更新迭代,对从业企业的技术创新能力提出更高要求。

    政策支持力度大:各国政府普遍重视低轨卫星互联网的发展,通过政策扶持和资金投入等方式推动产业发展。

    十一、发展趋势

    星通信也在从话音业务向数据通信转变

    未来,低轨卫星互联网将朝着更高性能、更低成本、更灵活组网的方向发展。同时,随着物联网、大数据等技术的融合应用,低轨卫星互联网将实现更加智能化、高效化的服务。

    多层星座系统成为发展重点:由不同轨道高度的卫星组成的多层星座系统,将使得通信链路与资源调度更加灵活匹配业务需求。

    跨界融合创新加速:低轨卫星互联网将与地面通信网络、云计算等技术深度融合,拓展更多创新应用场景。

    全球化布局加速:随着各国对低轨卫星互联网重视程度的提升,全球化布局将成为产业发展的必然趋势。

    十三、成功关键因素

    在低轨卫星互联网行业中取得成功的关键因素包括:强大的技术创新能力、雄厚的资金实力、完善的产业链整合能力、优秀的运营服务能力以及敏锐的市场洞察力等。

    十四、投资逻辑和重点关注

    投资机会主要集中在上游卫星制造与发射环节、中游运营服务以及下游终端销售等领域。然而,投资者也需警惕技术风险、市场风险以及政策风险等潜在挑战。特别是在技术更新迭代迅速的背景下,保持技术领先和持续创新能力至关重要。同时,市场竞争的加剧和政策环境的变化也可能对产业发展带来不确定性影响。