中美两强争霸,3000颗商业卫星上天,揭秘卫星互联网真相【附下载】| 智东西内参

2014 年以来,我国陆续出台相关指导意见和发展规划,引导卫星互联网商业行业产业有序发展。近年来,相关的商业卫星创业公司开始持续涌现,据不完全统计,国内已发布的卫星星座计划多达 20 余项,到 2025 年前中国将发射超过 3000 颗商业卫星。根据相关星座计算进行测算,未来 5 年我国卫星互联网市场规模在千亿人民币的量级,高峰期的市场空间在 400 亿左右。

根据美国卫星产业协会(SIA)数据,2018 年全球航天产业规模为 3600 亿美元,其中卫星产业总收入 2774 亿美元,占到全球航天产业规模的 77%,较上年增长了 3%,其中卫星制造业收入 195 亿美元,同比增长 26%。发射服务业收入 62 亿美元,同比增长了 34%。两者虽然仅占全球航天产业的 10%左右,但受益于卫星互联网建设浪潮,却是增速最快的两个细分市场。

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本期内参来源:招商证券

原标题:

卫星互联网纳入新基建,产业链迎重要发展机遇  》

作者: 王超 岑晓翔   杨雨南

一、 卫星互联网产业概览

1、卫星互联网概况

2020 4 20 日上午,国家发改委召开 4 月份例行新闻发布会,首次就“新基建”概念和内涵做出正式的解释。卫星互联网首次被列为“新基建”范畴中的信息基础设施。卫星互联网是卫星通信与互联网相结合的产物,是信息网络构建从平面到立体的重要拓展。通过发射一定数量的卫星形成规模组网,辐射全球,构建具备实时信息处理能力的大卫星系统,是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络,具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。

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卫星互联网的特点

按照轨道高度,卫星主要分为低轨、中轨、高轨三类,其中低轨卫星由于传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低,非常适合卫星互联网业务的发展。

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卫星轨道细分分类

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典型卫星轨道示意图

相比与高轨卫星具有低时延、易于实现全球覆盖的特点。国际上,围绕低轨星座互联网掀起新一代太空经济热潮。在需求和市场的牵引下,卫星互联网星座逐渐走向泛在,规模越来越大、应用越来越广,各类运营公司层出不穷,天地网络融合发展。在科学技术创新驱动下,卫星互联网星座容量快速增长、速率显著。

2、 卫星互联网发展沿革

卫星互联网的发展初期可以追溯到上世纪 80 年代,在早期发展阶段中,卫星互联网主要以提供语音、低速数据和物联网等服务为主,主要扮演着对地面通信网络的补充和延伸的角色。经过二十余年的发展,目前卫星互联网进入了与地面通信系统互补合作、融合发展的宽带互联网时期。

1与地面通信网络竞争阶段(20 世纪 80 年代~2000 年):以摩托罗拉公司“铱星”星座为代表的多个卫星星座计划提出,“铱星”星座通过 66 颗低轨卫星构建一个全球覆盖的卫星通信网。这个阶段主要以提供语音、低速数据、物联网等服务为主。随着地面通信系统快速发展,在通信质量、资费价格等方面对卫星通信全面占优,在与地面通信网络的竞争中宣告失败。

2对地面通信网络补充阶段(2000~2014 年):以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,定位主要是对地面通信系统的补充和延伸。

3与地面通信网络融合阶段(2014 年至今):以一网公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)等为代表的企业开始主导新型卫星互联网星座建设。卫星互联网与地面通信系统进行更多的互补合作、融合发展。卫星工作频段进一步提高,向着高通量方向持续发展,卫星互联网建设逐渐步入宽带互联网时期 。

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低轨卫星互联网演进阶段

1990 年前后世界第一轮商业航天浪潮兴起,一群激情澎湃的人论证了许多解决当时“通信鸿沟”的方案,其中不乏用卫星作为全球无缝接入的大计划。2000 年,“铱”卫星系统、“全球星”系统、“轨道通信”系统这 3 个堪称当时世界奇迹的卫星星座陆续上天,然而好景不长,在 3 个星座分别完成部署后的 12 年内,三大低轨通信卫星公司先后进入了破产保护,最终由政府和投资公司将 3 家公司低价收购,在甩掉资产包袱后,三家公司持续运营至今。2010 年后,3 个低轨通信星座都开始筹划或发射第二代星,并将在 2020 年前全部完成组网。

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三大低轨通信卫星系统的指标

3、 技术成本推动第二次卫星互联网建设浪潮

航天的商业价值愈发凸显,吸引了大量新兴力量。许多试图投身航天商业应用领域的新参与者带来了独特的商业模式,进一步促进了相关产业的发展。与此同时,由于小卫星技术的巨大进步,人们开始发现低轨大规模小卫星星座在天基全球通信、遥感等一系列应用领域的巨大价值。大规模低轨星座发射计划层出不穷,呈爆炸式发展态势。

20203 18 日,SpaceX 6 60 颗星链卫星发射入轨,包括实验星在内的总星座卫星发射数量已达 362 颗,代表着其 42000 颗的庞大的低轨星座计划正在逐步推进,也意味着大规模低轨星座已经由方案设想变成现实。低轨道大规模开发利用的“轨道革命”正在发生,航天将迎来一个前所未有的新的发展与变革时期。

根据美国 FCC 发布的频率资源申请信息,目前申请进入美国市场的低轨卫星通信星座计划就有十多个,全球更是有多达几十个类似计划,其中比较典型的是 OneWeb 公司、Telesat 公司和 SpaceX 公司的低轨卫星星座。

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典型商业低轨卫星通信星座基本技术参数

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典型商业低轨卫星通信星座规划情况(第一期)

4、 卫星互联网战略意义及应用前景

轨道及频段资源稀缺,全球战略布局意义重大 。 地球近地轨道可容纳约 6 万颗卫星,而低轨卫星所主要采用的 Ku Ka 通信频段资源也逐渐趋于饱和状态。目前,全球正处于人造卫星密集发射前夕。预计到 2029 年,地球近地轨道将部署总计约 57000 颗低轨卫星,轨位可用空间将所剩无几。空间轨道和频段作为能够满足通信卫星正常运行的先决条件,已经成为各国卫星企业争相抢占的重点资源。

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2029 年全球近地轨道卫星布局及占比

我国天地一体化信息系统建设的需求 。 近年来,中国低轨通信卫星发展布局呈现快速发展态势。“十三五”期间,以航天科技、航天科工为首的央企卫星集团分别提出了自己的卫星互联网计划,并发射了试验星。2020 4 月,卫星互联网首次纳入“新基建”范围,社会资本助推中国航天进入商业时代,全面开启空天轨道资源的战略布局。

卫星互联网建设已经上升为国家战略性工程,融入遥感工程、导航工程,成为我国天地一体化信息系统的重要组成部分。截至目前,中国星座计划中组网数量在 30 颗以上的低轨卫星项目已达 10 个,项目规划总卫星发射数量达到 1900 颗。

相对优势明确,核心应用场景广泛 。 传统地面通信骨干网在海洋、沙漠及山区偏远地区等苛刻环境下铺设难度大且运营成本高,通过部署传统通信骨干网络在互联网渗透率低的区域进行延伸普及存在现实障碍。目前,地球上超过 70%的地理空间,涉及 30 亿人口未能实现互联网覆盖。

建设卫星互联网是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟问题的重要手段,是实现网络信息地域连续覆盖普惠共享的有效补充。其中,低轨卫星通信核心商业应用场景主要包括偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾难应急通信等。

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低轨卫星通信核心应用场景

5、 典型卫星互联网星座建设情况

“铱星”计划 。 铱星移动通信系统是美国铱星公司委托摩托罗拉公司设计的一种全球性卫星移动通信系统,它由围绕地球一共 66 个运作中的通信卫星组成。这个系统原先规划 77 个通信卫星,所以用原子序为 77 的铱来命名。用户通过使用卫星手持电话机,透过卫星可在地球上的任何地方拨出和接收电话讯号。

铱星系统从 1990 年代开始构思,于 1998 11 1 日开始服务。但由于当时市场上并没有足够的需求,在正式运营了仅仅 9 个月后就宣布倒闭,停止运营,于 1999 年进行破产重组。2001 年完成重组。部署耗时 13 年,在轨运营 66 颗卫星,部署成本 60 亿美金。

二代系统(Iridium NEXT),2017 1 月开始部署,并于 2019 年部署完毕。替换一代系统,耗时 2 年,部署成本约 30 亿美金。随着 Iridium NEXT 部署完成,公司目前估值 35 亿美金,2018 年总用户量 130 万,2019 年总营收 5.6 亿美元。项目累计投入约90 亿美金。

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铱星项目发展历程

Starlink”计划 。 星链项目是太空服务公司 SpaceX 计划推出的一项通过近地轨道卫星群,提供覆盖全球的高速互联网接入服务。2015 年,SpaceX 首席执行官埃隆·马斯克在西雅图宣布星链计划,旨在为世界上的每一个人提供高速互联网服务。该计划利用卫星取代传统的地面通信设施,来帮助偏远地区接入高速的宽频互联网,并为城市地区提供价格优惠的服务。

星链计划最初的设想是在地球上空的预定轨道部署由 12000 颗卫星组成的巨型卫星星座。2018 2 22 日,SpaceX 在美国加州范登堡空军基地成功发射了一枚“猎鹰 9号”火箭,并将两颗小型实验通信卫星送入轨道,星链计划由此开启。

2019 10 22 日,SpaceX 首席执行官埃隆·马斯克成功通过星链发送推特,并表示星链已能提供天基互联网服务。2020 6 14 日,SpaceX 成功发射第九批 58 颗星链卫星,已累计发射超过 500 颗。Starlink 的目标是到 2020 年在美国北部和加拿大提供服务,到 2021年将其服务范围扩大到接近全球。

SpaceX 计划在 2020 年代中期之前在三个轨道上部署接近 12000 颗卫星:首先在 550千米轨道部署约 1600 颗卫星,然后是在 1150 轨道部署约 2800 Ku 波段和 Ka 波段卫星,最后是在 340 千米轨道部署约 7500 V 波段卫星。仅星链 1-2 代的卫星建设预算预计近 100 亿美元。

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星链项目建设成本测算

OneWeb”计划 。 OneWeb 是一家全球通信公司公司总部位于英国伦敦和美国弗吉尼亚州麦克莱恩,在加利福尼亚州亦设有办公处,卫星制造工厂位于佛罗里达州,该工厂与空中客车国防航天合资建设。

OneWeb 2019 2 月开始 OneWeb 卫星星座发射,该项目计划由超过 650 颗近地轨道卫星组网。截至 2020 3 月,已发射 74 颗卫星。2019 年,OneWeb 进一步将星座规划扩充至 48000 颗。预计项目一期(600)的建设成本在 50 亿美元左右。

但是由于资金紧缺,难以完成剩余网络卫星发射计划,OneWeb 2020 3 27 日依照美国破产法 11 章申请破产保护。公司随后对 531 名雇员中的 85%进行解雇,并表示将继续维持卫星运营能力,法院同时对公司进行了重整并寻找新的所有权人。20206 29 日,据英国金融时报报道,英国政府和印度移动网络运营商 Bharti Global各自承诺出资 5 亿美元购买 OneWeb 部分股权,双方都将获得 OneWeb 45%的股权。

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OneWeb 项目一期建设成本测算

二、 卫星互联网市场概况

1、 受益于卫星互联网建设浪潮,上游制造业快速增长

根据美国卫星产业协会(SIA)发布的 2019 年《卫星产业状况报告》,2018 年全球发射卫星总量超过 300 颗,在轨业务运行的卫星数量达到 2100 颗,增长了 20%以上。其中,遥感卫星占总数的 39%,商业通信卫星占 22%。

2018 年,全球航天产业规模为 3600 亿美元,卫星产业总收入 2774 亿美元,占到全球航天产业规模的 77%,较上年增长了 3%,其中卫星制造业收入比 2017 年增长了 26%,发射服务业收入比上一年增长了 34%,卫星宽带业务收入增长 12%。

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2018 年全球航天产业市场概况

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历年全球航天产业市场增长情况

全球卫星产业四个细分领域收入概况如下:

1.卫星服务业 。 2018 年卫星服务业收入占据卫星产业最大份额,总收入为 1265 亿美元,较 2017 年下降 1.7%。其中,卫星电视直播收入为 942 亿美元,比上年减少 3%;卫星音频广播收入为 58 亿美元,较上年增长 7%;卫星宽带业务收入为 24 亿美元,较上年增长 14%;卫星固定通信业务收入为 179 亿美元,与上年持平;卫星移动通信收入为 41 亿美元,比上年增长 3%;遥感领域收入为 21 亿美元,较上年减少 5%

2.卫星制造业 2018 年卫星制造业总收入为 195 亿美元,产值增长 26%,是增长最大的领域。其中,美国卫星制造产业收入 115 亿美元,占比约 59%,其他国家总计 80 亿美元,占比约41%2018 年共发射 314 颗卫星,商业通信卫星占 22%,民用/军用通信卫星占 4%,研究与开发(R&D)卫星占 18%,遥感卫星占 39%,科研卫星占 4%,军事侦察卫星占 6%,导航卫星占 8%,其他卫星占 1%

3.发射服务业 。 2018 年卫星发射服务业总收入为 62 亿美元,较上年收入增长 34%,是速最快的领域。2018 年共有 114 次轨道发射,93 次是商业发射,15 次是空间飞行器,6 次不是商业发射。其中,美国商业卫星发射业务收入份额占比为 37%

4.地面设备制造业 。 2018 年地面设备制造业总收入为 1252 亿美元,较上年增长 5%。其中消费设备收入为181 亿美元,GNSS 导航设备收入 933 亿美元,网络设备(VSAT,网关等)收入为 138亿美元。导航设备和网络设备收入有所增长,消费设备收入持平或略微减少 。

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2018 年全球卫星产业四个细分领域市场情况

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2018 年全球航天产业收入构成对比情况(单位:亿美元)

纵观全球卫星产业,卫星服务业和地面设备制造业是全球卫星产业收入的主要组成部分,2018 年二者占比之和达到整个卫星产业收入的 90.74%。传统的卫星产业已非常成熟,静止轨道通信卫星早在几十年前就开始商业化运营,商业通信卫星也是航天领域最商业化的市场,长期占有卫星服务业收入 90%以上的份额。然而随着地面通信技术(4G5G 通信等)与互联网技术的快速发展,传统静止轨道通信市场及其下游应用市场增长放缓并出现一定程度的萎缩。

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历年全球航天产业市场增长情况

10 年来,全球大型商业静止轨道通信卫星采购量正在逐渐下滑。2009 2010 年,全球商业静止轨道通信卫星采购量均达到了 30 颗,然而在 2015 年行业市场出现了转折,2015 2017 年,全球静止轨道通信卫星分别卖出出了 16 颗、15 颗、10 颗,仅为 2010 年销量的一半左右 。

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2008-2018 年全球商业静止轨道通信卫星采购量(单位:颗)

2、 低轨小卫星成为爆发点,美中将成为最大市场

随着卫星技术与应用的不断发展,人们在要求降低卫星成本、减小风险的同时,迫切需要加快卫星开发研制周期。特别是单一任务的专用卫星,以及卫星组网,更需要投资小、见效快的卫星技术。小卫星技术因此应运而生。

目前,国际没有对微纳卫星的界定达成共识。国内一般把 500kg 以下的卫星定义为小卫星,而美国 FAA 目前将小卫星定义为质量在 600kg 以下的卫星,并进一步细分了 5挡。

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FAA 对卫星重量的划分

SIA 统计,2012-2019 年间,全球卫星发射数量快速增长,其中 1200kg 以上的中大型卫星发射需求整体稳定,1200kg 以下的小卫星及小型卫星的发射需求以成了最庞大的客户群体。特别是自 2017 年以来小卫星发射需求的快速增长,带动了卫星制造和发射需求的快速提升。

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近年来全球各重量等级卫星发射情况

根据国际咨询公司 Euroconsult 的研究报告,小卫星(smallsat)制造和发射市场将从2009 126 亿到 2018 年将增长到 428 亿美元。在 2019 年至 2028 年的未来十年中规模几乎翻了两番。该报告预测,未来十年将发射 8600 个小卫星,其中 2019-2023 年平均每年发射 835 个卫星,到 2024-2028 年将平均每年发射 880 个。同时该期报告预测的小卫星发射数量较 2018 年发布的版本预测值增加了 22%。同时未来十年所发射的小卫星平均重量将从过去十年平均的 49kg 提升至 139kg

在市场规模上,预计未来十年小卫星制造及发射产业累计市场空间 430 亿美金,其中小卫星制造市场 300 亿美金,小卫星发射市场 130 亿美金。就地区而言,北美与亚洲将是未来最大的小卫星需求市场,分别占到了全球市场的 41.86%32.59%,其中美国与中国将成为最主要的参与者。

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未来十年全球小卫星发射规模预测

3、 政策不断加码,我国卫星互联网市场广阔

早在 2007 年,国家就发布了《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》,鼓励社会投资和企业参与卫星应用。在一系列激励政策下,卫星应用市场规模逐年扩大。2014 年,我国陆续出台相关指导意见和发展规划,引导商业行业产业发展。在《2016 中国的航天》白皮书中明确要鼓励民间资本和社会力量参与航天事业,大力发展商业航天。而在2019 年,我国出台了首份商业航天领域引导性法规,基调为鼓励有序发展。

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我国商业航天相关政策

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我中国已公开的星座计划(不完全统计)

根据卫星星座计划,按照单星质量*星座规模测算,国家队拟发射低轨卫星 680 颗,总质量约 228 吨,民营企业拟发射卫星 2470 颗,总质量约 385 吨。我们认为,以航天央企为代表的国家队所提出的星座计划一般均经过充足的理论技术论证,大概率会如期完成。

而目前民营企业的星座建设计划不确定更强。我们以公开数据数基础,通过假设国家队星座和民营企业星座不同的完成度来对未来市场空间进行预测。

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我国低轨卫星网市场空间测算

由于低轨卫星在轨生命周期较短,一般在 3-7 年之间,平均寿命 5 年。所以星座一旦开始组网,就会开始折旧,而卫星公司为了尽快实现服务能力,就必须尽可能在最短的时间内把所有的卫星打上去。所以,最佳发射窗口期将集中在未来的某个 3 年周期内。因此预计未来卫星组网高峰期间,我国年均卫星制造及发射市场在 400 亿左右。

三、 卫星互联网产业链梳理

1、 产业链全面发展,上游产业链稀缺性凸显

一般而言,卫星产业主要包含了卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四大环节。产业链上游主要为电器元件及材料厂商,产业链的下游主要是政府、高校、个人等终端用户。

与国外相比,我国卫星产业在卫星研制和发射领域,企业实力突出、竞争力强;而在电子元器件、终端类产品、应用系统和运营服务等领域,目前我国企业规模较小,整体实力偏弱,尤其是芯片、板卡、天线、算法、软件、接收器和终端技术水平与国外顶尖水平差距明显 。

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卫星及其应用产业链结构

自 2015 年起,随着民营资本的进驻,大批民营初创航天企业成立。据未来宇航研究院的数据统计,截止到 2018 年底,国内已注册的商业航天领域公司已超过 140 家。其中,卫星制造企业 36 家,卫星发射企业 22 家,卫星运营企业 39 家,卫星应用企业 44 家。

从卫星的设计研制,到火箭的研制发射,再到卫星在轨运营与商业化应用,商业航天产业链上核心环节,国内都有相关企业的主营业务在萌芽和生长。这意味着国内逐渐构建起商业航天的全产业链,正在形成一套自循环的生态系统。

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商业航天各产业链环节公司分布情况

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商业航天各产业链环节公司分布比例

1、卫星制造 。 卫星制造环节主要包括卫星平台、卫星载荷。卫星平台包含结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、姿轨控制系统、热控系统以及数据管理系统等;卫星载荷环节包括天线分系统、转发器分系统以及其它金属/非金属材料和电子元器件等。

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卫星制造产业全景图

目前国内卫星制造主要分为两个方向:大容量、通用型大卫星和高可靠、低成本小卫星。大卫星研制周期长,成本高,批量生产难度大,基本被航天科技集团五院垄断。而随着低成本、可批量化生产的微小卫星星座逐步兴起,涌现出了更多的市场参与者。

据未来宇航研究院统计,目前国内卫星制造相关企业达到 36 家,其中卫星总体制造 18 家,卫星配套制造 16 家,但专业卫星载荷制造企业仅两家。从行业结构来看,上游分系统或载荷制造企业更为稀缺。

2、卫星发射 。 卫星发射环节包括火箭制造以及发射服务。

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卫星发射产业全景图

1970 年长征一号火箭成功发射开始,航天科技集团一院和八院一直是我国最主要的运载火箭生产商。航天科技一院的主要型号包括长征 2F、长征三号系列、长征五号、 长征七号和长征十一号,其中长征五号是目前我国研制的直径最大、运载能力最强的新一代大型运载火箭。

而有航天科技八院抓总设计的型号包括长征二号定、长征四号系列和长征六号。2016 10 月,依托于航天科技集团的中国长征火箭有限公司正式成立,进一步推进了中国卫星发射产业的商业化。

而航天科工集团旗下的航天科工火箭技术有限公司与 2016 2 月注册成立,核心产品为快舟系列运载火箭,主要包括快舟一号、快舟一号甲、快舟十一号等。其中快舟一号甲于 2017 1 9 日在酒泉卫星发射中心完成首飞,成功实施“一箭三星”发射,实现了我国首次商业运载火箭发射服务。

尽管航天科技和航天科工两大集团推进了中国卫星发射航天的商业化进程,但是长征系列和快舟系列运载火箭搭载能力依然有限,需要民营航天发射公司作为有效补充。据未来宇航研究院统计,目前国内卫星发射相关企业仅 22 家,是四大领域中数量最少的,体现出目前我国航天发射能力的稀缺以及火箭制造行业的技术壁垒。

3、地面设备 地面设备主要包括固定地面站、移动式地面站(静中通、动中通等)以及用户终端。固定地面站包括天线系统、发射系统、接收系统、信道终端系统、控制分系统、电源系统以及卫星测控站和卫星运控中心等;移动站主要由集成式天线、调制解调器和其它设备构成;用户终端包含设备上游关键零部件及下游终端设备。

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地面设备产业全景图

在未来宇航研究院的统计中,并未单独列示地面设备制造行业,主要是地面设备行业综合化程度高,涉及领域广泛,跨行业参与者重多,较难准确划分专业的卫星地面设备制造商。

4、卫星运营及服务 卫星运营及服务主要包含卫星移动通信服务、宽带广播服务以及卫星固定服务等。

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卫星运营及服务产业全景图

目前,我国商业航天发展迅速,但总体来说大多数用户对于商业航天的认识仍然不足,市场需求也未被完全开发。但据未来宇航研究院统计,目前国内卫星发运营及卫星应用的企业合计高达 83 家,其中卫星运营企业 39 家,卫星应用企业 44 家。

卫星应用是四大领域中企业数量最多的领域。按照国际经营,卫星应用市场是卫星产业中最大的市场,目前国内企业体量仍然较小,发展潜力大。

2、 产业链重点企业梳理

中国拥有世界第二大的消费市场,以及全球领先的航天技术。随着商业航天市场的兴起,原来封锁在体制内的人才技术开始与民间资本频繁流动,正是因为站在中国航天这个“巨人”之肩,中国商业航天起点较高,发展势头迅猛,目前迅速构建起全产业链条。

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卫星产业链代表性企业一览

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卫星互联网产业链梳理

智东西认为,目前,地球上超过70%的地理空间、约30亿人口尚未实现互联网覆盖。展望未来,卫星互联网通信具备广泛应用前景,如低轨卫星互联网、航天互联网、车联网等。并且,卫星互联网产业属于高技术、高投入、高产出的战略新兴产业。由于涉及卫星制造、卫星发射、地面设备及卫星运营等多个环节,因此卫星互联网产业被视为拉动未来全球经济增长的新引擎。巨大的市场和发展潜力意味着激烈的竞争。一方面,卫星互联网的部署得到中、美、俄、日、欧等国家和地区的重视,另一方面,低轨道卫星空间轨位及资源日益紧张,各国悄然展开卫星发射“通行证”的争夺战,通信市场的竞争已经从地面走向太空。