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我们将从产业发展和资本驱动的视角对前沿技术变革、企业创新和产业生态进行系统性思考，探索未来科技发展的挑战与机会，为价值投资提供路线指引，为产业转型升级提供智力支持。
编者按
光通信是光电信息产业的一个重要分支，在新的卫星互联网浪潮之下，激光通信成为星间通信的关键技术路径，也将带来新的通信产业机会。本文为【光电信息产业】系列研究之激光通信篇，作者从技术定义、产业意义、布局思路等维度对激光通信产业进行了系统阐述。所述内容多为个人思考，如有不妥之处，欢迎各位读者批评指正！
核心观点：
布局低轨卫星通信网络，兼具战略与经济价值。基于国家安全建设方面的考量，是低轨卫星通信网络竞争的底层动因。同时，低轨卫星通信网络将推动卫星通信进入低成本服务阶段，将孵化巨大的商业机会。
面向卫星互联网，不论是星间通信还是星地通信，最根本的需求在于高通量实时通信，此外卫星互联网涉及国家安全，信息保密也至关重要。激光通信优势明确，将是低轨卫星通信网络的关键技术路径，是卫星互联网产业链的核心价值环节。
在技术与市场两个层面，星间激光通信均处于产业化转折点。就产业布局而言，受大气校正模型技术的限制，空、地激光通信的产业化拐点将在5年以上，因而短期内更应重点布局星间激光通信的相关技术，加速产业化进程。从行业发展角度而言，现阶段推动激光通信行业的标准化对加速其产业化至关重要。
【以下为正文】
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2022年5月15日，SpaceX在24小时内连续发射两批“星链”卫星。本次发射是自2019年5月首批60颗“星链”卫星上天以来，SpaceX专项组网部署的第45、46批卫星，也是2022年的第12、13批组网专发。至此，“星链”卫星发射数量累计达到2600颗，未来更是计划实现4.2万颗卫星组网。
以“星链”为代表的卫星互联网星间通信已开始采用激光通信方案。可以预见的是，激光通信凭借其技术优势或将成为星间通信的主流方案。在新一轮卫星互联网产业浪潮中，全球多个航天强国争相布局卫星互联网星座，形成组网通信卫星发射的“井喷”之势，为激光通信技术落地创造了巨大的产业空间。星间激光通信即将迎来产业拐点，成为光电产业布局的重点。
以卫星为接入手段，卫星互联网可实现高速通信
卫星互联网自上世纪80年代开始已有30多年的发展历史，由于低轨卫星互联网具有宽带化、广覆盖、低延时的特点，卫星通信已从地面通信的补充阶段逐步进入到与地面通信网络融合发展的新阶段。
一般而言，卫星互联网是以卫星为接入手段的互联网宽带通信服务模式，通过发射一定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，构建具备实时信息处理的大卫星系统，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。
根据所在轨道高度不同，通信卫星通常分为地球同步轨道卫星、中地球轨道卫星和低地球轨道卫星。相较于高轨卫星通信网络，低轨卫星通信网络具有多方面优势：一是可与地面实现相对短距通信，解决高轨卫星通信网络的高延时问题，二是可基于星座设计实现全球无缝覆盖服务，拓宽应用场景；三是低轨卫星制造、发射的低成本化，将使得卫星宽带服务与运营更具经济性，推动卫星互联网市场化发展。因此，目前卫星互联网的建设重心为低轨卫星通信网络。
卫星互联网概念图
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需要说明的是，卫星互联网的本质意义在于基于卫星的高便捷通信，现阶段卫星互联网主要聚焦于面向地球的通信，但未来随着月球探测、火星探测以及小行星探测等星际探测工程的持续开展，深空通信也将成为卫星互联网的一个重要组成部分。
NASA未来规划的深空任务支持星座
数据来源：公开资料
布局低轨卫星通信网络，兼具战略与经济价值
自2014年底至今，全球范围内至少提出了6个大型低轨卫星通信网络项目，除SpaceX的“星链”计划之外，英国通信公司Oneweb、亚马逊Kuiper、加拿大Telesat、波音等公司相继规划了宏大的卫星发射计划。各方之所以纷纷布局低轨卫星通信网络，是因为其建设具有巨大战略与经济价值，事关国家安全并将孵化巨大的商业机会。
基于国家安全建设方面的考量，是低轨卫星通信网络竞争的底层动因。由于轨道、频率是非可再生的有限资源，因此具备“先发优势”的国家将率先掌握对全球信息通信的上游规则制定权。延伸到军事层面，一旦高弹性抗毁的巨型低轨卫星通信网络部署完成，将极大拓展战场实时信息交互和指挥控制能力，或彻底改变信息化战争模式。一个突出的例子是，2019年底，美国空军1架C-12侦察机基于“星链”通信实现了610兆/秒的数据下行速度，是美军现行通信标准5兆/秒速度的102倍。
此外，低轨卫星通信网络将推动卫星通信产业进入低成本服务阶段，或将孵化巨大的商业机会。目前的卫星通信市场规模不足地面通信的1%，而且主要应用在特定场景，但实际上许多民用场景通信诉求尚未满足，诸如海事、灾时通信、车联网等场景。根据中金公司研究部推断，随着卫星通信的低成本化，在民用领域，低轨卫星通信将率先落地专网、车联网、宽带接入、移动电话等场景，拉动万亿市值。
卫星互联网星座作为基础性战略资源，不仅涉及市场问题，更关乎国家安全。因此，在国内外加速建设卫星互联网的背景下，我国也在着力布局低轨卫星通信网络。
2021年4月28日，中国卫星网络集团有限公司正式成立，作为统筹、规划及运营我国卫星互联网的“国家队”，调动航天、电信两大产业资源，统筹布局低轨卫星通信网络的建设，加速卫星互联网产业的建设进程，在国际竞争中建立核心竞争优势。
激光通信，或将成为低轨卫星通信网络首选方案
激光通信是以激光取代传统微波作为载体，将语音和数据等信息调制到激光上进行传输。按照激光传输环境的不同，卫星激光通信分为两类：一是星间激光通信，即真空环境下的激光通信，主要包括卫星与卫星（包括深空）、飞船、空间站等之间的通信；二是星地通信，即大气环境下进行的激光通信，主要包括卫星与地面、空中飞行器的连接等。
进入卫星互联网时代，无论是星间通信还是星地通信，最根本的需求在于高通量实时通信，并且由于涉及国家安全，信息保密也至关重要。相较于射频通信与微波光子技术，星间激光通信不仅能够避开日趋激烈的空间频率资源竞争，还具备更高的传输带宽、更小的天线尺寸和更小的激光束散角，同时具备更高保密性等独特优势，无疑成为低轨卫星通信网络的关键技术方案。
尤其随着核心技术的攻关与主要器件成本逐步可控，激光通信技术路径更具竞争力，低轨卫星通信网络在星间通信技术路径选择上已有明确倾向性。2021年中国卫星网络集团有限公司成立后，试验星搭载了激光通信载荷。2021年，美国SpaceX发射的“星链”卫星也均搭载激光通信载荷。鉴于市场确定性的提高，更多的专业激光通信公司不断涌现，比如日本索尼美国子公司（SCA）于2022年6月7日宣布成立专门从事太空激光通信业务的索尼太空通信公司（SSC），建立并推广商用太空激光通信网络。
总之，随着技术的发展与实践，激光通信成为卫星互联网通信关键技术路径的趋势已然明确，将持续渗透低轨卫星通信网络产业链，成为卫星互联网通信的核心价值环节，并在未来大幅提升全球卫星互联网的通信能力与产业价值。
激光通信产业链
中科院创投制图
星间激光通信产业未来可期，入局正当时
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近年来，随着核心技术的攻关以及低轨卫星通信网络产业浪潮开启，星间激光通信作为产业核心价值环节，也将迎来产业发展拐点，商用趋势明确且未来想象空间巨大。
在技术层面，星间激光通信已具备商业化条件。从20世纪70年代发展至今，以美国、欧洲、日本、中国为代表的国家在卫星激光通信技术领域已完成理论发展、关键技术攻关及在轨技术验证。2016年，首条商用激光星间链路投入使用，欧洲空中客车集团（Airbus）的空间数据高速公路用高轨卫星上配置的Tesat公司激光通信载荷接收4颗低轨遥感卫星的影像数据，通信速率达到1.8Gbps，属于激光通信技术发展的里程碑事件。
近几年来，激光通信技术的商业化趋势逐渐抬头，诸如国内航星光网已向天仪研究院交付激光通信载荷用于“行云”星座（计划发射80颗行云小卫星，建设中国首个低轨窄带通信卫星星座，打造最终覆盖全球的天基物联网），星间激光通信处于即将大规模实用化阶段。
从市场发展层面，激光通信将是卫星互联网产业最先落地的价值环节。据不完全统计，截至2022年6月，国际电信联盟公布的世界各国申报的卫星网络资料中，中国、美国、英国、法国、德国等国家的主管部门申报了130余个由数十颗至数万颗非对地静止轨道卫星组成的星座，其中万颗以上卫星数量的巨型星座就有18个，“星链”、“OneWeb”、“O3B”等均已进入实际部署阶段。正如前文提及，中美低轨卫星通信网络均采用激光通信技术，市场潜力未来可期。而且近几年处于低轨卫星通信网络密集建设阶段，激光通信作为上游环节，将会率先享受到卫星互联网带来的产业红利。
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从技术攻关角度而言，受大气校正模型技术的限制，空、地激光通信的产业化拐点将在5年以上，短期内更应重点布局星间激光通信的相关技术，加速产业化进程。因此，精准跟瞄与低成本设计将是当前的重点研发方向；中期目标则是攻克大气校正模型以及更高速、远距离通信技术，以落地星地通信、地地通信；面向更长远的未来，激光通信的集成化、网络化将是技术攻关的重点。
从行业发展角度而言，现阶段推动激光通信行业的标准化对加速其产业化至关重要。激光通信标准体系包括大气观测及应用标准、通信协议标准、工程建设标准、产品标准四个模块，其中大气观测及应用标准是激光通信的基础标准，是工程建设的重要输入条件，通信协议标准是激光通信的顶层标准，是后续确定工程技术方案、开展终端产品研制的依据，应率先制定。
李娜
高级分析师，专注光子产业研究
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