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常投格物·产研说（第22期）| 低空经济系列——星网专题

常州人才科创集团

2024-07-11

导读：产研说——聚焦他山之石，拓思路，学长处。

摘要：

星网是基于卫星通信的互联网，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。

SpaceX和亚马逊正以飞快的速度推动着卫星互联网的发展，低轨卫星通信不仅仅是技术的颠覆，也是商业的崭新元年，未来的3至7年将见证卫星互联网进入黄金时期。

一、

星网发展历程

星网的发展起始于20世纪80年代，至今已经历了30余年、三个阶段的发展。目前已发展至与地面通信网络融合的第三阶段，在这个阶段，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。

图1：低轨卫星互联网演进阶段（来源：赛迪顾问，东亚前海证券研究所）

第一阶段：企图替代地面通信网络。这期间以铱星（Iridi-um）、全球星（Globalstar）、轨道通信（Orbcomm）、泰利迪斯（Teledesic）和天空之桥（Skybridge）系统为代表，力图重建一个天基网络，销售独立的卫星电话或上网终端与地面电信运营商竞争用户。但因为这些系统对市场定位与用户选择的错误、技术复杂、投入成本高昂、研发周期长以及系统能力落后，最终宣告失败。

第二阶段：卫星成为地面通信的“填隙”。以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表，既为电信运营商提供一部分容量补充和备份，也在海事、航空等极端条件下面向最终用户提供移动通信服务，与地面电信运营商存在一定程度的竞争，但主要还是作为地面通信手段的“填隙”，规模有限。

第三阶段：卫星与地面系统融合发展。以OneWeb、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。

二、

发展驱动因素

1.战略价值

大国安全与轨道频段资源紧缺双重压力下，“国家队”星网集团成立将加速星网建设的发展。根据国际电信联盟（ITU）规定，在轨道资源上采取“先占先得”的规则，轨道和频谱不可再生，全球遵循的是“先登先占、先占永得”的规则，极具战略价值。这必然带来中国卫星互联网的兴起。

SpaceX的星链计划预计投放4.2万颗卫星，在频率资源上，SpaceX的星链所占用的频率就分布在Ku、Ka这两个黄金频段上，星链首次在俄乌冲突应用体现了低轨卫星互联网的战略价值，SpaceX随即提出星盾计划，标志着低轨卫星互联网正式迈向军工市场，参考北斗系统搭建，中国建设自己的低轨卫星互联网迫在眉睫。

（1）卫星频率和轨道资源抢占已落后，亟待追赶

卫星系统需要经过国际申报—国际协调—国际登记的流程，才能被写入国际频率登记总表，得到国际认可与保护。

在轨道资源方面：我国在轨卫星数量与美国相比仍有较大差距。航天器之间需要保持安全距离以避免碰撞，因此尽管太空广阔，可用的轨道却是有限的。截至2023年，全球共有6718颗在轨运营卫星，其中美国4529个（占全球总数的67.4%），是中国(590个)的7.6倍。美国低轨和中高轨通信卫星数量遥遥领先，尤其是具有低时延、发射成本低等优势的近地轨道卫星，形势更加严峻。

在频率方面：经过多年发展，优质频段都已被瓜分殆尽。较低频率的L、S、C频段资源几乎殆尽，Ku、Ka频段是地球静止轨道宽带卫星的主用频段正在被大量使用，目前巨头企业已提前布局Q/V频段。频谱资源与空间资源是卫星互联网发展绕不开的两个必备要素，优质频率资源的缺失也将限制通信星座的通信带宽，使得通信卫星星座的实际效能受到严重影响。

（2）近地轨道逐渐拥挤对航天活动造成重大威胁

提前占据轨道有利于保证本国火箭发射任务的成功进行。运载火箭需要在一个合适的时间段进行发射，称为“发射窗口”，发射窗口受地球自转、天气情况等众多因素影响。当下我国4大卫星发射基地的年发射窗口次数也较为有限，若未来低轨道被外国卫星大量占据，则未来每次航天发射都需要预先同外国卫星协调进行避让，想要寻找安全的发射时间窗口会越来越困难；我国正常的航天活动也将受到极大影响，若在战时敌国进行外太空层面的空域封锁将对战略导弹打击能力进行封杀，将严重威胁国家安全。

2.商业价值

卫星互联网是基于卫星通信的互联网，通过在低轨道部署一定数量的卫星形成规模组网，为全球提供宽带互联网接入等通信服务。相对于传统地面通信网络而言，卫星互联网可以有限克服地形及地球曲率的影响，并且可以通过增加卫星数量来提高系统容量，在全球通信和互联网接入、5G、物联网、太空军事能力应用等方面极具潜力，得到了各大国的广泛关注。根据统计目前已经有多个国家已逐步开展多个卫星互联网星座部署。

图2：各国低轨卫星星座申报数量

（来源：《我国低轨卫星互联网发展的问题与对策建议》，国盛证券研究所）

三、

卫星产业分析

卫星是一种环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。卫星的轨道会根据其任务需求而不同，通常可以划分为以下类型：低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道、大椭圆轨道和极轨道等。

这些卫星以高速绕地球飞行，低轨道和中轨道的卫星可能每天绕地球飞行多次，而高轨道卫星可能每天绕地球飞行数次至十几次。它们不受领土、领空和地理条件的限制，具有广阔的视野。

1.卫星分类

按运行轨道分类：低轨道卫星（1000公里以下）、中轨道卫星（1000-20000公里）、高轨道卫星（20000-36000公里）、地球同步轨道卫星（36000公里）、太阳同步轨道卫星（倾角相同，不超过6000公里）和极轨道卫星（倾角为90度）。

地球同步轨道轨位由国家申请，属于国家层面争夺的战略性稀缺资源，有效轨位资源紧张，可总共容纳卫星1800颗。

高轨卫星通信系统的优势在于频率协调简单，运行寿命更长，前期建设成本较低。高轨卫星的特点在于卫星数量较少，但单颗卫星的覆盖面积较广，单颗卫星发生损坏即有可能影响整个卫星通信系统的正常运作。而且存在两极覆盖盲区，在实现全球覆盖方面存在现实障碍，同时在特定地形与特定场景通信方面存在一定的难度。

低轨卫星则通常指的是距离地面300-2000公里范围内的近地轨道，单个卫星的覆盖范围一般在几百公里到上千公里直径的面积，大量卫星在这一轨道高度组成星座，从而实现对全域的无缝覆盖，同时地面和卫星之间的通信传输时延仅为几毫秒，足够满足自动驾驶、无人机遥控等实时性要求较高的应用场景。

由于高轨卫星具有局限性，而低轨卫星传输延时小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低，低轨卫星更适合卫星互联网的发展。

2.卫星服务及应用市场

卫星根据用途可分为六大类别，包括通信卫星、导航卫星、遥感卫星、侦察卫星、资源卫星和天文卫星，从商业应用来看，主要有三类：导航、遥感和通信。这三类中通信产业居于核心地位，占比整个卫星行业的71.3%。

（1）导航卫星

主要用于为地面、海洋、空中和太空用户提供导航和定位服务，同时具备通信功能。卫星导航系统拥有传统导航系统所不具备的优势，能够实现全天候、全球范围内的高精度被动式导航定位。

（2）遥感卫星

主要用作外太空遥感平台，可以在指定时间内覆盖特定区域。这一类卫星包括气象卫星、陆地资源卫星和海洋卫星。

（3）通信卫星

主要用作无线电通信中继站，通过中继无线电信号实现卫星与地球站、地球站与航天器之间的无线电通信。这类卫星可以传输各种信息，包括音频、数据和视频等。在整个卫星通信系统中，通信卫星及其测控站构成了通信系统的空间段。通信卫星可根据其专业用途分为直播卫星、海事通信卫星、跟踪和数据中继卫星以及导航定位卫星。

3.卫星产业链

卫星产业可以划分为卫星制造业、发射服务业、卫星服务业和地面设备制造业四大领域。

图3：卫星产业链（来源：网络信息编制）

上游产业链主要是卫星制造及承担发射任务的火箭制造与发射。去年发射次数及发射航天器数量均刷新我国最高记录，实施67次发射任务，发射入轨卫星等航天器221个。随着低轨卫星通信的发展，预计市场规模将继续扩张。可以通过多种方式实现将本增效，降低卫星发射成本，目前主流技术有：一箭多星、火箭重复使用、运载能力升级等。中游产业链主要是地面设备制造业，地面设备包括固定地面站、移动站、设备终端，涉及卫星通信基础元器件、基站、终端等，需求弹性巨大。目前国内地面设备领域呈现科研院所主导、民营企业广泛参与的特点。下游产业链主要是通信运营服务，运营服务资质壁垒高，主要以通信运营商为主。除了三大运营商之外，还包括中国卫通和航宇微。

4.卫星通信系统

卫星通信作为无线电通信形式的一种，信号的中转和传输也要依赖与不同频段的无线电波。在地面雷达系统的应用中，IEEE标准中将无线电波划分为VHF、UHF、L、S、C、X、Ku、Ka 以及EHF等频段。

根据不同业务类型对无线电频段也有大致的划分：C频段（4GHz-8GHz）、Ku频段（12GHz-18GHz）和Ka频段（26.5GHz-40GHz）是目前卫星通信系统中使用最广泛的频段，C频段和Ku 频段主要用于卫星广播业务和卫星固定通信业务，带宽有限且利用较早，目前频谱的使用已趋于饱和。Ka频段主要用于高通量卫星，提供海上、空中和陆地移动宽带通信。此外，频率更高的Q/V（30-300GHz）频段具有波长短、波束较窄、波束旁瓣小、干扰源少等特点将成为各国布局争夺的重点。

卫星通信系统由空间段、地面段和用户段三部分构成：

（1）空间段：以通信卫星为主体，卫星上的转发器是通信卫星的主要有效载荷，也是卫星通信系统空间段最重要的功能组成，用于接收和转发卫星通信地球站发来的信号，实现地球站之间或地球站与航天器之间通信。

（2）地面段：包括支持移动电话、电视观众、网络运营商地面用户访问卫星转发器，并实现用户间通信的所有设施，网关站是地面段的核心设备。卫星通信系统的地面段也包括地面的卫星控制中心和跟踪、测控及指令站，主要负责卫星发射阶段的跟踪和定位，下达变轨、太阳能电池板展开等动作指令，以及卫星在轨运行期间轨道监测和校正、干扰和异常问题监测与检测等。

（3）用户段：主要由各类终端用户设备组成，包括VSAT小站、手持终端，以及搭载在车、船、飞机上的移动终端，以及基于卫星通信的各种应用软件和服务。

5.卫星设备的核心系统

（1）位置与姿态控制系统

理论上，静止卫星在地球同步轨道上的位置是相对稳定的，但实际上卫星需要不断进行轨道控制以保持其相对静止的状态。这是因为地球并不是一个完美的圆球，而是具有一定的曲度，因此卫星受到地球引力的作用会产生微小的扰动，使其轨道发生漂移。此外，太阳和月亮的引力也会对卫星产生影响，导致轨道的扰动，进而干扰卫星与地面站的通讯，甚至信号中断。

卫星的轨道控制系统的任务之一就是负责保持和控制卫星在轨道上的位置。不仅要确保卫星保持在指定位置上，还必须确保它具有正确的姿态。这是因为卫星上的定向天线需要不断指向地球中心或通信区域的中心，由于定向波束在上万公里的高空只有十几度或更窄，所以波束的指向受卫星姿态变化的影响很大。同时，太阳能电池必须朝向太阳，所以卫星的姿态控制非常重要。

卫星的飞行姿态中的每个微小角度都会对太阳能电池板的朝向、信号接收、卫星携带的摄像机视角等产生影响。因此，卫星通常需要配备敏感器，以实时测定其状态和空间方位并且及时进行下一步的调整和修正。

这些传感器包括：

①太阳敏感器

太阳敏感器是一种以太阳为基准方向，利用对太阳辐射的敏感度来测量太阳视线与航天器特定轴之间夹角的设备。太阳敏感器的精度通常在0.01°到0.5°之间，因此在卫星设计中得到广泛应用。

②星敏感器

星敏感器是一种利用恒星的可见光作为基准，测量恒星相对于航天器的角位置的设备。它通过测量恒星在航天器视野中的位置，然后与星历表中的恒星角位置参数进行比较，以确定航天器的姿态数据。

③磁强计

磁强计是一种用地球磁场作为参考基准来估测航天器姿态的装置。因为地球上每个位置的磁场强度都已知，卫星上的磁强计可以测量磁场信息，然后与已知地球磁场数据进行对比，从而推测出卫星相对于地球的姿态。

磁强计具有质量轻、低功耗、宽工作温度范围等优点，因此是一种广泛使用的敏感器。然而，这种姿态推测方法存在一定误差，通常精度约在0.3°到3°之间。此外，在卫星轨道较高的情况下，卫星自身的磁场强度可能会超过地球磁场，因此这种方法通常用于对姿态测量精度要求不高的应用场合，或者用于低轨道卫星。

④陀螺

陀螺是卫星姿态控制系统中的关键敏感器之一，它以惯性空间作为参考基准，能够探测卫星在惯性空间中的三轴角速度，通常与其他敏感器协同使用来确定卫星的姿态。

陀螺主要分为两大类：机械陀螺和光学陀螺。

机械陀螺利用高速旋转的旋转体来感测其自旋轴在惯性空间中的变化。它可以具备定轴性和进动性两种特性。定轴性表示当机械陀螺不受外部扰动时，其自旋轴能够保持在不变的方向。进动性则表示当机械陀螺受到外部扰动时，其自旋轴会迅速调整，以趋近外部扰动力矩的方向，进动角速度与外部扰动力矩的大小成正比。

光学陀螺则不包含机械运动损耗部件，它是一种基于萨格奈克效应的角速度传感器。光学陀螺具有高动态范围、长寿命和高可靠性等特点，因此广泛用于军事和民用领域。

陀螺的精度非常高，具有快速的动态响应，但存在一些缺点，例如较高的功耗、输出漂移(精度随机漂移约在0.0001°到0.1°/h 之间)，以及对环境要求较高，特别是光纤陀螺容易受到磁场和温度的影响。

（2）天线系统

通信卫星的天线系统包括通信天线和遥测指令天线。这两种天线需要具备多项特性，如小体积、轻重量、高可靠性、长寿命、高增益以及能够始终将波束精确指向地球。通常，通信天线采用消旋天线，而遥测指令天线则使用全向天线。

（3）转发器系统

空间转发器系统是通信卫星的核心组件，实际上是一种高灵敏度、宽带的收发信机。其关键在于以最小的额外噪声和失真，以及尽可能高的信号放大程度来有效地中继和传输无线信号。这一系统由天线、收发设备和双工器组成，被安装在卫星上，用于接收来自地球站的信号，经过频率变换和放大后，再发送回各个地球站。

（4）遥测指令系统

卫星的遥测、跟踪和指令系统承担了从卫星发射阶段一直到卫星使用寿命结束的任务，用于监测和控制卫星的运行状态。这个系统通过发送下行信号和接收上行信号，将卫星上各个设备的运行信息传递到地面的卫星测控站，同时接收并执行来自地面测控站的指令信号。

一旦卫星由火箭发射到太空，遥测、跟踪和指令系统就会追踪卫星的位置，进行轨道计算，确定其当前位置和未来的轨迹，还会对卫星进行一系列的健康检查，以确保卫星在正式执行任务之前处于良好状态。遥测系统负责收集卫星各个子系统的数据，将其编码后发送到地面测控中心。指令系统则接收并执行来自地面卫星控制中心的命令，用以调整卫星的运行速度、角度、位置等参数。这一系列操作确保了卫星的稳定运行和任务的顺利执行。

（5）入轨和推进系统

静止卫星的轨道控制系统主要包括轴向和横向两个推进系统。轴向推进系统用于控制卫星在纬度方向的漂移，而横向推进系统则用于控制卫星因环绕速度变化而导致的经度方向的漂移。这些推进系统由小型气体火箭组成，使用一种气体燃料，其点火时刻和燃烧持续时间受地面测控站发送的控制信号精确控制。

此外，推进系统还具有姿态控制功能，可以通过自旋稳定、重力梯度稳定和磁力稳定等方法来控制卫星的姿态。

卫星推进的基本原理是通过加速排出一定物质以产生反推力，从而改变卫星的运动状态。目前每颗卫星通常需要装备1-4个电推进系统，例如Starlink卫星配备了4个电推进系统。而每个推进系统的价值大约为100万元，这意味着单颗卫星的推进系统价值在100-400万元之间。推进技术主要是以下两类：

电推进：将工质电离后送入磁场，然后在磁场的作用下，使离子以极高速度离开卫星，从而产生反推力的推进技术，其中工质常用的例如氙气。电推进系统通常占航天器总重量的10%至50%，是小型卫星减轻重量、提升性能的关键技术支持。随着技术的进步，电推进系统因其微推力、高效率、高比冲、长寿命和可调节推力等特性，将成为小卫星推进系统主流选择。

化学推进：通过燃烧氧化剂和还原剂来释放大量热能，产生高速排放的燃烧产物，从而产生反向推力。这个燃烧过程相当强烈，通常需要大型的发动机来实现，因此通常不适用于小型卫星，而更适用于大型航天器。

图4：卫星的化学推进系统和电推进系统（来源：东北证券）

相较于化学推进系统，电推进系统具有显著的成本效益和性能优势：

①低成本。电推进的成本大约在100至150万元之间，远低于化学推进系统的单台采购成本，后者通常超过300万元。

②低质量高效率。化学推进系统和其推进剂通常占据卫星总质量的10%至30%。而电推进系统的比冲是化学推进的六倍多，这意味着使用电推进可以节省超过80%的推进剂，显著减轻卫星的总质量。

③高精度微推力。由于低轨道卫星的轨道半径较小，需要的加速速度增量相对较小。电推进系统能够提供微牛至毫牛级别的推力，这对于精确控制卫星轨道和姿态至关重要。这种微推力的能力使得电推进系统特别适合于需要精细操作的低轨道卫星任务，为卫星的精确操控提供了强有力的支持。

（6）电源系统

现代通信卫星的电源系统采用太阳能电池和化学电池的组合，以满足对电源系统体积、重量、效率、寿命等性能指标的要求。电源系统由电源控制器、太阳能电池板阵列和蓄电池组构成。

电源系统在卫星的各个阶段，包括地面测试、发射前测试、主动段飞行、转移轨道和同步轨道寿命期内，都承担着整星电能的转换、传输和控制任务。它需要动态调节太阳能电池板阵列、蓄电池组和负载之间的功率平衡，提供一条全调节供电母线以确保卫星平台在全寿命期内可以满足有效载荷的能源需求。

当前，我国的主流GEO卫星电源系统采用了100V全调节母线，其中东方红四号平台电源系统包括6KW、9KW和增强型12KW等配置，代表了我国目前在轨GEO卫星大功率电源系统的最新发展。

卫星的电源系统根据不同的工程需求，主要包括如下五种：

四、

卫星互联网

过去几十年中，航天系统的空间段从单体卫星发展到了分布式卫星系统（DSS）。在分布式卫星系统中，系统任务由多颗卫星分担，以此提高系统性能或实现新的目标。卫星星座就是分布式卫星系统的一个典型例子，它由一组位于相同或不同轨道面的同类卫星组成，可以提供全球覆盖或缩短重访时间。

这种分布式卫星系统通常被看作是彼此之间没有直接交互的同类卫星的集合，其地面段则执行数据采集功能。后来，向这种分布式卫星系统中引入星间通信能力，希望在同一卫星系统的卫星之间实现点对点通信（即星间链路），进而提高任务性能。

图5：卫星互联网（来源：网络）

目前卫星互联网多指利用地球低轨道卫星实现的低轨宽带卫星互联网，相比中高轨卫星，具有低延时、低成本、广覆盖、网速快等优点。针对地面网络的不足（如覆盖受限、难以支持高速移动用户应用、广播类业务占用网络资源较多、易受自然灾害影响等），利用卫星通信覆盖广、容量大、不受地域影响、具备信息广播优势等特点，作为地面通信的补充手段实现用户接入互联网，可有效解决边远散、海上、空中等用户的互联网服务问题。

目前，各国积极战略布局6G技术研究，空天地一体网络架构是6G的核心方向，卫星互联网将与地面移动通信网络充分融合。在这一背景下，卫星通信地面系统、终端设备和运营模式方面的技术发展趋势如下。

地面系统：高通量卫星关口站需要具备大规模的路由和交换能力，以满足高吞吐量的通信需求。地面系统的基带设备需要采用更先进的技术，以提高频谱利用率、适应不同环境和支持大规模用户组网。射频系统则需要提高信号传输和接收效率，包括采用大口径天线、上变频器（BUC）、高功率放大器（HPA）和低噪声放大器（LNA）。此外，研究小型便携式天线和液晶相控阵卫星天线终端，以满足未来个人用户的需求。

通信终端：通信终端的设计应以互联网为基础的网络应用为导向，而不是传统的星型或网状网络。终端设备需要降低成本并提高吞吐能力，包括集成关键部件，如以氮化镓为基础的Ka频段宽带功放模块。此外，需要研发宽角扫描技术以及支持超大数据吞吐的高度集成调制解调器。

运营模式：传统的封闭式卫星网络运营模式由单一运营商负责卫星运营、地面系统构建以及向终端用户直接提供服务。新的开放性运营模式需要更注重网络能力和开放性，以适应通信市场的快速变化。这种模式避免了对资源流量的依赖，从而降低了利润下降的风险，同时也有助于激发创新服务模式。

五、

星链计划与中国星网

1.星链计划

星链计划（Starlink）由SpaceX公司提出并实施，是提供互联网接入服务的卫星群，这些卫星部署在近地轨道上，可以提供覆盖全球的宽带网络接入能力。为住宅用户、商业用户、社会公共机构、政府以及专业用户等提供低时延的低轨道卫星宽带互联网服务，尤其是为光缆和地面基站无法到达的偏远区域提供低成本、高性能的互联网服务，构建天基5G+6G的无线网络能力。

（1）卫星规划与部署

美国SpaceX公司首席执行官埃隆·马斯克于2015年宣布，SpaceX将向近地轨道发射星链卫星，组建一个巨型低轨道卫星星座。2016年SpaceX首次提交Starlink星座申请，目前累计申报超过4万颗卫星发射需求。截至2024年4月，SpaceX已经发射超过6000颗星链卫星，其中大约400颗卫星已脱离轨道，有5600颗卫星正在运行，占到全球总活跃卫星数量的50%左右。

图6：星链累计发射卫星情况（来源：摩根士丹利）

（2）星链卫星星座

目前SpaceX共发射过第一代星座（Gen1 Constellation）包括4类卫星，分别称为v0.9、v1、v1.5和v2 Mini

图7：第一代不同版本卫星发射数量（来源：摩根士丹利）

第二代星座（Gen2 Constellation）是SpaceX即将推出的卫星星座，预计将显著提升用户的通信速度，由v2卫星构成。Gen1星座不支持卫星与手机直连，未来Gen2的建设将是互联的重要一环。

（3）星链在军事的应用

2022年12月，SpaceX推出了新的业务部门：Starshield（星盾），正式将星链卫星用于军事领域，服务美国政府及军方。

（4）技术拆解：

星链卫星采用透明转发和星间链路传输方式。透明转发借助地球站实现数据转发，完成用户间通信。早期星链卫星不具备星间链路，只能通过透明转发方式实现；星间链路卫星采用激光实现卫星之间的信息传输和交换，2021年9月发射的v1.5版卫星加装了激光星间链路，可实现太空中卫星之间的信息传输和交换。

图8：左：透明转发模式右：星间链路模式

（来源：《浅析“星链”卫星系统的发展及其影响》）

为满足星链多批次多卫星快速发射的需求，星链卫星采用可快速复制的模块化设计方式，整个卫星系统主要包括离子推进器、自动避撞系统、卫星跟踪装置、相控阵天线和太阳能帆板等。

图9：Starlink卫星子系统（来源：根据官网资料编制）

目前，Starlink卫星经历了从v1到v1.5，再到v2 Mini三个版本，当前在其星座中运营着v1.5卫星和v2 Mini卫星。v1和v1.5卫星分别重约260公斤和310公斤，v1.5相比v1最大的提升是增加激光星间链路。SpaceX可使用猎鹰9号一次发射60颗v1或54颗v1.5卫星；v2卫星的重量约1.25吨，在Starship运载火箭成功前，将先发射v2 Mini。v2 Mini卫星虽然叫Mini，但单星重量达到了800公斤左右，但服务能力提高4倍。猎鹰9号一次可以发射21颗v2 Mini卫星。未来v2卫星将依托SpaceX的Starship进行发射，每次可发射110-120颗。

（5）成本拆解：

①Starlink卫星制造成本

星链星座单星研制成本大概50万美元。按5000颗卫星数量计算，卫星制造总成本为25亿美元。Starlink卫星制造成本低的主要原因是内部研发制造且大量使用工规级器件。星链完全沿袭了SpaceX在火箭研发的做法，所有星座方案设计和卫星研制工作都在公司内部闭环生产如卫星间激光通信设备、霍尔推进器、太阳能电池板、反作用轮等子系统以及卫星各系统所需的专用芯片、印刷电路板（PCB）、现场可编程门阵列（FPGA）等，均由星链部门研发并在雷德蒙德的工厂或SpaceX的霍桑总部生产，最后在雷德蒙德总装。

②Starlink发射成本

星链计划组网卫星折算单星发射成本仅约35万美元。按单星35万美元的发射成本计算，当前5000颗卫星的发射成本为17.5亿美元。

③其他成本

地面站：150座地面站，按单站0.3亿美元成本计算，则总成本为45亿美元。按照10年折旧，年折旧4.5亿美元。

运营成本：从事Starlink业务员工预计在1000人左右，按照人均成本10万美元/年，年均成本1亿美元。

粗略估算，以5000颗卫星规模来计算，当前Starlink总成本为14亿美元/年。

2.中国星网

（1）踏上征程

我国卫星互联网处于前期建设阶段，以航天科技、航天科工为首的央企卫星集团率先启动星座计划。

鸿雁星座：由中国航天科技集团发起，2018年12月完成技术验证星发射入轨标志着该星座建设全面启动。鸿雁一期由60颗卫星组成；鸿雁二期预计2025年建设完成。整个系统由324颗卫星组成，可实现覆盖全球的互联网接入。

虹云星座：由中国航天科工集团发起，计划发射156颗卫星实现全球组网，2018年12月完成技术验证星发射入轨。预计到2025年左右，实现全部156颗部署，完成星座构建。

（2）蓄势待发

2021年4月中国星网集团挂牌成立，标志着“国家队”正式出征。次年，中国星网的星网工程（GW）得到ITU正式批复立项，星网工程将建设一个包含12992颗卫星的庞大星座系统。未来中国星网将成为我国卫星互联网行业的“带头人”。根据ITU公开资料显示，星网工程包含两个子星座GW-A59和GW-2，总卫星数12992颗。轨道高度属于500km-2000km低轨区域。轨道倾角范围为30°-85°。使用频段范围为37.5-51.4 GHz，分布在Ka和V频段。

（3）发射规划

根据ITU要求，卫星星座申请后必须在一定时限内完成星座建设。在申请后的七年内必须发射第一颗卫星并正常运行90天，之后的2年/5年/7年内，须将整个星座的10%/50%/100%的卫星发射并投入正式使用，逾期将对星座资源进行削减或取消。以此推断，2029年年底前星网要完成至少1299颗卫星的发射入轨，2032年年底前完成至少6496颗卫星的发射入轨，最迟2034年年底前完成全部12992颗卫星的发射入轨，星网建设完成并投入使用。

图10：我国星座发射数量预测（单位：颗）（来源：方正证券）

（4）成本拆解：

①制造成本

目前我国卫星制造成本大幅高于Starlink，单颗过亿。急需采用新技术、新工艺，引入工规级替换宇航级元器件，有效降低卫星制造成本。此外，面对卫星互联网大规模卫星组网发射需求，规模化生产是降低卫星制造成本的核心途径。目前我国已有多家科研院所建成智能化生产线，代表性的具体如下：

②发射成本

我国当前火箭发射单位载荷价格高昂。2020年快舟一号甲火箭卫星发射成本1万美元/公斤，而SpaceX拥有回收一级火箭的能力，大大降低发射成本，每公斤发射费用约为2700美元。

我国正在努力降低发射成本，如星河动力“一箭多星”实现、长征8R火箭的可回收、天龙二号（遥一）液体运载火箭成功首飞、液氧甲烷火箭朱雀二号成功发射和双曲线二号验证火箭完成垂直起降飞行试验等，中国低轨道每公斤发射价格有望在2030年前降低至5000美元，在2035年前可降低到单公斤价格2719美元。

图11：卫星载荷单价预测（单位：美元/公斤）（来源：方正证券）

六、

卫星互联网发展商业逻辑

自全球兴起卫星星座计划的热潮以来，除少数几家企业形成初步的商业闭环外，其余大多数都还处于初期探索阶段，系统设计、商业渠道和盈利模式尚不成熟，同时，还面临着如频谱资源和落地权的协调，以及如5G、高空通讯系统等其他通信方式的竞争，目前还远未达到产业成熟发展的阶段。

行业先行者Starlink已经展示了卫星互联网的商业潜力，采用不限制流量的包月模式，用户数量已超过150万，有望实现盈利。此外，随着华为Mate 60 Pro等智能手机的推出，卫星通信技术开始进入大众消费市场，预计将提高卫星互联网的经济性，并加速国内卫星通信系统的建设。

所以，在2034年我国星网建设完成前，将会有大量应用场景形成测试并落地，分析如下：

同时，也将形成以下几种发展方向：

1.卫星制造一定是朝批量化、标准化和低成本化发展。小卫星技术将成为影响卫星制造未来发展的关键，10-100公斤级的小卫星和立方星会成为主要的两种模式。

2.强大的数据平台和数据处理方式是卫星行业的价值所在。利用卫星收集数据仅仅是开始，更大的市场空间存在于对海量数据的处理和个性化服务，这就需要依托于强大的数据平台和数据处理方式去实现，而这才是小卫星行业的核心价值所在。

3.卫星通信未来和地面5G网络是个相互补充的格局。随着卫星成本的进一步降低，在地面光纤和基站难以覆盖的区域，卫星通信和天基互联网会成为地面5G网络的补充，并且卫星产业的新增用户带来的边际成本相对有限，其发展基本满足“成本降低→用户增加→成本继续降低→用户快速增加→人均成本降低到普及水平→用户数量大爆发”的路径。

4.我国在建设空天地海一体化的卫星通信网，一个办法是把中低轨卫星变成像5G毫米波基站一样，对地用多波束进行覆盖。而在更低一点的环境中，高速发展的无人机也有机会作为基站载体，通过灵活组网抢先拓展应用。

END

文字：陈家琪

编辑：恽馥溢

审核：徐澄

【声明】内容源于网络

常州人才科创集团

常州人才科创集团坚持“政府引导、市场运作”的工作思路，聚焦“人才+科创+资本”服务模式，系统构建“科创人才招引、科创项目孵化、科创投资集聚、科创生态服务”四大功能平台，助推新兴产业人才项目落地壮大。

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