【关注】卫星制造及接收端产业研究：浩渺行无极，卫星逐月日千里- 大数跨境

新鼎资本

2024-02-21

1. 投资要点

一、卫星制造端与发射端作为基础设施，在前周期市场表现强劲，增速较为迅猛

（1）迭代技术升级和低成本途径的选择已成为首要趋势。在降低卫星成本方面，采用低成本技术途径至关重要。包括采用透明转发器简化卫星设计、使用电推进系统来减轻卫星的发射质量、以及利用平板形式的相控阵天线来缩小卫星体积以提高火箭运载效率等等。例如，Starlink 首次采用了氪电推进系统，以取代氙电推。此外，卫星部件的模块化接口设计可以实现卫星的规模化制造，并且不同供应商提供的卫星部件之间能够兼容。随着成熟的 3D 打印技术被应用于卫星制造领域，商业卫星公司将不断推进卫星的模块化设计、轻型化、规模标准化和 3D 打印生产，从而不断降低卫星研制成本和迭代周期。同时，轻型复合材料技术、微电子技术、微光电技术、微型计算机和微型机械以及高精密加工等高新技术的不断发展和集成应用为卫星的轻型化提供了技术支持。

（2）自动化大规模生产是实现成本降低的关键因素。对于降低卫星成本来说，自动化大规模生产至关重要。传统卫星制造过程极度定制化，通常每年只会生产数颗卫星，导致其价格居高不下。随着对低轨互联网卫星星座需求日益增长，传统航天集团的卫星制造模式已无法满足产能和成本方面的需求。因此，自动化和大批量生产变得至关重要，应用柔性生产技术是达成这一目标的有效手段。OneWeb 与空客公司共同组建了 OneWeb Satellites 公司，该公司率先引入工业规模生产技术于卫星制造领域中。可以更快地、更经济地生产出高质量的卫星。目前该公司已实现每天两颗卫星的产能, 其成本比传统制造商降低了一个数量级。中国也步入了大规模卫星生产时代，航天科工二院自主研发了小型智能化生产线，首颗由该生产线下线的卫星意味着年产量将可达 240 颗, 银河航天官网显示，目前可以达到 7 天 1 颗卫星的生产速度，随着商业航天第二级介入，中国在卫星制造领域将不断取得新进展，自动化与大规模生产正深刻改变着整个卫星制造行业。

（3）火箭制造及发射持续攻关，一箭多星成为降低发射成本的关键。商业火箭主要通过接收商业卫星和国家卫星等有效载荷订单来盈利。由于中国特有的体制因素，国家卫星订单预计不会成为目前商业火箭主要的收入来源。制造液体燃料、大推力和可回收能力的火箭（以降低发射成本）将成为未来商业火箭制造和发射企业的重点发展方向。在商业航天不断发展的过程中，动力系统将成为火箭制造的关键环节，国内的蓝箭航天应用液氧甲烷的技术路线，不断在火箭动力环节进行突破，并且成功实现了整箭的研发生产制造，随着商业航天的入场，我们认为 2024 年将是商业航天发射元年，银河航天、天兵科技、东方空间将不断发射商业火箭，将极大的减少火箭运输成本。目前中国单颗卫星的制造成本超 Starlink 4 倍以上，随着商业卫星公司的进入，有待进一步提高成本效益。随着国内技术创新、自动化生产和规模化运营手段的应用，在卫星制造端和发射端都存在极大降本增效的潜力，有望推动中国卫星互联网行业迈向更加可持续和具有更强劲竞争力的未来。

二、全球卫星互联网产业发展进入高速快车道，卫星应用发展空间巨大

当前高通量卫星技术的发展促使卫星互联网通信的性能大幅提升，在用户成本的快速下降的背景下，叠加海内外政策催化，卫星互联网将迎来迅速发展，卫星接收终端也将有更广阔的发展空间。

（1）政策催化，卫星互联网成为国家战略。国内方面，我国“十四五规划”明确指出要加快布局卫星通信网络，推动卫星互联网建设。随着中国星网组建成立，我国星座建设逐步走向协调统一，由国家统筹频段轨道资源，发挥举国体制优势；且国内长三角 G60 星链项目一期工程正在逐步落地，将对卫星制造端、应用端带来明显的促进作用。海外方面，今年欧洲议会议员投票通过新型卫星网络，将部署欧盟自主宽带卫星网络用于军事、政府与公众用途，成为欧盟第三个主要的卫星计划。SIA 预计中国卫星互联网 2025 年市场规模将达到 447 亿元，2021-2025 年复合增长率达到 11%。

（2）市场趋势：根据 SIA 发布的数据显示，近年来全球卫星地面设备市场呈现快速增长态势。从 2012 年的 754 亿美元增长至 2020 年的 1353 亿美元，年均增长率达 7.58%。2019 年 SIA 发布的全球卫星产业报告表明, 占据消费设备中最大市场份额的是各类卫星导航设备。按照中国信息通信研究院预计, 我国于 2027 年的卫星通信终端市场规模将达到 10.2 亿美元。

（3）应用拓展：我国卫星系统不断拓展其应用领域，并形成完善的产业体系。例如卫星导航技术在传统领域如测量测绘、数据采集之外，在物联网、安全监测、自动驾驶以及“一带一路”倡议等新兴领域得到广泛运用和扩展。随着新兴产业不断发展，高精度卫星导航技术将与大数据、人工智能等深度融合，共同塑造未来互相促进发展的格局。

2. 通测万里，万物互联

卫星，又称人造卫星(Artificial Satellite)，是指在地球空间轨道上运行的无人航天器。它们遵循基本的天体力学原理绕地球运动，但由于受到多种因素的影响，包括非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力以及光压，因此其实际运动情况非常复杂。人造卫星是数量最多、用途最广泛、发展速度最迅猛的航天器之一，其发射数量约占所有航天器发射总数的 90%以上。

人造卫星可分为三大类，分别是科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。科学卫星用于科学探测和研究，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星。这些卫星的任务包括研究某一星球的大气、辐射带、磁层、宇宙线、太阳辐射等，同时也可以用来观测其他星体。目前为止，全球发射的大多数的人造卫星都是人造地球卫星，除了地球卫星之外，还有一些人造卫星用于探测火星、月球等其他星球。

2.1. 人造卫星发展历史

人造卫星通常由专用系统和保障系统两部分组成。专用系统，也称为有效载荷，是与卫星执行的具体任务直接相关的部分。应用卫星的专用系统包括通信转发器、遥感器、导航设备等，根据其用途的不同而有所区别。科学卫星的专用系统则包括各种用于空间物理探测和天文观测的仪器。而技术试验卫星的专用系统则包含了用于测试新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料的实验设备。

保障系统是确保卫星和专用系统在太空中正常运行的关键组成部分，也被称为服务系统，主要包括结构系统、电源系统、热控制系统、姿态控制和轨道控制系统、以及无线电测控系统等分系统。对于返回卫星，还会包括返回着陆系统。

2.2. 卫星轨道的精密之舞

卫星轨道参数是一组用来描述卫星在太空中位置、轨道形状和方向的参数。在太空中，卫星受到地球引力等多种力的影响，它们的轨道通常以开普勒椭圆轨道为一阶近似。然而，由于地球的形状、大气阻力、其他星球的引力等因素存在，实际轨道与理想开普勒轨道会有一定的偏差，这种现象在航天领域被称为“轨道摄动”。卫星轨道的形状和大小由长轴和短轴决定，而轨道在空间中的方向则由交点角𝛺、近地点幅角𝜔和轨道倾角𝑖确定。这五个参数被称为卫星轨道要素(根数)，有时还会加上近地点时刻𝑡0，共同构成六个要素。通过这些要素，可以在任何时刻确定卫星在太空中的精确位置。

1.轨道面倾角：是赤道平面与卫星轨道平面之间的夹角，它表示了轨道的倾斜程度，即处在卫星轨道升段时，从赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角。 2.高度：指卫星离地球表面的距离，通常以公里或千米为单位。 3.星下点：是卫星与地球中心连线在地球表面的交点，表示卫星在地球上方的位置。 4.升交点：是卫星轨迹从南向北穿越赤道的点，也可以理解为轨道平面与赤道平面的交点。 5.周期：表示卫星绕地球一周所需的时间，通常以分钟或小时为单位。 6.载距：是卫星绕地球一周，地球自转过的度数，用来表示卫星在轨道上的位置。 7.偏心率：是轨道的形状参数，表示焦距与轨道半长轴之比，用来描述轨道的椭圆程度。 8.近地点角：是轨道平面内升交点和近地点与地心连线之间的夹角，用来描述卫星轨道在空间中的位置。人造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。这使它们能够迅速与地面进行信息交换，包括信息的传输和接收，还能够获取大量地球遥感数据，一颗地球资源卫星可以遥感覆盖数万平方千米的地表面积。

地球同步转移轨道(Geostationary Transfer Orbit，GTO)，指近地点在 1000 公里以下、远地点为地球同步轨道高度(约 36000 公里)的椭圆轨道。地球同步转移轨道为霍曼转移轨道的运用之一，为椭圆形轨道，经加速后可达地球静止轨道(GEO)。地球同步轨道(Geosynchronous Orbit，GSO)，位于地球同步轨道的人造卫星，其高度约为 36000 千米，与地球自转方向同向运行，轨道形状为圆形，位于地球赤道平面上。它们的运行周期与地球自转一周的时间相等，即 23 小时 56 分钟 4 秒，卫星在轨道上的绕行速度大约为每秒 3.1 公里，其运行角速度与地球自转的角速度相匹配。在地球同步轨道上部署 3 颗通信卫星，可以实现除两极地区以外的全球通讯覆盖。这种类型的卫星被广泛用于各种应用领域，是太空科技发展中用途最广泛且发展最迅速的太空器之一。

① 地球静止轨道(GEO：Geostationary Orbit)(正圆轨道)

当同步轨道卫星的轨道面倾角为零度，即卫星在地球赤道上空运行时，由于其运行方向与地球自转方向相同，运行周期与地球同步，因此，从地球上观察卫星，它似乎悬挂在太空中保持静止状态。因此，零倾角的同步轨道被称为静止轨道，而在静止轨道上运行的卫星被称为静止卫星。静止卫星具有重要的通信功能，因为它们可以实现与地面站之间持续的信息交换，这显著简化了地面站所需的设备。绝大多数通过卫星传递的电视转播和通信都依赖于静止通信卫星来实现。这使得静止卫星在通信领域发挥着关键作用。把携带有可见光和近红外光传感器的海洋卫星发射到静止轨道上，这样就可以监测海洋环境的细微变化，比如 GOCI 卫星。这种轨道的倾角为零，地面上的人看来，在这条轨道上运行的卫星是静止不动的。一般通信卫星，广播卫星，气象卫星选用这种轨道比较有利。地球同步轨道有无数条，而地球静止轨道只有一条。

② 倾斜地球同步轨道(IGSO：Inclined Geosynchronous Orbit )

倾斜同步轨道是一种特殊的地球同步轨道，其特点是轨道倾角不为零。IGSO 的星下点轨迹呈现出一个跨越南北半球的“8”字形状，并且与赤道相交于一个特定的点，通常称为交叉点。

③ 极地轨道同步轨道，又叫太阳同步轨道(SSO：Sun-synchronous Orbit )

卫星绕着地球自转轴，方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度(360 度/年)的轨道，它距地球的高度不超过 6000 千米。在这条轨道上运行的卫星以相同的方向经过同一纬度的当地时间是相同的。在太阳同步轨道平面始终与太阳保持固定的取向，也就是轨道平面与太阳视线的夹角不变，这就保证了太阳的光照基本不变。太阳同步卫星每天在相同的地方时经过世界各地，每天在大致相同的太阳对地光照条件下观测地面。在这条轨道上运行的卫星跟地球和太阳保持“三点一线”，有较固定的光照条件，卫星每次飞越一个地方时，太阳都从同一角度照射该地，所以气象卫星、地球资源卫星一般采用这种轨道。近地轨道(Low Earth Orbit ，LEO)，也被称为低轨道，是指位于相对地面较低高度的航天器轨道。虽然没有精确的定义，但通常情况下，高度在 2000 公里以下的近圆形轨道都可以被称为近地轨道。近地轨道卫星离地面较近，因此它们广泛用于对地观测、测地卫星、空间站以及某些新型通信卫星系统。在近地轨道中，物体仍然会受到热层(距离地面约 80 至 500 公里)或外气层(距离地面约 500 至 1000 公里之外)的气体阻力影响，具体影响取决于轨道的高度。一般而言，近地轨道在大气层与内范艾伦辐射带之间，高度通常不低于 300 公里，否则由于大气阻力或高能粒子的影响，卫星轨道将变得不稳定且不适合使用。

中地球轨道(Medium Earth Orbit， MEO)，也称为中圆轨道，是位于低地球轨道(高度约在 2,000 千米)和地球静止轨道(高度约在 35,786 千米)之间的人造卫星运行轨道。这种轨道通常用于导航卫星，例如全球定位系统(GPS，高度约在 20,200 千米)、格洛纳斯系统(高度约在 19,100 千米)、北斗卫星导航系统(高度约在 21,500 千米)以及伽利略定位系统(高度约在 23,222 千米)。另外，一些跨越南北极的通信卫星也使用中地球轨道。中地球轨道上的卫星运行周期通常在 2 至 24 小时之间，但大多数卫星的运行周期约为 12 小时左右。其中，最早的通信卫星“Telstar”就采用了这种轨道。

极地轨道(Polar Orbit)，极地轨道是轨道平面与赤道面夹角为 90°的人造地球卫星轨道。人造卫星运行时能到达南北极区上空，即卫星能飞经全球范围的上空。需要在全球范围内进行观测和应用的气象卫星、导航卫星、地球资源卫星等都采用这种轨道。

2.3. 卫星系统的高度智能化

卫星通信系统是一个综合性的系统，它涵盖了广泛的设备和功能，以确保有效的通信和通信保障。这个系统包括了卫星本身以及与之相关的地面设备和网络架构。

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。太阳敏感器具有多方面的优点。首先，太阳是一个非常强烈的光源，因此对太阳敏感器的结构要求较低，功耗也较小。其次，太阳的视场相对较大，轮廓清晰，这使得太阳敏感器的设计更加简化，并且有助于提高姿态确定算法的准确性。

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、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。电源系统在卫星的全寿命期内扮演着至关重要的角色，为卫星提供稳定的能源，直接影响着卫星的功率能力和使用寿命。它是卫星系统中不可或缺的一部分。电源系统通常由三大组成部分构成。首先是电源控制器，被称为“电力大管家”，它负责管理和控制整个电源系统的运行。其次是太阳能电池板阵列，被称为“发电机”，它通过捕捉太阳能将其转化为电能。最后是蓄电池组，被称为“存储电量的池子”，它用于储存电能，以便在卫星进入地球阴影或需要额外电能时提供支持。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。

1)电源控制器

电源控制器在卫星电源系统中担任关键角色，其任务是确保母线电压在光照期和阴影期均保持稳定的 100 V，并在发生故障时进行有效的故障隔离。这一控制器是卫星电源系统的核心，其职责包括协调太阳能电池和锂电池组之间的能量传输，以及对负载进行功率管理。在光照期间，电源控制器分流和调节太阳电池阵的输出，以满足负载需求，同时将多余的能量用于充电蓄电池组。在阴影期或太阳电池阵输出不足时，电源控制器会通过调整蓄电池组的放电来维持母线电压的稳定。电源控制器的结构包括光照调节器(SUN)模块、蓄电池组充放电调节器(BCDR) 模块、电容(CAPA)模块、遥测/遥控(TM/TC)模块及母板(Motherboard)模块。SUN 模块负责在光照期间调节太阳电池阵的输出，以保持母线电压稳定。BCDR 模块则管理蓄电池组的放电和充电。CAPA 模块用于模块补充电源控制器电容容量，使电源控制器的滤波和接地。TM/TC 模块负责传输信号和与星载计算机通信，以实现遥控和遥测功能。Motherboard 模块用于传递各模块之间的信号和大功率电流。电源控制器采用模块化设计，其中的 SUN 模块和 BCDR 模块可以根据 PCU 电源控制器功率需求进行数量的调整，以覆盖从 5.4 kW 到 25.2 kW 的功率范围。最多可扩展 8 个 SUN 模块，以控制高达 24 级太阳电池阵。BCDR 模块的最大扩展数量为 16 个，以满足阴影期的 25.2 kW 平台功率需求。为了实现电源控制器的小型化、轻量化和扩展性，采用了分散供电的方式。这意味着多个 SUN 模块可以分别输出电流，取代了传统的集中供电方式。这种方法减小了每条供电通路的电流负荷，同时允许模块内部的电流通过印制板上的铜覆盖层进行传输，从而替代了传统的大量导线和金属汇流条。分散供电使得单个模块更加紧凑，功率密度显著提高。因此，东方红五号平台电源控制器具备了供电和初级配电功能。

2)太阳能电池板阵列

全新设计的二维二次展开半刚性太阳翼是中国自主研发的东方红五号 GEO 卫星平台电源系统的关键组件。东方红五号卫星平台具备提供更高功率、更长寿命以及更高效能的半刚性太阳电池翼，以确保整个卫星系统的电力供应。在卫星的早期运行阶段，这一太阳翼的输出功率超过 30 千瓦，是东方红四号卫星平台太阳翼功率的 2.5 倍以上。随着卫星功率需求的不断增加，太阳翼的数量、面积和惯量也在不断增大。此外，太阳翼的展开方式逐渐从一维一次展开向二维多次展开方向发展，以适应更复杂的卫星任务和电力需求。

我国空间站采用的太阳能帆板是新一代的柔性太阳翼，它是在超薄型轻质复合材料基板上，覆盖三结砷化镓电池片，具有 30%的光电转换效率，远远超过了国际空间站 15%的光电转换效率。具体到“天和”核心舱，一片 67 平方米的太阳翼，初期能产生 9 千瓦的电能，一对太阳翼加起来面积是 134 平方，能产生超过 18 千瓦的电能。“问天”、“梦天”实验舱太阳翼更大，单翼的面积就超过 134 平方米，一个实验舱有 2 个太阳翼阵列。

3)星载锂离子电池组

目前，锂离子电池已经在地球低轨道(LEO)卫星、地球静止轨道(GEO)卫星以及深空探测领域广泛采用。在我国东方红四号平台电源系统的某些型号已经采用了锂离子电池，替代了传统的氢镍电池。锂离子电池因其高比能量、长循环寿命等优点，在太空领域的应用日益增多。

6、热控制系统

人造卫星的热控制系统是一种用于管理卫星在轨飞行时内外温度的系统，以确保卫星的温度保持在所需范围内。卫星在轨飞行时会面临高温和低温的极端环境。太阳是一个巨大的热源，而在数百到数千千米的高空，没有空气传导和对流散热，稀薄的大气无法有效阻挡太阳辐射，因此太阳会直接照射到卫星表面。在这种情况下，如果不采取措施，卫星的温度会快速上升。然而，当卫星进入地球的阴影区时，就会失去太阳的热量，导致温度急剧下降。卫星必须在这种高温和低温之间运行，通常在摄氏 100 度到摄氏零下 100 度之间变化。此外，地球的太阳光反射和红外低温辐射也会影响卫星表面的温度。同时，卫星内部的仪器设备在运行时会产生热量，并需要将其散热出去。

通常情况下，电子仪器设备在超过摄氏 50 度的环境下长时间运行会出现故障，而一些设备，如化学电池，在零摄氏度以下的环境中效率会大幅下降。因此，尽管外部环境的温度变化非常大，卫星必须维持一定的内部温度范围，以确保卫星内部的仪器设备正常运行。热控制系统的任务是确保卫星内部的温度始终在规定的范围内波动。通常情况下，卫星内部的温度保持在摄氏 5 度到 45 度之间的范围内，个别部分允许的温度变化范围可能只有 1-2 摄氏度。

7、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。

1)化学燃烧推进

最常见且人类掌握最熟练的技术之一，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。工质类型：化学燃料燃烧后的产物典型应用：用于航天飞机的轨道转移系统、国际空间站的推进系统以及天宫二号的推进系统等。

2)物理变化推进

不涉及化学反应，而是通过改变工质的物理状态，例如将液态转化为气态，以产生推力。这种技术的优点在于不需要燃烧室，其质量和体积相对较小，可以提供较小且容易控制的推力。因此，这种技术适用于各种类型的卫星，也是目前应用最广泛的卫星推进方式。此外，它不仅可以用于改变轨道，还可以通过小型推力装置来控制卫星的姿态。这个原理类似于生活中，当水烧开后，蒸汽将水壶盖子顶起，利用了水的物理状态变化。工质类型：高压液态气体、通常是液态典型应用：几乎适用于所有类型的卫星。

3)电推进

电推进是一种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。由于电推进的电离效率非常高，而且工质离开的速度可以轻松达到几万米每秒，远远超过了化学燃料工质最高几千米每秒的速度，因此电推进被认为是目前效率最高的推进方式之一，它不仅工质消耗较少，而且具有良好的推进效果。工质类型：可被电离的粒子，例如氙气典型应用：新一代各国的卫星尽管电推进的推力相对较小，甚至连一牛顿的推力都被视为一个巨大的挑战，但它被认为是未来人类太空旅行的关键技术。因为电推进发动机几乎可以持续工作，不断为航天器提供加速度，就像积沙成塔一样，最终可能成为最有效的推进方式。

8、结构系统

机械结构在卫星的总重量中占据了约7%到10%的比例。它不仅连接卫星和发射器，支撑着搭载的电子设备，还具备对抗太空高能辐射和微小陨石碰撞的功能。早期小卫星，例如 Sputnik-1 卫星和“东方红一号”卫星，通常采用变形铝合金作为主要结构材料。这些合金主要包括 2000 系列的铝铜合金和 7000 系列的铝锌合金。随着对卫星结构刚度要求的不断提高，以及防腐蚀工艺的改进，镁合金也开始在小卫星结构中得到应用。例如，航天东方红卫星有限公司在 21 世纪初开始使用变形镁合金材料，通过机械加工加工成形用于小卫星的推进舱储箱安装板。随着材料比刚度和尺寸稳定性要求的提高，碳纤维增强复合材料也在小卫星结构中广泛应用。比如 2002 年美国与德国联合研制的 GRACE 卫星，它的结构材料大量采用了碳纤维增强树脂材料面板和铝蜂窝芯子组成的蜂窝夹层结构板。近年来，随着 3D 打印技术的不断成熟和工艺的改进，基于 3D 打印工艺的金属粉末材料也开始逐步应用于卫星结构中。

9、数据管理系统

星载存储系统的演进与星上数据存储介质的发展密不可分，这些介质的选择经历了从磁带机、SRAM、SDRAM 到 NAND Flash 的发展历程。目前，NAND Flash 作为星上数据存储的首选介质，因其非易失性和出色的单位面积性能容量而备受青睐。在星载存储领域，SLC NAND Flash 曾占据主导地位，但由于其价格昂贵、单位面积性能容量较低等问题，无法满足卫星载荷数据存储对高速率和大容量的需求。因此，采用单位面积集成度更高的大容量 2D MLC 和 3D TLC NAND Flash 成为星载存储系统发展的方向。

我国的星载存储系统发展经历了不同阶段。最初，采用磁带机、基于 SRAM 和 SDRAM 的小容量型系统。基于 SRAM 的存储系统曾有短暂的发展期，例如 1994 年实践 4 号卫星采用了基于 SRAM 的 2Mbit 星载存储系统。但由于存储芯片的集成度较低、对单粒子效应敏感等原因，随着基于 SDRAM 的星载存储系统的出现，SRAM 系统逐渐被淘汰。基于 SDRAM 的星载存储系统在固态存储系统的发展历史上扮演着重要角色。我国 1999 年发射的实践 5 号卫星和 2007 年发射的嫦娥一号都采用了基于 SDRAM 的星载存储系统方案。大约在 2007 年左右，随着遥感二号等卫星的发射，星载存储系统进入以 NAND Flash 为主要存储介质的高速发展期。

2.4. 人造卫星系统不断朝向多颗卫星协同组网发展

卫星星座(Satellite constellation)，又称为分布式卫星系统(Distributed-Satellite System， DSS)，是一组人造卫星协同工作的整体系统。这些卫星按照一定规则分布在相似或互补的轨道上，通过协作来完成各种任务。卫星星座的成员卫星具有不同的轨道参数，能够实现不同的功能及覆盖范围，可以提供全球或局部的连续或间歇覆盖。与单颗卫星不同，完整的卫星星座可以实现永久或近似的全球覆盖，确保地球上的任何一点在任何时刻都至少能看到一颗卫星。这些卫星通常被部署在互补的轨道平面上，并能够与分布在地面的不同地面站进行连接。星座中的卫星之间也可以通过星间通信技术进行信息传输。事实上，传统的人造卫星分类，如通信卫星、导航卫星和遥感卫星，目前都已发展出了与它们相关或足以替代原有单一卫星的卫星星座。低地球轨道(LEO)通常被用作卫星星座的运行轨道。这是因为单个 LEO 卫星提供的覆盖面积有限，而且覆盖区域会随着卫星为了维持自身轨道而具有的高角速度而移动。因此，需要多颗 LEO 卫星来保持对同一区域的连续覆盖。这与运行在地球静止轨道上的卫星恰好相反，地球静止卫星以与地球自转相同的角速度来提供大范围的单一卫星覆盖。此外，对于需要低延迟通信的应用来说，LEO 卫星星座通信相对于地球静止卫星可以获得更小的延迟。对地静止卫星的理论星地间通信最小延迟为 125 毫秒，而 LEO 卫星的延迟仅为 1 到 4 毫秒。

1.导航卫星星座

目前，运行在轨道上的典型全球导航星座系统包括全球定位系统(GPS)、格洛纳斯星座(GLONASS)、伽利略星座(Galileo)以及我国的北斗导航系统(BDS)。全球定位系统(GPS)是美国国防部研制，美国太空军运营与维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。该系统部署了 31 颗 GPS 人造卫星，同时拥有 1 个主控站、3 个数据注入站和 5 个监测站。GPS 能够为全球绝大部分地区(约 98%)提供准确的定位、测速和高精度的标准时间。

格洛纳斯系统(GLONASS)最初由苏联于 1982 年研发，后由俄罗斯继承。GLONASS 由 21 颗工作星和 3 颗备份星组成，分布在相隔 120 度的 3 个近圆形的轨道平面上，每个轨道面均匀分布有 8 颗卫星。这些卫星位于高度 2.36 万公里的 MEO 轨道，轨道倾角为 64.8 度。伽利略定位系统(Galileo)是由欧盟通过 ESA 创建，由欧盟空间计划局(EUSPA)运营的卫星导航系统。该系统包括两个地面操控站，分别位于德国慕尼黑附近的奥伯法芬霍芬和意大利的富齐诺。伽利略的目标是在水平和垂直方向提供精度 1 米以内的定位服务，并且在高纬度地区提供比其他系统更好的定位服务。完整的伽利略星座由 24 颗活跃的卫星组成。北斗导航系统(BDS)是由中国自主建设和运行的全球卫星导航系统。它由北斗一号系列卫星、北斗二号系列卫星、北斗三号系列卫星以及北斗导航系统增强系统等组成。这些卫星混合部署在不同轨道，包括中地球轨道(MEO)、地球同步轨道(GEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)。

2.通信卫星星座

目前，正在轨道上运行的典型通信星座系统包括星链(Starlink)、一网(OneWeb)、铱星(Iridium)和 O3b。

星链(Starlink)是由太空探索技术公司(SpaceX)提出的一个巨型低轨卫星互联网星座项目。计划在 550km 至 1000km 的低地球轨道(LEO)上建立一个由约 1.2 万颗卫星组成的"星链"网络。其中，1584 颗卫星将被部署在地球上空 550 千米处的近地轨道，并从 2020 年开始运营。一网(OneWeb)是一个领先的卫星互联网公司，致力于在低地球轨道(LEO)上建立一个大规模的卫星星座，为全球范围内的互联网接入提供服务。该项目的目标是通过卫星网络覆盖地球上的偏远和难以接触的地区，以满足全球通信需求。计划部署数百颗 LEO 卫星，这些卫星将环绕地球运行，提供高速互联网连接。目标是提供低延迟、高带宽的互联网服务，适用于各种应用，包括远程教育、医疗保健、农业和企业通信。与 Starlink 的卫星互联网项目不同，一网的业务模式包括为全球合作伙伴提供卫星互联网服务的计划，而不仅仅是面向个人用户。铱星(Iridium)是一个著名的卫星通信系统，主要目标是提供全球范围内的卫星通信服务，由 66 颗工作卫星和备用卫星组成，这些卫星均匀分布在六个近极轨道平面上，使其可以覆盖全球，包括极地和远离陆地的海洋区域。采用 L-波段通信。 O3b 是一个提供高速互联网连接的卫星网络，O3b 代表“Other 3 billion”，即为全球尚未获得互联网连接的 30 亿人提供服务。O3b 星座由多颗中地球轨道(MEO)卫星组成， O3b 卫星网络专注于为偏远地区和发展中国家提供高速互联网接入，以支持教育、医疗保健、企业和政府通信需求。

3.遥感卫星星座

资源卫星(Landsat)星座：运营机构：美国地质调查局(USGS)。 Landsat 星座是全球最古老、最广泛使用的遥感卫星系统之一。自 1972 年以来，不断更新的 Landsat 卫星已经提供了连续的地球观测数据。这些数据以中低分辨率的多光谱图像形式存在，覆盖了地球上的陆地表面，用于土地覆盖分类、地质勘探、环境监测、林业管理、农业和水资源管理等领域。Landsat 数据可以追踪地表的变化，支持生态研究和资源规划。卫星遥感系统(Sentinel)星座：运营机构：欧洲空间局(ESA) Sentinel 星座是由多颗卫星组成的系列，旨在提供高质量的地球观测数据。这些卫星覆盖了多种波长范围，包括可见光、红外线和微波，用于气象、海洋、农业、城市规划、自然灾害监测和生态系统监测等广泛应用。Sentinel 卫星提供高分辨率的图像，可用于研究气候变化、资源管理和地表特征的监测。

世界观测卫星(WorldView)星座：运营机构：Maxar Technologies WorldView 星座由一系列高分辨率卫星组成，提供卓越的地球图像质量。这些卫星能够捕捉极为细致的地表细节，用于商业、军事、科学研究和地理信息系统(GIS)应用。WorldView 卫星在城市规划、资源勘探、环境监测、危机管理和国土安全等方面发挥关键作用。哥白尼(Copernicus)星座：运营机构：欧洲空间局(ESA) Copernicus 星座是欧洲联盟的地球监测计划，包括多个 Sentinel 系列卫星。这些卫星提供多光谱、多波段的地球观测数据，用于气象学、海洋学、环境保护、应急响应和城市规划等应用领域。Copernicus 卫星系统的开放数据政策使其对全球科研社区和政府机构免费可用。

中国高分卫星系列星座：该系列包括高分一号、高分二号、高分三号等卫星，旨在提供高分辨率、多光谱的地球观测数据。这些卫星用于土地资源管理、农业监测、城市规划、自然灾害监测和环境保护等领域。

中国长征遥感卫星系列：长征遥感卫星包括长征遥感一号(ZY-1)、长征遥感二号(ZY-2)等。这些卫星用于海洋资源监测、水资源管理、地质勘探和森林资源监测等应用。中国环境遥感卫星系列：环境遥感卫星系列包括环境一号(HJ-1)、环境二号(HJ-2)等，用于监测大气、海洋、陆地和地质环境等因素，支持自然资源管理和环境监测。

3. 星辰大海，行则将至

卫星互联网的崭露头角，为一个新时代的到来奠定了基础。卫星互联网远不止是卫星通信的开端，卫星通信的未来前景如同星辰大海，无边无际，充满了无限可能。 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。我们认为，中国未来的 3 至 7 年将见证卫星互联网进入黄金时期，商业化达到巅峰，将为我们的数字未来开辟全新的篇章。

3.1. 人造卫星的分类

据 UCS Satellite Database 数据显示，截至 2023 年初，全球在轨卫星数量达到 6718 颗。其中美国 4529 颗，占全球总数的 67.42%；中国 592 颗，占全球 8.81%，居世界第二；英国 565 颗；俄罗斯 178 颗；日本 97 颗；印度 63 颗；加拿大 59 颗。在卫星种类上，美国在通信卫星领域占据巨大优势，中国则在大中型遥感卫星上领跑，两国空间利用各有侧重。

卫星可分为六大主要类别，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。其中，通信卫星、导航卫星和遥感卫星是最主要的三类卫星。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。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。其中，基于时间测距的卫星导航系统表现出强大的抗干扰能力，能够提供全球和近地空间的连续立体覆盖、高精度的三维定位和速度测量。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。气象卫星用于实时监测全球范围内的大气、地面和海洋情况。陆地资源卫星则借助星载遥感器获取地球表面图像数据，以协助资源勘测和测绘调查。海洋资源卫星用于监测海洋表面状况，并检测海洋动态。这些卫星在各自领域提供了关键的信息和数据。

3.2. 人造卫星下游应用情况

1.在轨卫星数量按照卫星种类分占比情况

全球或美国来看，通信卫星为产业第一大组成；我国来看，遥感卫星为第一大组成。根据 UCS Satellite Database，截至 2023 年初，全球共有 6718 颗在轨运行卫星；其中，通信卫星占比最大，为 71.76%，其次，遥感卫星占比 17.40%。作为世界第一卫星大国，美国的卫星类型分布情况与全球类似。根据 UCS Satellite Database，截至 2023 年初，美国拥有/运营卫星 4529 颗，其中，通信、遥感、导航卫星数量分别为 3802 颗、480 颗、34 颗。而同期，我国拥有/运营的卫星数量为 592 颗；其中，遥感卫星占比最大，为 55.15%，其次，技术开发及测试卫星占比 18.60%，再次，通信、导航卫星占比分别为 11.96%、9.63%。遥感、技术开发及测试、通信、导航卫星数量分别为 332 颗、112 颗、72 颗、58 颗。

2.在轨卫星数量按照卫星用途分占比情况

按下游使用对象，卫星可分为商用卫星、军用卫星、政府卫星、民用卫星以及两用卫星等。其中，民用卫星指不以盈利为目的，服务于公众业务的卫星；两用卫星指拥有多个下游使用对象的卫星。全球来看，商用卫星为第一大组成，全球商用卫星为 5273 颗，占比 78.49%，民用卫星为 154 颗，军用卫星为 444 颗，政府专用卫星为 542 颗，两用卫星为 305 颗；美国商用卫星为 4088 颗，民用卫星为 25 颗，军用卫星为 199 颗，政府专用卫星为 73 颗，两用卫星为 144 颗；我国来看，政府卫星为第一大组成，占比 35.47%，根据 UCS Satellite Database 统计结果，截至 2023 年初，我国商用卫星为 189 颗，占比 31.93%，民用卫星为 31 颗，军用卫星为 105 颗，政府专用卫星为 210 颗，两用卫星为 57 颗。我国目前卫星在下游应用端与美国有较大差距。

低轨道卫星系统是目前备受瞩目、前景广阔的卫星互联网移动通信系统。这类系统具有以下特点：低轨道卫星通常是多颗构成的大型卫星网络，能够实时进行信息处理，它们的分布形成了所谓的卫星星座；低轨道卫星系统依赖新技术，如蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等，以提供强大的技术支持，确保低轨移动通信的顺畅运作；低轨道卫星移动通信系统由多个核心组成部分构成，包括卫星星座、地球站、系统控制中心、网络控制中心以及用户终端；通信链路将不同轨道平面内的卫星连接起来，形成高度一体化的卫星网络平台。这将在地球表面创建蜂窝状的网格服务区，使区内用户能够随时随地接入卫星系统。中轨道卫星系统则属于非同步地球卫星系统，主要与互联网有机结合，作为陆地移动通信系统的补充和扩展，同时也可用于卫星导航系统。中轨道卫星能够全天候提供手机移动通信，实现与地面互联网的互通，可传输数字语音、传真、数据、视频以及定位等多种信号。中轨道卫星具备高轨道和低轨道卫星的优点，实现全球通信覆盖和有效频率利用。然而，其主要挑战在于需要部署大量卫星，星间组网和控制切换相对复杂，投资成本高，风险较大。高轨道卫星系统则依赖位于赤道上方的对地同步卫星。每颗卫星可以覆盖整个半球，构成区域性通信系统。这种系统能够为覆盖范围内的任何地点提供移动通信接入服务。高轨道卫星系统通常提供公共卫星电话和专用卫星电话两种业务，实现电话、寻呼和定位等功能。尽管高轨卫星具备覆盖范围广泛的优势，但其时延较高。

3.3. 上游卫星制造带动下游应用蓬勃发展

卫星应用指的是利用卫星技术成果以及太空资源在经济建设、国家安全、科技发展、社会进步等多个领域的应用，这一领域是卫星产业链的一部分。卫星应用产业是国家重点发展的战略性高技术产业。应用卫星的研制和生产已形成系列化、标准化，卫星下游应用正在从试验应用型向业务服务型转变，卫星应用已成为经济建设、社会发展和政府决策的重要支撑。多年的发展让我国拥有了完善的卫星产业链。在卫星应用的上游领域，卫星制造和卫星发射端受少数企业垄断。卫星制造企业包括中国空间技术研究院、上海航天技术研究院、中国卫星；卫星发射企业包括中国运载火箭技术研究院、航天电子、航天动力；卫星地面设备端企业较多，包括：中国航天科技集团、中国卫星、北斗星通、华力创通等。卫星应用的中游领域以服务对象划分可分为军用和民用；以技术领域和服务方式划分主要包括卫星通信、卫星导航和卫星遥感等。在卫星应用的下游领域，国家支持以卫星通信广播、卫星导航和卫星遥感应用为核心，加速卫星应用产业的发展，建立完整的卫星运营服务、地面设备制造、用户终端制造、系统集成和信息综合服务产业链，以更好地为社会经济发展提供服务。

4. 卫星制造环节：璀璨星辰之魂

4.1. 卫星制造领域产业链

卫星平台是确保卫星及其有效载荷在太空中正常运行的系统。除了定期的更新和换代，卫星平台的设计在一段时间内会保持相对的稳定，仅仅进行小规模的改进和调整。有效载荷也被称为专用系统，是指与卫星任务直接相关的仪器、设备或系统。完整的卫星工程系统还包括发射场系统、运载火箭系统、测控系统等。卫星制造企业的业务范围包括卫星整体研制、卫星载荷研制、卫星相关设备的研制、以及星上基础元器件的支持服务等，这些领域都拥有较高的技术壁垒。卫星整体研制主要由航天科技和航天科工等国家队承担，航天科技拥有研制各类卫星的实力，其技术水平、应用领域以及卫星的寿命和可靠性逐渐达到了国际领先水平。自 1970 年以来，航天科技集团已成功研制并交付了超过 200 颗各类卫星，其中包括通信、导航、遥感、科学探测以及技术测试等系列卫星。此外，他们还承担了一系列重大研制任务，如北斗导航卫星、高分辨率地球观测系统、月球探测卫星等。航天科工具备独立研制各类典型太空飞行器和平台的能力，并以商业化模式推动航天产业的发展。在 2017 年，航天科工成功发射了由他们自主研制的天鲲一号卫星，成功开拓了我国小型低轨通用卫星平台，航天科工拥有年产百颗 1 吨级以下通用卫星的生产能力。

长光卫星、微纳星空、银河航天等公司在商业航天产业链中扮演着卫星研制环节的重要角色。长光卫星是我国首家商业遥感卫星企业，由吉林省政府、中科院长春光机所、社会资本以及技术专业人才合资成立，长光卫星建立了一整套从卫星研发和生产到遥感信息服务的完整产业链。“吉林一号”星座项目是长光卫星的核心工程，目前已经有 54 颗卫星成功运行，计划在年底再发射 27 颗，到“十四五”末计划将卫星数量增至超过 300 颗。这些卫星为农林生产、环境监测、智慧城市、地理测绘、土地规划等领域提供高质量的遥感信息和产品服务。银河航天通过快速迭代的模式，规模化研制了低成本且高性能的低轨宽带通信卫星。银河航天的联合创始人刘畅表示，他们已经成功将单颗卫星的研制成本降至千万量级，仅为传统同类产品的十分之一。

4.2. 卫星制造行业情况

根据美国卫星产业协会(SIA)于 2023 年 7 月发布的第 26 版卫星产业状况年度报告， 2022 年全球航天产业的总产值为 3840 亿美元，较 2021 年减少 20 亿美元。卫星产业的总收入约为 2810 亿美元，较 2021 年增长了 20 亿美元。2022 年全球卫星产业收入占全球航天产业总收入的 73.18％，而非卫星产业的收入为 1030 亿美元，其中包括相关国家的军用和民用航天收入，以及商业载人航天项目的收入。

1.卫星服务业

2022 年卫星服务业的收入达到 1133 亿美元，较 2021 年减少 50 亿美元，在卫星产业总收入中占比为 40.32%。卫星点波束技术的不断进步推动高通量和极高通量卫星发射数量的增加；星间链路和光通信技术的发展降低了卫星对地面站的依赖；此外，雷达、多光谱、无线电测绘和无线电掩星等技术的提升显著提高了卫星遥感服务业的服务质量和水准。

2.卫星制造业

2022 年，卫星制造业的总收入达到 158 亿美元，占卫星产业总收入的 5.62%。其中美国卫星制造业收入为 56 亿美元，较 2021 年减少了 6 亿美元。美国的商业卫星制造收入增长了 45%，而政府卫星制造收入增长了 34%。值得注意的是，2022 年美国卫星制造业 79%的收入来自美国政府合同。全球在 2022 年发射的 2325 颗卫星中，商业通信卫星制造占比为 84%，民用与商业用途的地球观测卫星制造占比为 10%，技术试验卫星制造占比为 2%，军用侦察监视卫星制造占比为 2%。

3.地面设备制造业

2022 年，地面设备制造业的总收入达到 1450 亿美元，较去年同期增长 2%，在卫星产业总收入中占比达到了 51.60%。具体来看，全球卫星导航设备的收入为 1119 亿美元，同比增长 2%；网络设备的收入为 152 亿美元，同比增长 3%；而卫星电视、卫星音频广播、卫星宽带以及移动卫星终端等消费设备的总收入达到 179 亿美元，同比增长 3%。2022 年，美国地面设备制造业的总收入占据了全球地面设备制造业收入的 32%。

4.卫星可持续性活动收入

随着商业航天领域的不断发展，卫星可持续性活动正逐渐崭露头角。2022 年，全球卫星可持续性活动开始带来商业收入，总额达到 2.5 亿美元，包括卫星在轨延寿、卫星在轨维护服务、卫星在轨制造和集成、卫星碎片主动清理、卫星态势感知、发射后轨道修正服务、重新定轨服务以及离轨服务等。美国的太空物流公司(Space Logistics)目前主要提供在轨延寿服务，而日本的宇宙尺度公司(Astroscale)专注于太空碎片清理，已经成功进行了在轨物体捕获与清除技术的重要测试。瑞士清洁太空公司(Clear Space)也致力于太空碎片清理服务。一颗地球静止轨道(GEO)卫星的成本约为 15 亿美元，设计寿命为 15 年，每年可以创造约 2 亿美元的收入。通过叠加 5 年的延寿服务，每颗 GEO 卫星可额外创造 10 亿美元的收入。全球最大的卫星服务提供商国际通信卫星公司(Intelsat)是卫星在轨延寿服务的受益者之一。除了卫星延寿服务，提供在轨服务也成为卫星可持续性活动的重要收益来源。根据北方天空研究所(NSR)的预测，未来十年内，这一领域的收入将达到 143 亿美元，成为商业航天的新的增长曲线。卫星制造的过程主要涵盖两个环节：卫星平台和卫星载荷。卫星平台包括结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、姿态与轨道控制系统、热控系统以及数据管理系统等关键组成部分。卫星载荷则包括天线子系统、转发器子系统以及其他金属和非金属材料以及电子元件等。此外，一些上市公司也积极参与卫星制造上游环节，包括元器件的研制和生产。

4.3. 我国卫星制造成本仍有较大的下降空间

在卫星制造领域，单星成本对企业的竞争力至关重要。根据官方和艾瑞咨询的数据，不同的卫星制造项目呈现出显著的成本差异。按重量计算卫星制造成本，Starlink 的成本为每千克 2,000 美元，OneWeb 为每千克 7,000 美元，而国产卫星的成本则高达每千克 30,000 美元。

具体来看，各公司的卫星重量和平均制造成本分别如下：铱星二代卫星：平均每颗重 860 千克，制造成本约为 3,067 万美元； OneWeb 卫星：平均每颗重 147 千克，制造成本约为 100 万美元左右； Starlink V1.0 卫星：平均每颗重 260 千克，制造成本约为 50 万美元左右；铱星二代卫星、OneWeb、Starlink V1.0 的平均制造成本按每千克计算分别为 35,663 美元、6,803 美元和 1,923 美元左右。国内长光卫星公司正在研制的第四代卫星的重量约为 20 千克，单颗制造成本预计为 400 万元，相当于每千克制造成本为 28,571 美元。尽管长光卫星成本在国内相对较低，但仍明显高于国际市场上成熟卫星星座项目的制造成本。随着科技的不断进步和产业的成熟，中国卫星制造业可能在未来迎来更多的发展机会，以提高其竞争力并满足不断增长的市场需求。

5. 突破云层：探索卫星接收终端的无限可能

卫星产业链中游涵盖地面站和用户终端，其准入门槛适中，涉及的参与企业众多。地面设备、地面网络以及卫星系统相互衔接，构建了与互联网和其他公共/专用网络相连的通信渠道。用户终端具备接收卫星或地面站信号的功能，并能够向地面站发送信号。同时，测控站通过测控链路对卫星的运行进行管理，以确保卫星正常运转。由于地面设备和用户终端的准入门槛相对较低，且市场需求多样，因此吸引了众多企业参与。

5.1. 地面站及用户终端的产业链

卫星通信线路一般由发端和收端地面站、上行和下行线路以及通信卫星转发器组成。卫星在这一系统中充当中继站的角色，将来自发端地面站的电磁波放大后再传输给另一地面站。地面站则扮演着卫星系统与地面公众网络的接口，允许地面用户通过地面站与卫星系统连接，从而形成一条完整的通信链路。

卫星地面站按站址特征分为固定站、移动站(如舰载站、机载站和车载站等)以及可拆卸站(短时间内可拆卸并转移至不同位置的站)。固定站进一步分为大型标准站和小型非标准站。大型标准站主要用于国际通信和国内大城市之间的通信，而小型非标准站主要用于国内中小城市或军事通信。特别是在军事通信领域，移动式地面站，尤其是车载站，由于其机动性和灵活性，具有广泛的应用前景。

5.2. 卫星地面设备及用户终端的发展现状

卫星地面设备分为网络设备和大众消费设备两大类。网络设备包括卫星信关站、控制站、网络运营中心(NOCs)、卫星新闻采集(SNG)以及甚小天线地球站(VSAT)等。大众消费设备则包括卫星导航设备(GNSS)、卫星电视、广播、宽带以及移动通信设备等。根据 SIA 发布的数据，近年来全球卫星地面设备市场呈现迅速增长的趋势。2012 年该市场规模为 754 亿美元，而到 2020 年已增长至 1353 亿美元，年均增长率达到 7.58%。

2019 年 SIA 发布的全球卫星产业报告显示，全球卫星地面设备市场以消费设备中的卫星导航设备为主，占据最大的市场份额。

5.3. 卫星通信接收端大众消费设备与日俱增

1.个人卫星手持移动通信终端市场规模

目前卫星互联网大众消费设备的主要组成部分包括卫星移动通信设备终端、航空宽带通信终端以及海上宽带通信终端。关于移动通信设备终端，根据工信部的数据， 2022 年，全国电话用户净增 3933 万户，总数达到 18.63 亿户。其中，移动电话用户总数 16.83 亿户，全年净增 4062 万户，普及率 2 为 119.2 部/百人，比上年末提高 2.9部/百人。其中，5G 移动电话用户达到 5.61 亿户，占移动电话用户的 33.3%，比上年末提高 11.7 个百分点。固定电话用户总数 1.79 亿户，全年净减 128.6 万户，普及率为 12.7 部/百人，比上年末下降 0.1 部/百人。截至 2022 年底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达 5.9 亿户，全年净增 5386 万户。其中，100Mbps 及以上接入速率的用户为 5.54 亿户，全年净增 5513 万户，占总用户数的 93.9%，占比较上年末提高 0.8 个百分点；1000Mbps 及以上接入速率的用户为 9175 万户，全年净增 5716 万户，占总用户数的 15.6%，占比较上年末提高 9.1 个百分点，按照国内宽带的接入情况来看，仍有 6%左右的用户带宽在 100M 以下。按照国际咨询公司的测算方法，卫星移动通信用户通常占地面移动通信系统用户总量的 0.2-1%。以较低的比例计算，我国卫星移动通信市场的潜在用户数可能达到 372.6 万户。保守估计，直接使用卫星移动系统的活跃用户数量占 25%的比例，则活跃用户可能超过 90 万户。按照每户使用一台终端的计算方式，个人卫星手持移动通信终端的需求将达到 90 万台。此外，随着华为 Mate60 系列的发布，手机直连卫星的方案也得到了市场的认可，预计卫星通信地面设备中的手机终端也将得到爆发性增长。根据天通一号网的数据，截至 2018 年 12 月，国内仅有 8-10 万卫星通信用户，不到国内卫星移动通信终端总需求的 2.5%，然而得益于华为 Mate60 系列的放量，截至 2023 年 10 月，国内已经有 18 万卫星通信用户，如果假设到 2025 年，卫星移动通信终端用户可以达到总需求的 10%，即终端数量可以达到 37.2 万台，按照平均单价 0.6 万元(仅消费级市场)计算，每年的市场空间将达到 11.16 亿元。 2023 年 1 月 8 日，在中国信息通信研究院主办的“2023 中国信通院 ICT+深度观察报告会”的主论坛上，中国信通院技术与标准研究所副所长、无线和移动领域主席万屹指出，到 2027 年，我国卫星通信终端市场规模将达到 10.2 亿美元，而在 2020 年，这一规模为 4.58 亿美元，占全球卫星通信终端市场规模的 8.54%。

2.航空通信市场规模

截至 2022 年底，整个行业拥有的飞机数量为 4165 架，预计 2023 年将增至 4300 架。我们假设飞机数量以每年 4%的增长速度增加。考虑到目前我国的航空卫星互联网规模正处于推广阶段，保守地估计到 2025 年，已安装卫星互联网终端的飞机数量将达到总数的 10%。每个终端设备的单价假设为 200 万元，并且每年价格下降 10%。根据这些估算，到 2025 年，我国航空卫星终端的的规模有望达到 8 亿元左右。

3.海上通信市场规模

根据国家海洋局公开的历史数据，以及中国渔业统计年鉴所披露的我国海洋捕捞机动渔船保有量，我们对 2023 年至 2025 年期间我国各类船只可能安装卫星互联网宽带终端的数量进行了估算。我们的估算结果如下表所示。同时，我们假设每艘船只的卫星互联网终端设备价格为 2 万元，并预计这一价格每年将下降 10%。根据这一预测，到 2025 年，我国海上宽带通信终端市场规模有望达到 13.94 亿元。

我们的估算显示，总的来看，到 2025 年，中国较为明确的卫星互联网终端消费设备市场规模预计将达到约 44.26 亿元左右。

5.4. 卫星通信接收端网络设备不断扩张

卫星地面设备中的网络设备主要由卫星通信和卫星遥感应用领域的卫星数据接收站设备构成，而其中，VSAT 系统起着关键作用。一个完整的 VSAT 系统包括通信卫星上的转发器、地面大口径主站(中央站)以及众多小口径的用户站。据 QYR 调查结果显示，2018 年全球企业 VSAT 卫星通信系统市场总值达到了 81 亿元，按照中国占据 10%的市场份额，年复合增长率 8%的数据测算，到 2025 年，中国 VSAT 卫星通信系统市场预计将达到 29 亿元左右。当前国内 VSAT 系统市场规模较小的原因主要是因为我国卫星电视直播业务尚未完全放开，尚未实现产业化发展。VSAT 系统的应用领域目前主要集中在政府机构和其他公共服务部门。此外，由于卫星通信和卫星遥感大型地面站通常由国家政府建设，市场增量有限且数据难以获取，粗略预测未来卫星地面设备市场的总规模将在 2025 年超过 70 亿元，其中消费设备市场规模将达到 42.86 亿元，占比 59.64%。

5.5. 技术的迭代催生出开放性运营模式

结合我国卫星互联网产业的发展方向，可以预测卫星互联网在未来将主要依托 GEO 地球同步轨道高通量卫星和低轨卫星网络进行卫星通信。此外，卫星互联网有望实现高通量卫星和中低轨卫星网络技术的融合，以支持 5G 和 6G 等新一代通信技术的整合应用。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。

来源：东北证券

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