卫星行业报告：大国科技竞技场，太空经济新引擎
报告出品方：信达证券
以下为报告原文节选
------
1 卫星产业蓬勃发展，开启“大航天”时代
卫星的定义：环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。据中华自然科学网（SCICN）介绍，1）人造卫星基本按照天体力学规律围绕地球运动，但因在不同轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。2）人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器，其发射数量约占航天器发射总数的 90%以上。
卫星的分类方法：赵文策、张平、高家智等《人造地球卫星轨道理论及应用》介绍了人造地球卫星的两种分类方法：1）基于用途，可以分为科学卫星、技术试验卫星、应用卫星。2）基于功能，可以分为观测站、中继站、基准站、轨道武器四类：其中，观测站包括侦察卫星、气象卫星、地球资源卫星、海洋卫星；中继站包括通信卫星、广播卫星、跟踪和数据中继卫星；基准站包括导航卫星、测地卫星；轨道武器包括拦截卫星、轨道轰炸系统等等。
通信卫星、导航卫星、遥感卫星是三类主要的卫星种类：申志伟等《卫星互联网：构建天地一体化网络新时代》根据卫星不同功能，将卫星分为通信卫星、导航卫星、遥感卫星、侦察卫星、资源卫星和天文卫星等六大类。
通信卫星主要作为无线电通信中继站，通过转发无线电信号，实现卫星与地球站之间或地球站与航天器之间的无线电通信。1）通信卫星可以传输音频、数据和视频等信息。
对于整个卫星通信系统，通信卫星和它的测控站称为通信系统的空间段。2）按照不同的专业用途，通信卫星主要分为直播卫星、海事通信卫星、跟踪和数据中继卫星、导航定位卫星。
导航卫星主要用于对地面、海洋、空中和太空用户进行导航定位，具有通信属性。1）卫星导航系统具有传统导航系统的优点，可以实现全天候全球高精度被动式导航定位。
2）其中，基于时间测距的卫星导航系统抗干扰能力强，可以提供全球和近地空间连续立体覆盖、高精度三维定位和测速。
遥感卫星主要用作外层空间遥感平台，可以在规定时间内覆盖指定区域。1）常见的遥感卫星包括气象卫星、陆地资源卫星、海洋卫星。2）气象卫星用于实时监视全球范围内大气、地面、海洋状况；陆地资源卫星是利用星载遥感器获取地球表面图像数据辅助进行资源测绘调查的卫星；海洋资源卫星是探测海洋表面状况、检测海洋动态的卫星。
人造地球卫星的轨道，指卫星质心的运动轨迹，遍及其全生命周期：据赵文策、张平、高家智等《人造地球卫星轨道理论及应用》介绍，卫星的轨道包括卫星从起飞到入轨的发射轨道、卫星进入入轨点，以及卫星入轨后开始的运行工作，一直到工作寿命结束。
卫星轨道可以用六个轨道根数描述：包括轨道长半轴、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近点角角距和近点时刻。
卫星轨道一般有三种分类方法：1）按照卫星运行轨道的偏心率：分为圆轨道（偏心率为 0）、近圆轨道（偏心率小于 0.1）、椭圆轨道（偏心率大于 0.1，小于 1）；2）按照卫星运行的高度：分为低轨道、中高轨道和高轨道；3）按照卫星运行轨道的倾角：分为赤道轨道（倾角等于 0°或 180°）、极低轨道（倾角等于 90°）、倾斜轨道（倾角不等于 90°、0°、180°）。
人造地球卫星通常也采用一些特殊轨道形式，以提升有效载荷的性能：包括地球同步轨道、地球静止卫星轨道、太阳同步轨道、停泊轨道、回归轨道、冻结轨道等。
卫星系统可按轨道高度分为低轨、中轨、高轨卫星系统：据申志伟等《卫星互联网：构建天地一体化网络新时代》介绍，按照卫星运行轨道距离地球表面的高度，卫星通信系统通常可以分为低轨道卫星系统（距离地球表面 700-1500km）、中轨道卫星通信系统（卫星距离地球表面 10000km）和高轨道卫星通信系统（卫星距离地球表面 30000km）。
低轨道卫星系统：目前最新、最有前途的卫星互联网移动通信系统。1）低轨道卫星一般指由多个低轨道卫星构成的，可以实时进行信息处理的大型卫星网络系统，其中卫星的分布称为卫星星座。2）蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等新技术为低轨移动通信提供了强有力的技术保障。3）低轨道卫星移动通信系统主要由卫星星座、地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元组成。4）通信链路将不同轨道平面、同一轨道平面内的卫星连接起来，形成结构一体化的大型卫星网络平台，在地球表面形成蜂窝状网格化服务区，服务区内的用户可以随时随地接入卫星系统。
中轨道卫星系统：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，实现全球个人移动通信；也可以用作卫星导航系统。中轨道卫星向全球用户实时提供手机移动通信，实现与地面互联网互联互通，实时传输数字语音、传真、数据、视频及定位等多种信号。中轨道卫星兼具高轨道和低轨道卫星的优点，可实现全球通信覆盖和有效频率使用，其主要缺点在于需要部署大量卫星，星间组网和控制切换比较复杂，投资高，风险大。
高轨道卫星系统：依赖位于赤道上方的对地同步卫星，一颗卫星可以覆盖整个半球，构成一个区域性通信系统，该系统可以为其覆盖范围内的任何地点提供移动通信接入服务。高轨道卫星主要提供公共卫星电话和专用卫星电话两种业务，实现电话、寻呼和定位功能。高轨卫星具有覆盖性强的优势，但时延较高。
根据 UCS《Satellite-Database-Officialname-1-1-2023》数据，截至 2022 年 12 月 31 日，全球共有 6718 颗在轨运营卫星。1）按照国别统计：美国 4529 颗（约占全球的 67.4%），中国 592 颗（约占全球的 8.8%），英国 563 颗（约占全球的 8.4%），俄罗斯 177 颗（约占全球的 2.6%）。2）按照卫星用途统计：通信卫星 4823 颗（占 72%）、导航卫星 155 颗（占 2%）、遥感卫星 1192 颗（占 18%）。3）按照轨道类型统计：LEO/MEO/GEO/Eliptical轨道卫星分别有 5937/142/580/59 颗。
根据开运联合《卫星通信工作频段》介绍：ITU 定义频段中用于卫星通信的大致分为 3 类：
分米波频段（UHF，Ultra High Frequency）：频率范围为 300MHz-3GHz。该频率范围对应于 IEEE 的UHF（300MHz-1GHz 该频段对应于 IEEE的 UHF（300MHz-1GHz）、L（1-2GHz），以及 S（2-4GHz）频段。UHF 频段无线电波已接近于视线传播，易被山体和建筑物等阻挡，室内的传输衰耗较大。
厘米波频段（SHF，Super High Frequency）：频率范围为 3-30GH。该频段对应于IEEE 的 S（2-4GHz）、C（4-8GHz）、Ku（12-18GHz）、K（18-27GHz）以及 Ka（26.5-40GHz）频段。分米波，波长为 1cm-1dm，其传播特性已接近于光波。
毫米波频段（EHF，Extremly High Frequency）：频率范围为 30-300GHz。该频段对应于 IEEE 的 Ka（26.5-40GHz）、V（40-75GHz）等频段。发达国家已开始计划，当 Ka 频段资源也趋于紧张后，高容量卫星固定业务（HDFSS）的关口站将使用50/40GHz 的 Q/V 频段。
2 卫星通信：大国博弈加剧，低轨卫星互联网建设或将提速
2.1 低轨卫星互联网：构建空天地一体化网络的重要一环
据赛迪顾问物联网产业研究中心《“新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书》，全球的卫星互联网建设自 20 世纪 80 年代开始，大体经历了三大阶段：n 第一阶段：
与地面通信网络竞争阶段（20 世纪 80 年代-2000 年）。1）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，以提供语音、低速数据、物联网等服务为主。2）“铱星”在与地面通信网络的竞争中宣告失败：地面通信系统快速发展，在通信质量、资费价格等方面相比卫星通信全面占优。
第二阶段：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。
第三阶段：与地面通信网络融合阶段（2014-2020 年）。1）以一网（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。2）卫星互联网步入宽带互联网时代：卫星工作频段进一步提高，向着高通量方向持续发展。
卫星互联网总体架构：据申志伟等《卫星互联网：构建天地一体化网络新时代》，其架构大体可以分为地基、天基两部分，卫星互联网由异构的天基网络和地基网络组成，采用统一技术体制和标准规范互联、融合。
天基网络由天基骨干网和天基接入网组成：1）天基骨干网主要由若干个处于对地静止轨道上的高轨道卫星节点联网组成，承担卫星互联网网络系统中的数据转发/分发、路由、传输等重要任务，可实现网络的全球、全时覆盖。2）天基接入网由若干个处于高、中、低轨道的卫星节点联网而成，为陆海空天多维度用户提供实时互联网接入服务。
地基网络由管理网和业务网构成：1）管理网主要由关口站、网络互联节点等地基节点联网组成，用于实现对天基网络的管理控制、信息处理，以及天基网络与地面互联网、移动互联网等地面网络的互联。2）业务网即互联网和移动通信网等地面网络系统，主要为用户提供卫星互联网接入、业务服务等。
卫星互联网与 5G/6G 技术相融合是技术发展的必然趋势：据申志伟等《卫星互联网：构建天地一体化网络新时代》介绍，卫星互联网与 5G/6G 融合，1）在民用领域有助于实现实时按需分配、信息互联互通；2）在军用领域，对态势感知及作战模式具有较大影响。
卫星互联网与 5G 网络互为补充。1）卫星互联网可以解决 5G 网络的时空间隔问题。
空间：在山区、荒漠、海洋、天空等区域，地面网络建设困难，卫星互联网具备无死角广域覆盖的优势，将地面、天空和海洋彼此孤立的网络系统连成融合网络。时间：卫星互联网可以提供连续不间断的网络连接服务，大幅度增强 5G 移动通信技术在物联网设备、飞机、轮船、汽车等移动载体用户端的应用。2）卫星互联网需要借助 5G 网络的较高传输速率。
在军事领域，5G 与卫星互联网是“黄金组合”，或将对作战模式产生颠覆性影响：1）卫星 5G 具有高速率、低时延的特性，可以高效采集、传输、处理海量战场数据，实现实时战场态势感知甚至超前感知。2）卫星 5G 能使更多用户利用同一频率资源进行通信，从而在不增加基站密度的情况下大幅提高频率应用效率，有利于实现战场信息终端互联互通。3）构建大容量、低时延、高速率作战通信网络是无人作战的前提，卫星 5G 令“无人军团”成为可能，在目标识别、指挥、战地医疗、后勤保障等方面均有应用场景。
卫星互联网或成为 6G 通信网络的重要组成部分：1）6G 将着力解决海、陆、空、天等地域覆盖受限的问题，拓展网络通信技术在人类生活环境空间方面的广度与深度，促进互联网技术进一步向空、天、地、海一体化方向延伸。2）构建卫星互联网信息网络系统是 6G 时代的核心愿景：该系统主要由卫星互联网、地面互联网、移动通信互联网互通形成，建成后将实现全球范围内的无间隙覆盖，形成人、事、物全面互联互通的互联网通信网络。
6G 或将集成整合诸多新技术：1）将云计算、大数据、人工智能等技术进一步集成整合。2）为满足高度智能、高度数字化和高度信息化社会对未来无线传输速率的要求，6G 网络在无线连接的广度和深度上都将有较大提升，支持超大带宽视频传输、超低时延工业物联网，空天地海一体化通信等诸多场景。3）为支持商业愿景和应用，6G 要求具有 1Tbps 超大峰值速率和 1Gbps 超高用户体验速率，超低时延和超高频谱利用率。
根据申志伟等《卫星互联网：构建天地一体化网络新时代》，未来全球卫星互联网将向高频段化、网络安全化、标准化及新型应用落地发展的方向进一步发展。
高通量卫星向高频段发展。卫星网络需要更高的数据速率、更强的带宽接入能力：1）目前，多数高通量卫星均采用 C、Ku、Ka 通信频段，频段资源已接近饱和，频段资源竞争激烈、轨道资源的稀缺；2）为满足未来大带宽的需求，进一步提高卫星通信容量，推动卫星通信向频率更高的 Q、V 频段（带宽可达 5GHz）发展是未来发展的必然之路。
构建卫星网络安全防护体系。通过地面站、移动站、不同轨道面上的卫星群的有机融合，可构成卫星网络：1）卫星网络存在跨空域、跨地域的特殊性，导致其面临来自不同方面和层次的网络安全威胁。2）未来，中国卫星网络应构建空天地网络安全保障体系，有效应对身份认证、安全路由、安全传输等方面的多种威胁，形成覆盖包括卫星、基站、系统、终端在内的一体化纵深防御体系。
助力万物互联，实现全覆盖新型应用。1）卫星网络是对我国没有网络接入能力区域的联网服务的必要补充。2）区域覆盖将助力我国实现天空、水体、土壤等全生态环境保护，实现对洪水农业灾害、森林火灾、地震等极端灾害的预警，实现电力物联网在偏远无人地区的电力设施及线路的实时布控。
2.2 全球掀起“太空圈地战”，美国“StarLink”一马当先
卫星通信系统具有广覆盖、大带宽、低成本等优势，近年来世界主要大国都在大力发展卫星通信，致力于建立覆盖全球的天基一体化通信系统，对太空资源的争夺愈演愈烈。左海、郭洋、吴洪亮、吴巧玲《浅析“星链”卫星系统的发展及其影响》一文介绍了各国卫星互联网建设计划：
以西方为代表的一些公司，包括太空探索技术公司（SpaceX）、英国卫星通信公司（OneWeb）、亚马逊等，均推出了自己的低轨互联网卫星通信系统计划，逐步建立低轨（LEO）卫星和中轨（MEO）卫星系统，形成先发优势，尤其以 SpaceX 公司的“星链”发展最为迅速。
“星链”（StarLink）系统是由美国 SpaceX 公司于 2014 年提出的低轨互联网星座计划，旨在建立一个覆盖广、容量大、时延低的天基通信系统，面向全球范围提供高速互联接入服务。
根据美国 SpaceX 公司向美国联邦通信委员会（FCC）的申报信息：星链系统共规划 3期，总规模近 4.2 万颗卫星，由 3 层卫星网络组成，包括距离地面 340km 和 550km 的极低地球轨道（VLEO，9102 颗），以及 1150km 的 LEO（2825 颗）。
据左海、郭洋、吴洪亮、吴巧玲《浅析“星链”卫星系统的发展及其影响》，“星链”卫星系统采用 FDD 传输模式，主要采用 Ka、Ku 和 V 频段：
下行主要采用 Ku 频段（10.7-12.7GHz），总可用带宽达 2GHz，单载波带宽 250Hz；上行主要采用 Ka 频段（14.0-14.5GHz），总可用带宽 500MHz，单载波带宽 125MHz；V 频段主要在 VLEO 轨道使用。
据左海、郭洋、吴洪亮、吴巧玲《浅析“星链”卫星系统的发展及其影响》数据，“星链”卫星单个用户链路的传输速率最高达 1Gbps，每颗卫星可提供 17Gbps-23Gbps 的下行容量，链路时延约为 15-20ms，极大缩短了传统卫星通信系统的链路时延。
‘“星链”卫星搭载 4 副高性能相控阵天线，借助相控阵天线良好的波束赋形特征，下行带宽可同时支持最少 8 个波束，在采用不同极化方式、空间复用等情况下，可进一步提升可用波束的个数，支持卫星极高数据量的发送和转发。
据左海、郭洋、吴洪亮、吴巧玲《浅析“星链”卫星系统的发展及其影响》，“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，早期的星链卫星不具备星间链路，只能通过透明转发方式实现。
星间链路也称为星际链路或者交叉链路，实现卫星间的通信传输，包括处于同一轨道面上的卫星和处于相邻轨道面上的卫星。“星链”卫星采用激光实现卫星之间的信息传输与交换，一方面减少了传输“跳数”、降低了卫星传输时延，提高了通信速度和效率，另一方面实现了更广域的网络覆盖。
“星链”卫星系统地面部分包括关口地球站和用户终端。
地球站仍然搭载相控阵天线，通过阵列天线的波束特征产生多个窄波束，承载不同类型的业务，实现与多个卫星同时通信。
“星链”用户终端需要外接相控阵天线，具备自动跟踪接入卫星的能力，在多波束情况下可支持与多颗卫星连接，实现星间切换时的无缝通信能力。同时星链类终端通过定向发射波束信号，实现高效利用 Ku 频段资源。
“星链”单卫星采用可快速复制的模块化设计方式：据左海等《浅析“星链”卫星系统的发展及其影响》介绍，为满足“星链”多批次多卫星快速发射的需求，整个卫星系统主要包括氪离子推进器、自动避撞系统、卫星跟踪装置、相控阵天线和太阳能帆板。
采用氪气作为霍尔效应推进器的推进剂，进行卫星姿势调整、轨道运行和离轨等操作，对比传统的氙气，氪气价格优势明显，在庞大的星链卫星系统下，具有较为明显的成本优势。
通过搭载自动避撞系统，能够有效避免轨道碰撞。
卫星跟踪装置可以使卫星与地面段保持联系，也有助于建立星间链路。
根据 Jonathan's Space Pages 数据，截至 2023 年 7 月 9 日，StarLink 共计发射 4746 颗卫星，其中在轨卫星 4411 颗、运行中的卫星有 4375 颗。
“猎鹰 9 号”火箭&梅林发动机的研制成功使低成本、大批量发射卫星成为可能：
“猎鹰 9 号”是世界上第一个轨道级可重复使用火箭：1）“猎鹰 9 号”是由 SpaceX 设计和制造的可重复使用的两级火箭，用于将人员和有效载荷可靠安全地运送到地球轨道和更远的地方。2）可重用性使 SpaceX 能够重复利用火箭中最昂贵的部件，从而降低卫星发射成本。3）据 SPACEX 官网数据，截至 2023 年 7 月 31 日，“猎鹰 9 号”已累计发射 241 次、着陆 199 次，其中复用次数达 175 次。
SpaceX 为其 Falcon 9 和 Falcon Heavy 的发射服务提供有竞争力的价格。1）对于合同承诺的多次发射，可提供适度折扣。2）SpaceX 还可以提供宇航员低轨道发射运送服务。
为了回收和再利用，SpaceX 设计开发了 Merlin 和 Merlin Vacuum 发动机。1）Merlin主要用于猎鹰 1 号、猎鹰 9 号和猎鹰重型运载火箭，使用火箭级煤油（RP-1）和液氧作为气体发生器动力循环中的火箭推进剂，其海平面最大推力可达 845kN。2）Merlin Vacuum 具有更大的排气部分和膨胀喷嘴，以最大限度地提高发动机在真空环境中的效率，在全功率下，其推力可达 981kN，是美国火箭发动机史上运行效率最高的一款火箭发动机。
2.3 首颗试验星发射升空，我国低轨卫星互联网建设或将提速
中国“星网”崛起，布局低轨赛道：刘爱国《中国“星网”迈向新轨道》一文梳理了我国卫星互联网的发展历程：
2016-2018 年间，航天科技、航天科工、中国电科、中国电信等企业纷纷提出了各自的低轨互联网星座建设方案，并陆续发射了试验星。
卫星互联网被纳入“新基建”：2020 年 4 月，国家发改委将卫星互联网列为新基建中的信息技术设施，意味着以低轨卫星通信系统为代表的太空基础设施建设上升到了国家意志层面。
“星网”公司破茧而出：2021 年 4 月 28 日，国务院国资委发布关于组建中国卫星网络集团有限公司的公告，新组建的“星网”公司总部落地河北雄安新区，注册资本 100 亿元。
这也是国资委公布的央企名单中仅次于电信、联通、移动之后的又一家通信运营商。
卫星互联网技术试验卫星成功发射：据新华社消息，2023 年 7 月 9 日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。
--- 报告摘录结束 更多内容请阅读报告原文 ---
报告合集专题一览 X 由【报告派】定期整理更新
（特别说明：本文来源于公开资料，摘录内容仅供参考，不构成任何投资建议，如需使用请参阅报告原文。）
精选报告来源：报告派
科技 / 电子 / 半导体 /
人工智能 | Ai产业 | Ai芯片 | 智能家居 | 智能音箱 | 智能语音 | 智能家电 | 智能照明 | 智能马桶 | 智能终端 | 智能门锁 | 智能手机 | 可穿戴设备 |半导体 | 芯片产业 | 第三代半导体 | 蓝牙 | 晶圆 | 功率半导体 | 5G | GA射频 | IGBT | SIC GA | SIC GAN | 分立器件 | 化合物 | 晶圆 | 封装封测 | 显示器 | LED | OLED | LED封装 | LED芯片 | LED照明 | 柔性折叠屏 | 电子元器件 | 光电子 | 消费电子 | 电子FPC | 电路板 | 集成电路 | 元宇宙 | 区块链 | NFT数字藏品 | 虚拟货币 | 比特币 | 数字货币 | 资产管理 | 保险行业 | 保险科技 | 财产保险 |
