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10月25日(下周三),由中国通信学会主办的中国卫星应用大会将在北京召开,主题为“数字化转型赋能卫星应用产业”。届时,国家发改委、国家航天局、科技部等部门将会出席并做主旨演讲,同时还有众多海内外的专家在现场发布对卫星行业的最新报告。大会期间还将举办卫星技术与设备展览会,鼓励卫星运营商和制造商展示最新的卫星设备和应用系统。
当前,国内正在计划建设一个包含1.3万颗卫星的星座系统,计划4年内完成部署。根据国际电信联盟(ITU)的数据,中国星网在2020年9月就向国际申请了“GW星座计划”,规划发射近1.3万颗低轨卫星。由于卫星轨道属于稀缺资源,国际遵循先占先得的规定,卫星运营商须在申请登基后的2年内发射计划的10%,5年内发射50%,7年内完成所有部署。
也就是说,为了优先得到轨道资源,我国将要在未来4年内发射近1.3万颗卫星,这与马斯克建立的SpaceX星链计划相当(马斯克预计到2024年部署约1.2万颗通信卫星)。产业奇点临近。从行业进展来看,国内的卫星行业正处在放量前夕,未来两年有望迎来批量发射。据产业人士透露,星网集团将在今年年底前发射三颗低轨试验卫星,而卫星星座的大批量发射一般都会在试验星发射后的1至2年内进行。这也就意味着,2024-2025两年间将迎来卫星行业的爆发式增长。
以美国Spacex为代表的头部企业加速布局低轨卫星,轨道资源竞争白热化。中国于2020年11月9日提交基于12992颗低轨卫星的“GW星座”计划,与美国星链计划相抗衡。2021年4月28日,中国卫星网络集团正式成立,专门负责统筹中国卫星互联网建设的规划与运营,加快卫星互联网商用化进程,卫星互联网发展竞争已趋于白热化。
低轨卫星竞争呈美国领先、大国追赶的“一超多强”格局。由于卫星制造及火箭发射技术壁垒凸出小火箭去哪里买节点,全球竞争主要在大国间进行,美国依靠强大的技术积累及资金优势占据着先发优势和主要市场地位。从轨道卫星布局来看,截上2022年5月,美国制造及拥有的近地轨道卫星超3000颗占比超60%,处于绝对主导地位:从卫星参数来看,美国Starlink计划在卫星数目、投资规模等参数上均远远优于其他国家的星座计划。
低轨卫星是地面通信候补链条,空天地一体化中枢环节。据世界银行及MS数据显示,截止2022年全球仍有超三成人口不具备联网能力,网络增长空间广阔。然而传统陆基通信一方面需要基站等基础设施完成区域覆盖,连续不间断覆盖需要大量投入基础设施建设:另一方面在远洋货轮、森林、沙漠等场景不具备建设基础设施的物理环境,因此陆基解决方案存在极大的经济性与可行性限制。
卫星互联网不受地形与环境限制,当前在50/66层面与地面通信走向互补关系。卫星互联网也是我国空天地一体化网络建设的中枢节点,在构建覆盖全球的星地融合通信网络中发挥着关键作用。
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通信业务的发展。
增强通信:低轨巨型星座可构建覆盖全球的天基网络,提供高速通信服务,为众多地面终端设备提供通信能力,提高指挥和操作能力
侦查帧视:卫星数量多、重访周期短,通过在卫星上搭载相应的传感器,可实现对全球的近期全天候不间断的侦查和监视
定位导航:可作为北斗卫星信号导航中继节点,播发大功率导航增强信号,可以提升导航定位系统精确度和抗干扰能力
应急救援:卫星通讯不受人为因素和极少受天灾影响,可在地震、海等严重自然灾害使地面移动通信网络受损中断时提供应急通信服务
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。
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G 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
根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》,卫 星互联网产业链主要包含卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四大环节。卫星制造环节主要包括卫星平台和卫星载荷。
卫星产业链主要包括四个环节,分别为卫星服务、地面设备、卫星制造和火箭发射,价值量占比分别为42%、51%、5%、2%,其中卫星服务和地面设备是价值量占比最大的两个环节。
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、热控系统及数据管理系统等。
卫星发射环节主要包括火箭制造和发射服务。地面设备主要包括固定地面站、移动式地面站(动中通、静中通等)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、控制分析图、电源系及卫星测控站、卫星运控中心等。
卫星运营及服务主要包括卫星移动通信服务、宽带广播服务及卫星固定服务等,一般可分为 空间段卫星运营服务和地面段卫星应用服务两部分。
当前卫星互联网处于空间段和地面段的基础设施建设阶段,上游卫星制造发射和地面站建设是技术发展的焦点。
卫星通信能力不断提升:随着卫星向高通量的方向发展,目前全球卫星制造商正在积极 开拓 Q、V 频段,而太赫兹频段正处于规划阶段;宽带转发器开始广泛应用,作为转发 器重要部件的行波管放大器由于在高带宽、高频段方面的优异性能已经成为主流产品;多点波束技术是提升卫星通信能力的重要手段,多波束相控阵天线使用电子手段实现 快速扫描,已经成为天线发展的重要方向。
我国卫星互联网产业链不断完善,在卫星制造、卫星发射、地面设备、运营服务等环节均有 相关的企业布局。赛迪智库无线电管理研究所李雨凌在《卫星互联网产业链分析及发展趋势研判》中对产业链各环节进行了介绍,由于卫星产业证券化率较低,我们主要梳理了相关上市公司:
1)卫星试样的研制:主要以航天科技集团、航天科 工集团、中科院及相关附属研究机构为主,在重大项目布局、资金配套、技术及产品研发方 面具备突出优势;航宇微、九天微星、天仪研究院、银河航天、微纳星空等企业在微小卫星 制造业务也取得了一系列突破;2)上游配套支撑:国内涌现出一批零部件及电子元器件等 产品配套供应企业,包括振华科技、航天电器等。
【中国卫星】我国卫星应用产业领军企业,专注于宇航制造和卫星应用两大主业,形成 了航天东方红、北京恒星、深圳东方红等一系列知名品牌,拥有 CAST968 等系列先进 的小卫星、微小卫星公用平台,研制有鹊桥号中继星、鸿雁卫星星座等产品。
【铖昌科技】公司是国内从事相控阵 T/R 芯片研制的主要企业,领先推出星载和地面 用卫星互联网相控阵 T/R 芯片全套解决方案,研制的多通道多波束幅相多功能芯片为 代表的 T/R 芯片,在集成度、功耗、噪声系数等关键性能上具备一定的领先优势。
【航天电器】我国高端连接器、微特电机、继电器和光电子行业的核心骨干企业,从事 高端连接器、微特电机、高端继电器、光通信器件(光电模块)等产品的研制、生产及 销售,产品用于航空航天、电子、兵器、船舶、通信、轨交、能源装备等高技术领域。
【振华科技】我国高新电子元器件领先企业,以新型电子元器件为核心业务,主要产品 包括电阻器、电容器、电感器、滤波器、熔断器、继电器等,广泛应用于航空、航天、 电子、兵器、船舶及核工业等重要领域。
1)运载火箭研制与发射主要由航天科 技集团和航天科工集团承担:航天科技集团旗下的长征系列火箭拥有近 20 个具体型号,可以 承担从小型到重型航天器的各种发射服务;航天科工集团旗下的开拓者系列火箭、快舟系列 火箭是小型固体发动机火箭,可以承担近地轨道发射任务。2)建设商业发射台和发射场以 满足不同的商业需求成为行业关注热点:海南文昌发射场是我国第一座商业航天发射场, 计 划于将 2024 年实现常态化发射。
【海格通信】公司是全频段覆盖的无线通信与全产业链布局的北斗导航装备研制专家, 主要从事主营业务为通信设备、导航设备的研制、生产、销售和服务。
【华测导航】我国北斗高精度卫星导航领域领先企业,主要从事北斗高精度卫星导航定位相关软硬件技术产品的研发、生产和销售,主要产品包括高精度 GNSS 接收机、 GIS 数据采集器、三维激光产品、无人机遥感产品等数据采集设备及位移监测系统、农机自 动导航系统、驾考驾培系统等数据应用及解决方案。
【中国卫通】我国唯一拥有自主可控通信广播卫星资源的基础电信运营企业,主要产品是卫星空间段运营,截至 2022 年底,公司拥有 15 颗商用通信广播卫星,是我国唯一 拥有自主可控通信广播卫星资源的基础电信运营企业,广播通信服务覆盖中国全疆域、 周边及“一带一路”主要区域,是亚洲第二大、世界第六大固定通信卫星运营商。
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