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1、 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报告|行业深度 2023 年 03 月 13 日 国防军工国防军工 卫星互联网卫星互联网:横跨军民领域的万亿新赛道,横跨军民领域的万亿新赛道,迎迎爆发式爆发式基建新纪元基建新纪元 卫星互联网是大国竞争的新高地,军民领域都有巨大的战略价值和经济价值,是卫星互联网是大国竞争的新高地,军民领域都有巨大的战略价值和经济价值,是新时代中国发展不能错过的万亿产业大赛道新时代中国发展不能错过的万亿产业大赛道。卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化以及低成本的特点;军用领域军用领域:卫星互联网在发现、定位、跟踪、瞄准、交战、评估等杀伤链环节有着巨大潜力
2、,俄乌战场 Starlink 大放光彩并且“星盾”已开始服务美国防部。民用领域民用领域:空天地一体化网络能很好的解决广域空间范围内的泛在、智能、协同和高效的信息互联,已被瑞典、美国等多个国家确定为下一代移动通信技术(6G)的基本框架,卫星互联网是实现空天地大互联不可或缺的重要环节。全球:全球:低低轨卫星互联网建设在全球范围内掀起基建狂潮轨卫星互联网建设在全球范围内掀起基建狂潮。据目前国际主流卫星星座规划,超过 7.4 万颗卫星将被发射,自 2020 年起 SpaceX 公司星链进入密集建设期来,目前累计发射 4001 颗卫星,用户数量已经突破百万,取得巨大成功,OneWeb、亚马逊等科技巨头纷
3、纷涌入卫星互联网赛道;中国、加拿大等国家相继推出超大规模星座项目,低轨卫星已成新一轮科技革命的竞技场。我们认为随着卫星通信技术的不断成熟和发射成本的降低,卫星互联网建设会持续加速。中国:中国:国际形势倒逼国际形势倒逼,中国,中国卫星互联网卫星互联网建设建设全面提速,全面提速,有望实现跨越式发展有望实现跨越式发展。中国在 2016-2018 年间推出鸿雁等星座计划进行卫星互联网的早期探索,GW 项目12992 颗巨型星座的申请获批拉开了星网公司统筹建设的新篇章,2022 年统一招标第一批卫星落地伴之而来的将是首星发射,2023 年将成为中国星网建设的元年。我们预判“十四五”将进行中国星网快速密集
4、的迭代验证,“十五五”将迎来全面建设,卫星互联网有望迎来长达十年的成长期。紧迫性看:紧迫性看:国际形势倒逼,国际形势倒逼,中国卫星互联网建设刻不容缓中国卫星互联网建设刻不容缓。1、轨道和频谱不可再生,“先占永得”,极具战略价值,世界范围内的争夺战已经打响,仅美国 SpaceX 就申请了近 42%的轨道资源,形势不容我们落后。2、近地轨道逐渐拥挤,截至 2022 年底,美国在轨航天器 4731 个占总数的65.5%,大幅领先其他国家,必要时可以形成“太空封锁”严重威胁我国正常的宇航活动和战时的战略导弹投送能力。3、Starlink 在俄乌战场锋芒毕露,对战局产生不可估量的影响,“星盾”成功将低轨
5、星座推向美国防部,其在防务领域的价值进一步凸显。可行性可行性看:看:国内产业快速推进,国内产业快速推进,中国卫星互联网建设恰逢其时中国卫星互联网建设恰逢其时。1、政策全面向好,纳入新基建范畴确立卫星互联网的战略地位;上层建筑规划落地,2021 年国资委成立中国星网公司作为中国卫星互联网的“总设计师”,产业进入了国资牵引、央企主导、国企民企协力共创的新纪元。2、航天科技、中科院等企业大力开展面向低轨星座建设的低成本运载火箭,“力箭”等产品的成功表明在低成本发射领域取得阶段性成果;多地布局批量卫星制造能力;商业航天专用发射场的持续推进有望大幅提高发射承载能力。3、星星之火渐成燎原之势,民营航天在资
6、本加持下快速发展,星河动力、银河航天等企业逐步成为我国卫星互联网产业的重要力量。万亿产业新赛道,上中下游企业滚动式发展,万亿产业新赛道,上中下游企业滚动式发展,产业链各环节空间渐进式打开产业链各环节空间渐进式打开。卫星互联网产业链将随着基建推进,从卫星制造、火箭发射逐步延伸到地面设备和卫星服务四大产业环节。根据我国现有星座规划,2023-2033 年预计将有超 1.2万颗卫星被发射,卫星制造+卫星发射市场空间可达 8313 亿元,带动 6.06 万亿的地面设备市场和 4.99 万亿的卫星服务市场。有源相控阵、星间激光链路、卫星电推进系统、3D 打印等新技术有望在新一代通信卫星快速渗透;考虑到目
7、前中国卫星互联网产业尚在建设初期,卫星制造、发射服务、地面设施环节有望首先迎来业务爆发期,建议布局基建阶段有创新性技术、核心卡位的优质标的。重点关注:中字头国企:中国卫星、中国卫通。卫星制造发射:铖昌科技、天奥电子、亚光科技、佳缘科技、铂力特、天银机电。地面设施:盟升电子、震有科技、星网宇达。风险提示风险提示:新技术开发、6G 推进、卫星互联网商业化、预测数据不及预期。增持增持(维持维持)行业行业走势走势 作者作者 分析师分析师 余平余平 执业证书编号:S0680520010003 邮箱: 相关研究相关研究 1、国防军工:积极看多军工,行业高景气度将持续兑现2023-02-26 2、国防军工:
8、无人装备:飞者非鸟,潜者非鱼,战不在兵2023-02-19 3、国防军工:百年未有之大变局加速演进,军贸逻辑将持续兑现2023-02-01 -32%-16%0%16%--03国防军工沪深300 2023 年 03 月 13 日 P.2 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 内容目录内容目录 1.卫星互联网是空天地大互联的基石,产业发展加速.5 1.1 我们为什么要发展卫星互联网?.5 1.2 卫星通信向高通量发展,低轨星座是重点方向.8 1.2.1 卫星通信的基本原理和分类.8 1.2.2 快速增长的通信互联需求催生高通量卫星.10
9、1.2.3 高通量卫星建设,低轨通信星座备受青睐.13 1.3 卫星通信助力 6G 构建空天地大互联.13 1.3.1 卫星通信是 6G 骨干网卡构架的核心部分.13 1.3.2 5G NTN 落地,已向空天地互联过渡.15 1.3.3 移动通信巨头前瞻布局卫星通信与蜂窝网络融合,手机直连卫星时代已到来.16 1.4 全球进入卫星互联网基建新高潮.17 1.4.1 卫星互联网经过三代发展,技术与应用日渐成熟.17 1.4.2 卫星互联网建设已在全球掀起基建狂潮.18 2.走出中国新模式、新高度,中国星网建设正当时.20 2.1 轨道和频谱是稀缺资源,低轨星座已成世界各国竞技场.20 2.2 S
10、tarlink 一马当先,多项底层技术创新驱动全球航天产业变革.21 2.2.1 低成本快速发射打造星链建设底层能力.21 2.2.2 规模化生产推动卫星产能扩张和单星成本下降.23 2.3 中国卫星互联快速跟进,后发优势有望实现跨越式发展.24 2.3.1“前车之鉴”,国际卫星互联网曲折中发展.24 2.3.2“谋定后动”,中国星网有望实现跨越式发展.25 2.4 紧迫性:中国卫星互联网建设刻不容缓.26 2.4.1 卫星频率和轨道资源抢占已落后,亟待追赶.26 2.4.2 近地轨道逐渐拥挤对航天活动造成重大威胁,不容忽视.27 2.4.3Starlink 在俄乌战场锋芒毕露,星盾计划将低轨
11、星座全面推向国防市场.28 2.5 可行性:中国卫星互联网加速发展恰逢其时.29 2.5.1 航天强国健儿齐上阵,发射能力有望持续改善.29 2.5.2 星星之火渐成燎原之势,民营航天快速发展迎拐点.32 3.产业链:万亿新赛道,上中下游企业滚动发展,关注新趋势/新技术.35 3.1 卫星制造与发射价值分配.36 3.2 关注新技术在低轨通信卫星领域的应用.37 3.2.1 有源相控阵天线有望成地轨卫星标配,卫星载荷端与地面终端同步发展.37 3.2.2 星间激光通信,高带宽星座的必备系统.38 3.2.3 电推进系统,新一代卫星的不二选择.40 3.2.4 3D 打印,有望在宇航市场大放光彩
12、.41 4.投资建议:布局基建阶段拥有核心卡位的优质标的.44 4.1 万亿赛道渐进式打开.44 4.2 卫星制造、发射服务、地面设施将首先迎来业务爆发期.45 5.风险提示.47 图表目录图表目录 图表 1:空天地一体化网络.5 图表 2:卫星互联网在不同场景的杀伤链中可发挥的作用.6 图表 3:卫星通信具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点.6 图表 4:2021 年世界移动通信网络人口覆盖情况.6 图表 5:2021 年世界互联网人口覆盖情况.6 图表 6:部分星组网计划覆盖范围(数据截至 2022 年底).7 图表 7:Starlink 已覆盖及计划覆盖范围示意图(数据截至 2023
13、.03).7 图表 8:星链(Starlink)与 4G、5G 技术能力对比.7 图表 9:卫星通信示意图.8 图表 10:卫星通信系统的组成.8 rRmNWW8ZcWaYvZeXxU6M9RbRmOrRmOnOeRoOmPeRpOmQ7NpPzQMYsOsRxNmMrM 2023 年 03 月 13 日 P.3 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 11:卫星分类.8 图表 12:全球在轨卫星分布情况(数据截止至 2022 年 5 月).8 图表 13:不同轨道高度卫星的优缺点及代表型号.9 图表 14:卫星宽带通信及窄带通信特点对比.9 图表 15:卫星通信的主要应用场景
14、.10 图表 16:高通量卫星与传统卫星对比.10 图表 17:高通量卫星与传统卫星成本对比(美元/Mbps/月).10 图表 18:高通量卫星发展的历程.11 图表 19:全球 2004-2020 年 GEOHTS 卫星发射数量.12 图表 20:2022-2028 年全球高通量卫星市场销售额统计及预测情况(百万美元,%).12 图表 21:我国高通量卫星典型代表.13 图表 22:低轨卫星较高轨卫星具备低成本、覆盖能力强等优势.13 图表 23:2015-2022 年高低轨卫星发射数量.13 图表 24:业界针对空天地一体化网络的研究及标准化已经展开.14 图表 25:卫星互联网是 6G
15、的核心要素之一.14 图表 26:部分国家提前布局 6G 规划情况.14 图表 27:中国积极推动 6G 建设规划工作.15 图表 28:5G NTN 应用示意图.15 图表 29:通信巨头在 5G NTN 的最新进展.16 图表 30:ITU、3GPP、ETSI 等组织探索拉开星地融合的序幕.16 图表 31:多家移动终端厂商布局手机直连卫星.16 图表 32:卫星互联网发展历程.17 图表 33:第一阶段卫星互联网星座系统参数.17 图表 34:第三阶段卫星互联网星座系统参数(数据截止至 2021 年 12 月).18 图表 35:2009-2021 年通信卫星发射情况(个).18 图表
16、36:2020-2023 Starlink 发射次数情况.19 图表 37:不同轨道卫星在轨数量占比(数据截至 2022.5.1).19 图表 38:世界各国低轨卫星星座申报情况(数据截至 2022 年 3 月 20 日).20 图表 39:频段使用情况.20 图表 40:Starlink 用户数量快速增长(单位:万名).21 图表 41:Starlink 地面站和用户主要分布情况.21 图表 42:星链星座组网规模,星链卫星入轨数量剧增(数据截至 2023 年 3 月 10 日).21 图表 43:SpaceX 一级火箭海上回收全过程及整流罩回收现场图.22 图表 44:一级火箭和整流罩实现
17、回收和复用后卫星发射成本大幅降低.22 图表 45:猎鹰 9 号重复发射次数 vs 成本预测(万美元,%).22 图表 46:Starlink 广泛使用“一箭多星”技术.23 图表 47:starship 可大幅提高星链发射能力.23 图表 48:Starlink 的颠覆与创新.23 图表 49:中国卫星互联网重点代表计划进展(数据截至 2022 年 11 月).24 图表 50:更低的价格、更高的性能带来更多的用户.25 图表 51:2022 星网招标结果.25 图表 52:中国星网工程两个巨型卫星星座规划.25 图表 53:星网公司与其他企业统筹协同合力发展.26 图表 54:各国在轨航天
18、器数量(数据截至 2022 年底).27 图表 55:中美不同领域航天器数量对比(数据截至 2022 年底).27 图表 56:“星链”星座 3 个实施阶段.28 图表 57:克兰应用 Starlink 打击俄军地面目标示意图.28 图表 58:Starlink 支持下的无人机对地攻击毁伤效果.28 图表 59:星盾卫星.29 图表 60:不同于商业用途的“星链”,“星盾”项目有三大侧重领域和五大特点.29 图表 61:中国航天发射次数屡创新高.29 图表 62:中国载人航天工程圆满完成“三步走”战略.29 图表 63:部分运载火箭发射成本.30 图表 64:面向商业航天发射的火箭产品蓬勃发展
19、.30 图表 65:传统发射场发射能力几近饱和.31 图表 66:商用航天发射场蓄势待发.31 2023 年 03 月 13 日 P.4 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 67:卫星产业基地制造更多的“中国星”.31 图表 68:国家层面多项政策支持民营航天发展.32 图表 69:各地积极布局商业航天产业发展.33 图表 70:2014-2021 年中国航天相关企业注册量(个,%).33 图表 71:2014-2022 商业航天融资情况(亿元,次).33 图表 72:民营航天 2022 大事件.34 图表 73:2015-2021 全球卫星产业总产值(十亿美金).35 图
20、表 74:2021 全球卫星产业产值分布.35 图表 75:卫星产业链构成.35 图表 76:卫星的主要构成.36 图表 77:Starlink 平板式卫星设计.36 图表 78:卫星成本构成.36 图表 79:新技术在 Starlink 中的应用.37 图表 80:低相控阵多波束天线在卫星上的应用示例.37 图表 81:Starlink 接收终端使用相控阵技术.37 图表 82:不同卫星规模下的地面终端波束扫描角度对比.38 图表 83:低轨卫星互联网地面终端跨星切换示意图.38 图表 84:有源相控阵天线模块成本构成.38 图表 85:无源相控阵(a)与有源相控阵(b).38 图表 86:
21、典型激光通信系统组成.39 图表 87:卫星激光通信优点.39 图表 88:星间激光链路示意图.39 图表 89:Starlink 卫星使用星间激光链路.39 图表 90:霍尔推进器工作原理示意图.40 图表 91:电推进优点.40 图表 92:国外主要电推进 GEO 平台.41 图表 93:金属 3D 打印技术的分类.41 图表 94:金属 3D 打印 SLM 原理图.41 图表 95:3D 打印技术在航天构件领域的应用中发挥着巨大优势.42 图表 96:宣布 2023 年 3 月发射的全球首款“全”3D 打印火箭.42 图表 97:2022 年,NASA 在 3D 打印领域的成就.42 图
22、表 98:星河动力在“苍穹”发动机中大量使用 3D 打印技术.43 图表 99:3D 打印技术在中国航空航天领域应用情况.43 图表 100:中国商业航天市场规模和增速预测(万亿,%).44 图表 101:卫星发射与核心高价值量产品测算.44 图表 102:2022 中国航天融资赛道分布.45 图表 103:核心标的业务和估值情况介绍(亿元).45 2023 年 03 月 13 日 P.5 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 1.卫星互联网是卫星互联网是空空天地天地大大互联的基石互联的基石,产业发展加速,产业发展加速 1.1 我们为什么要发展卫星互联网?我们为什么要发展卫星互联网
23、?空天地一体网络是面向未来的通信网络,空天地一体网络是面向未来的通信网络,卫星互联网是打通空天地卫星互联网是打通空天地大互联大互联不可缺少的不可缺少的一环一环。随着信息技术的发展,人类活动对通信网络的要求持续提高,移动通信从 2G 发展到 5G,网络速度从约 100kbps 提升到 5G 时代的 1Gbps,25 年间提升了 1 万倍。随着人类活动和经济生产活动的不断扩大,我们进入了万物互联的新时代,对网络通信的需求也从速度提升,逐步向通信互联时间、互联空间等领域全面拓展,现有通信网络对山区、沙漠、海洋、天空等人际活动稀少的地方覆盖严重不足,而虚拟现实、自动驾驶、物联网等新产业也对通信容量、通
24、信延迟提出了全新的要求。空天地一体化网络技术在新时代的需求下应运而生。图表 1:空天地一体化网络 资料来源:空天地一体化网络技术:探索与展望,国盛证券研究所 卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点,卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点,是空天一体网络的必要组是空天一体网络的必要组成部分,其在国防军事和民用领域有着成部分,其在国防军事和民用领域有着极为广泛的应用和巨大的潜在价值极为广泛的应用和巨大的潜在价值。军用:卫星互联网在国防领域具有巨大潜力军用:卫星互联网在国防领域具有巨大潜力。其在战争中的运用包括:支持网络舆论、保障地面任务、串联情报信息、支撑精确打击、支援无人
25、机作战、反网络电子干扰。具备的潜在战斗能力包括:目标侦察能力、电子对抗能力、反导拦截能力、通信保障能力。2020 年美国陆军与 SpaceX 签署合作研发协议,将 Starlink 宽带卫星连接到军事通信网络。从当前的趋势看,Starlink 的技术将从民用为主转为军民共举的方向,成为美军未来作战理念新载体。2023 年 03 月 13 日 P.6 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 2:卫星互联网在不同场景的杀伤链中可发挥的作用 应用场景应用场景 杀伤链环节杀伤链环节 发现发现 定位定位 跟踪跟踪 瞄准瞄准 交战交战 评估评估 火力打击火力打击 太空目标发现 对敌目标识别
26、 高精度定位 不间断高精度定位 太空作战/精确打击 作战评估 导弹预警导弹预警 预警信息 预警信息 导弹跟踪 导弹全程跟踪 导弹火控级跟踪 毁伤效果评估 情监侦情监侦 目标情报 目标情报 目标信息 目标信息 火控信息 作战效果评估 卫星通信卫星通信 通信、数据链路 通信、数据链路 通信、数据链路 低延时数据链 低延时数据链 低延时数据链 作战管理作战管理 资源调配 自动数据处理 持续监测 信息共享 智能指控 效果评估 定位导航定位导航 定位导航 定位导航 定位导航 定位导航 定位导航 定位导航 资料来源:“星链”星座军事化应用浅析,国盛证券研究所 民用:民用:卫星卫星互联网互联网是解决地球“无
27、互联网”人口数字鸿沟的有效手段之一是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟的有效手段之一。目前,地球上超过 70%的地理空间,涉及 30 亿人口未能实现互联网覆盖。卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点,是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟的重要手段之一,也是实现网络信息地域连续覆盖的有效补充。图表 3:卫星通信具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点 资料来源:“新基建”之中国卫星互联网产业发展白皮书,国盛证券研究所 1)广覆盖:可实现全球宽带无缝通信)广覆盖:可实现全球宽带无缝通信。传统地面通信骨干网在海洋、沙漠及山区偏远地区等苛刻环境下铺设难度大且运营成本高,在互联网渗透率低的区域通
28、过部署传统通信骨干网络进行延伸普及已存在现实障碍。据 ITU 统计,2021 年全球仍有 37%的人口未接入互联网,非洲等地区 4G 网络覆盖率仅在 50%上下。图表 4:2021 年世界移动通信网络人口覆盖情况 图表 5:2021 年世界互联网人口覆盖情况 资料来源:ITU,国盛证券研究所 资料来源:ITU,国盛证券研究所 85.00%99.00%88.00%9.00%1.00%7.00%75%80%85%90%95%100%4G3G63%90%57%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%世界发达国家发展中国家联网人口比例 2023 年 03 月 13 日 P.7
29、 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 相较而言,卫星互联网拥有“上帝视角”的优势,可以向全球各个地域提供信息通信服务,从而实现全球宽带无缝通信。目前已有多家卫星联网公司给出了覆盖全球或是覆盖全球大部分地区的计划,卫星通信实现全球无网络死角指日可待。图表 6:部分星组网计划覆盖范围(数据截至 2022 年底)图表 7:Starlink 已覆盖及计划覆盖范围示意图(数据截至 2023.03)卫星星座卫星星座 在轨数量在轨数量 项目进展项目进展 计划覆盖范围计划覆盖范围 Starlink 3374 颗 已覆盖全球四大洲,32 个国家可用 计划于 2023 年覆盖世界大部分地区 Glob
30、alstar 48+8 颗 估计全球覆盖率 80%以上 全球覆盖 Oneweb 504 颗 全球已设 40 多个信关站 全球覆盖 天启星座 17 颗 2021 年完成第一阶段组网 覆盖全球海上、空中、陆地网络盲区 资料来源:国电高科、通信世界网、全球星系统(Globalstar)技术介绍、中国日报、太空与网络、Globalstar 卫星通信系统星座模拟和全球覆盖率的研究,国盛证券研究所 资料来源:Starlink 官网,国盛证券研究所 2)低延时:)低延时:可实现可实现延时与地面网络相当延时与地面网络相当。对于延时敏感类业务,如:金融交易、网络游戏、虚拟现实等,其对传输时延有着极高的要求。以
31、SpaceX 披露的其星链互联网测试结果,星链互联网的下载速率为 102 至 103Mbps,上传速率为 40 至 42Mbps,延迟为 18至 19 毫秒。根据 S 数据,美国固定宽带的平均延迟为 22毫秒,移动网络的平均延迟为 39 毫秒。星链互联网的延迟已与地面宽带大致相当。3)低成本:建设成本低于地面通信设施)低成本:建设成本低于地面通信设施。SpaceX 的官方消息称,Starlink 卫星通信星座的总投资额约为 200-300 亿美元,折合人民币 1300-2000 亿元,初期需要 50-100 亿美元才能全面投入运营。而地面 5G 的部署成本,据麦肯锡预测,第一轮全球 5G 部署
32、将投入7000-9000亿美元,且2030年仅有美国、中国、欧洲等地区可以享受5G网络。由此可见,卫星互联网建设与地面通信设施建设相比,其成本具备很大优势。4)宽带化:高通量卫星技术日渐成熟)宽带化:高通量卫星技术日渐成熟。高频段、多点波束和频率复用等技术的使用显著提升了通信能力,降低了单位宽带成本,能满足高信息速率业务的需求,极大的拓展了应用场景。4G 系统要求的下行速度平均为 100Mbit/s 左右,5G 要求的下行体验速率要达到 1Gbit/s,峰值速率最高要达到 20Gbit/s,Starlink 卫星通信星座全球测试的结果峰值速率能够达到 649Mbit/s,SpaceX 平均速率
33、目标为 50-150Mbit/s,可见 Starlink 卫星通信星座能达到的速率与 4G的水平基本持平。从用户容量上看,Starlink单星通信容量已经与单个 5G宏基站的容量基本持平,理论带宽也已接近 5G,随着技术的成熟、传输速率的提升,卫星通信宽带化的特点将进一步凸显。图表 8:星链(Starlink)与 4G、5G 技术能力对比 Starlink 4G 5G 下行速度下行速度 50-150Mbit/s 100Mbit/s 1Gbit/s 理论带宽理论带宽 1Gbps 100Mbps 1-2Gbps 用户容量用户容量 单星通信容量 17-23Gbps(可迭代)-100 万终端/km2,
34、单个 5G 宏基站至少 20Gbps 覆盖距离覆盖距离 550km 轨道高度的天线覆盖 64km2 覆盖半径约为 1-3 千米 半径 300 米(可布设区)传输方式传输方式 长距离无线通信 光纤传输 光纤+中远距离无线通信 应用场景应用场景 极地、海洋、航空、灾难、战争等特殊网络服务 电视直播、移动医护、智能手机等 高宽带、物联网、低时延应用场景 资料来源:星链:全球卫星互联网时代的传播体系重构、4G 到底颠覆了什么、eLTE 无线专网在智能电厂中应用研究,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.8 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 1.2 卫星通信向卫星通信向高
35、通量发展,低轨星座是高通量发展,低轨星座是重点方向重点方向 1.2.1 卫星通信的基本原理和分类卫星通信的基本原理和分类 卫星通信卫星通信是当今必不可少的通信方式之一是当今必不可少的通信方式之一。卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号,在卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的通信。卫星通信是航天技术和现代通信技术相结合的重要成果,在广播电视、移动通信及宽带互联网等领域起到了广泛的应用,是当今必不可少的通信方式之一。卫星通信本质上是利用通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的卫星通信本质上是利用通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的无线电无线电中继通信中继通信。卫星通信系统由通信卫
36、星、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大功能部分组成。图表 9:卫星通信示意图 图表 10:卫星通信系统的组成 资料来源:数字微波与卫星通信,国盛证券研究所 资料来源:数字微波与卫星通信,国盛证券研究所 通信卫星占全球在轨卫星半数以上通信卫星占全球在轨卫星半数以上,是人类最为高频使用的航天器之一是人类最为高频使用的航天器之一。截止 2022 年5 月 UCS 公布的数据,全球共有在轨卫星 5465 颗,通信卫星数量达 3613 颗,比例达66%,占据了在轨卫星的半壁江山。图表 11:卫星分类 图表 12:全球在轨卫星分布情况(数据截止至 2022 年 5 月)应用类别应
37、用类别 功能功能 应用领域应用领域 代表型号代表型号 卫星通信卫星通信 可传输电话、电报、传真、数据和电视等信息 承担洲际通信业务和电视传输。中星系列、天通卫星 卫星遥感卫星遥感 主要提供对地球、天体以及空间环境有关的监测信息 可用于国土、环保、应急、水利、气象、海洋、农业、林业、军队、金融保险以及大众消费等领域。高分系列 卫星导航卫星导航 主要提供时间/空间基准和所有与位置相关的实时动态信息 可应用于航空、航海、通信、人员跟踪、消费娱乐、测绘、授时、车辆监控管理,和汽车导航与信息服务等。北斗 资料来源:航天宏图招股说明书、百度百科,国盛证券研究所 资料来源:UCS,国盛证券研究所 轨道与卫星
38、的使命密切相关,根据轨道高度不同,通信卫星常用轨道与卫星的使命密切相关,根据轨道高度不同,通信卫星常用轨道包括轨道包括低地球轨道、低地球轨道、中地球轨道和地球静止轨道中地球轨道和地球静止轨道。按照卫星的任务要求,选择最有利的运行轨道是轨道设计的首要工作,根据其运行轨道距离地面的高度来分类。2023 年 03 月 13 日 P.9 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 13:不同轨道高度卫星的优缺点及代表型号 卫星卫星 轨道高度轨道高度 优点优点 缺点缺点 代表型号代表型号 LEO(低地球轨道)(低地球轨道)3002000 千米 链路损耗小 传输时延短 能获得有效的频率复用 所
39、需卫星数量多 单颗卫星覆盖面积小 采用星际链路,系统复杂,技术风险大 Global-Star 系统 Orbcomm 系统 MEO(中地球轨道)(中地球轨道)200035786 千米 链路损耗较小 传输时延较小 所需卫星较多 采用星间链路,系统较为复杂 原国际海事卫星组织推出的 INMARSAT 系统(现 ICO 通信系统)GEO(地球静止轨(地球静止轨道道)35786 千米 所需卫星数量少 技术成熟 轨道资源极其有限 链路损耗大 传输时延长 卫星和移动用户终端的体积和成本大 Milstar Direct TV 资料来源:“新基建”之中国卫星互联网产业发展白皮书、卫星应用技术、卫星通信系统、卫星
40、通信技术,国盛证券研究所 从带宽角度看,卫星通信可分为宽带通信和窄带通信,从带宽角度看,卫星通信可分为宽带通信和窄带通信,Ka 频段的宽带通信是重要发展频段的宽带通信是重要发展方向方向。宽带通信卫星大多采用 Ka 频段,主要目标是通过卫星进行话音、数据、图像和视频的处理和传送,为多媒体和高数据率的互联网应用提供一种无所不在的通信方式。宽带通信卫星较以往的通信卫星最大的区别在于,其可以提供的业务由低速业务及话音业务变为互联网和多媒体业务,目前全球多国都已开始研制和建造宽带通信卫星。图表 14:卫星宽带通信及窄带通信特点对比 卫星宽带通信卫星宽带通信 卫星窄带通信卫星窄带通信 工作频段工作频段 K
41、u、Ka 为主,Ka 频段是趋势 L、S、C 为主 轨道轨道 在 GEO 轨道基础上,拓展MEO/LEO 轨道 GEO 轨道为主 带宽带宽 一般为几十到几百 MHz 约为 1MHz 传输速率传输速率 高,可达上百 Mbps 低,一般在几 Kbps 用户终端体积用户终端体积 较大,直径 1m 左右 较小 用户终端成本用户终端成本 1000-5000 美元 几百美元 应用领域应用领域 话音通信业务和数据宽带应用,支持实时和非实时广播和双向互动业务 窄带通信,物联网 代表运营商代表运营商 Starlink、OneWeb 等 Globalstar、Orbcomm 等 资料来源:宽带卫星通信产业与技术发
42、展研究、低轨卫星通信网络领域国际竞争:态势、动因及参与策略、全球星系统(Globalstar)技术介绍,国盛证券研究所 卫星通信的应用场景及潜在应用场景非常广阔卫星通信的应用场景及潜在应用场景非常广阔。卫星通信应用场景横跨军民,根据UCS数据,截止到 2022 年 5 月,在轨卫星中商业用途卫星占比达 77%,军事用途卫星占比为 10%。根据卫星的不同应用场景,卫星通信可分为电视及声音直播、边远地区通信、专用网通信、双向数据分发(如高速互联网接入、物联网)、军用通信等。2023 年 03 月 13 日 P.10 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 15:卫星通信的主要应用场
43、景 应用场景应用场景 应用场景详情应用场景详情 代表型号代表型号 运行轨道运行轨道 频段频段 电视直播、电视直播、声音直播声音直播 卫星广播可以将无线广播数据从卫星发送到家用接收终端、车载接收终端等接收设备中,从而向公众进行电视直播、声音直播,具体应用场景包括“村村通”、奥运直播等。WorldSpace 卫星广播系统利用 L 波段向亚太地区提供广播服务 GEO L 边远地区通信边远地区通信 欧美发达国家人口密度相对较低,“一带一路”沿线国家信息通信基础设施不够完善,航海、航空、岛屿等区域也有较强的网络接入需求,传统地面通信服务难以实现全覆盖。卫星通信有着广覆盖的优势,能有效解决通信基础设施缺乏
44、地区互联网接入等问题,实现全球无缝通信。Starlink计划发射4.2万卫星建成无死角覆盖全球,提供宽带通信服务 LEO Ku/Ka/V 专用网通信专用网通信 卫星专用网通信可以通过热备份、链路加密等方式加强通信的安全性、可靠性,并能利用真空光速减少时延,提高时效性。我国国务院于 1989 年批准组建金融卫星通信专用网,承 担 全 国 电 子 联 行(EIS)、支付备份等业务-C/Ku 双向数据分发双向数据分发 基于 DVB-RCS 或外交互式的双向卫星数据广播与分发系统也是卫星通信的重要应用场景之一,具体用途包括高速互联网接入、电视会议、M2M 物联网等。Starlink 提供全球互联网接入
45、服务 LEO Ku/Ka/V 军用通信军用通信 今天的军事系统都高度依赖于卫星的使用,军事卫星提供广泛的服务,包括通信服务、收集情报数据、天气预报、预警、提供导航信息和时间数据等。美国 Milstar GEO EHF 资料来源:新华网、卫星通信的发展现状及产业发展综述_张更新,国际和国家安全视角下美国的“星链”计划及其影响,金融卫星通信专用网的建设及其应用,国盛证券研究所 1.2.2 快速增长的通信互联需求催生快速增长的通信互联需求催生高通量卫星高通量卫星 高通量通信卫星(HTS),亦叫超高吞吐量通讯卫星,高通量通信卫星常利用频率资源的多倍复用来提高吞吐量,能提供传统卫星的数十倍甚至上百倍的容
46、量。高通量通信卫星的主要有 3 大特征:1)技术升级;2)频段拓展;3)轨道开发。这些特征使卫星具备更大的通信容量,同时降低了单位带宽的成本。图表 16:高通量卫星与传统卫星对比 图表 17:高通量卫星与传统卫星成本对比(美元/Mbps/月)资料来源:罗兰贝格,国盛证券研究所 资料来源:Euroconsult,国盛证券研究所 1)技术升级:)技术升级:高通量卫星是相对于使用相同频率资源的传统通信卫星而言的,主要技术特征包括多点波束、频率复用、高波束增益等。多点波束方面,多点波束方面,使用大量点波束实现广域范围覆盖;频率复用方面,;频率复用方面,点波束之间可以实现子波段的复用,增加频谱利用率和
47、2023 年 03 月 13 日 P.11 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 卫星通信容量;波束增益方面,;波束增益方面,波束宽度窄提高天线增益,降低终端天线口径,提高频谱利用率,提高数据传输速率。2)频段拓展:)频段拓展:传统使用的 C、Ku 频段逐渐饱和,高通量卫星逐渐向更高频段发展,如使用 Ka 频段的中国首颗高通量卫星中星 16 号,又例如银河航天的使用 Q/V 频段的 5G通信卫星。使用如 Ku、Ka 高频波段,能有效提升通讯速率,同时高频段资源丰富可用频带宽(Ka 频段可用频带宽高达 3.5GHz,超过现有 L、S、C、Ku 频段总和),但遇云/雨衰减较大。3)轨道
48、开发:)轨道开发:与频段资源类似,轨道资源是稀缺资源,特别是赤道同步轨道仅此一条,为了提供更高容量,也为了满足更高的通信需求,高通量卫星从以GEO(地球同步轨道)为主导向 LEO(低地球轨道)延伸。高通量卫星高通量卫星凭借高吞吐量、低单位带宽成本、数据传输速度快等优势,为通信卫星行凭借高吞吐量、低单位带宽成本、数据传输速度快等优势,为通信卫星行业带来了更多的应用可能,拥有广阔的商业化前景,市场空间巨大业带来了更多的应用可能,拥有广阔的商业化前景,市场空间巨大。美国在高通量卫星领域世界领先,Viasat 公司的高通量卫星经过三代发展,已达到单星数百 Gbps 通信带宽的能力(Viasat-3 容
49、量将超过 500Gbps,甚至可达到 Tbps 级别)。图表 18:高通量卫星发展的历程 时间阶段时间阶段 培育阶段培育阶段 成熟阶段成熟阶段 全面发展阶段全面发展阶段 2006-2010 2011-2016 2017-2022 2023 以后 典型卫星 一代星:Anik F2、Wildblue-1、Spaceway-3 二代星:Viasat-1、Jupiter-1 三代星:Viasat-2、Jupiter-2、Jupiter-3 四代星:Viasat-3、SES-26 系统容量 200 Gbps 一般500G/全灵活 下行速率 100 Mbps 数据回传能力 100Gbps100Gbps下行
50、速率:450Mbps450Mbps上行速率:200Mbps200Mbps在轨寿命:1515年年卫星系列:中国卫星中国卫星 资料来源:中国卫通,国盛证券研究所 1.2.3 高通量卫星建设高通量卫星建设,低轨通信星座低轨通信星座备受青睐备受青睐 低轨星座具备时延小、单星造价低、系统通信容量大等特点,在高通量卫星领域获得低轨星座具备时延小、单星造价低、系统通信容量大等特点,在高通量卫星领域获得更多青睐,是当下卫星互联网建设的更多青睐,是当下卫星互联网建设的主流选择主流选择。随着低轨卫星的技术日益成熟,结合低轨卫星自身具备低成本、覆盖能力强等优势,目前低轨卫星的发射节奏远超高轨卫星,截止至 2022
51、年 12 月 11 日,全球共发射低轨卫星 12516 颗,仅 2022 年全球共发射2273 颗低轨卫星,占全年所有发射卫星数量的 98.6%。由多颗低轨卫星组网而成的星座计划应运而生,再结合高、中、低轨卫星的特色与优势,组合构成卫星互联网,卫星互联网作为地面通信系统的补充,正式迈入了普及时代。图表 22:低轨卫星较高轨卫星具备低成本、覆盖能力强等优势 图表 23:2015-2022 年高低轨卫星发射数量 高轨卫星高轨卫星 低轨卫星低轨卫星 传输距离传输距离 远 近 时延时延 大 小 信号衰减信号衰减 大 小 系统可靠性系统可靠性 弱 强 单卫星覆盖单卫星覆盖 覆盖广,三颗卫星可实现南北纬
52、70覆盖 覆盖范围小,大量卫星组网才能全球覆盖 卫星重量卫星重量 约几千公斤 约几百公斤 单颗卫星制造成本单颗卫星制造成本 约几亿美元 约几十万美元 卫星生命周期卫星生命周期 长,约 15 年 短,约 5-7 年 单星容量单星容量 大 小,系统容量大 资料来源:高低轨宽带卫星通信系统特点对比分析,高低轨宽带卫星通信系统综合比较分析,国盛证券研究所 资料来源:Jonathans Space Report,国盛证券研究所 1.3 卫星通信助力卫星通信助力 6G 构建空天地大互联构建空天地大互联 1.3.1 卫星通信是卫星通信是 6G 骨干网卡构架的核心部分骨干网卡构架的核心部分 空天空天地地一体化
53、网络已经成为包含中国在内的多个国家确立为面向未来的一体化网络已经成为包含中国在内的多个国家确立为面向未来的 6G 通信构架的通信构架的核心方向核心方向。在 6G 时代,天基(高轨/中轨/低轨卫星)、空基(临空/高空/低空飞行器)等网络将与地基(蜂窝/WiFi/有线)网络深度融合,构建起全球广域覆盖的空天地一体化三维立体网络,为用户提供无盲区的宽带移动通信服务。目前全球国际组织已经开展了针对空天地一体化网络的研究及标准化工作。2227334322930230000200182019202
54、020212022LEO发射数GEO发射数 2023 年 03 月 13 日 P.14 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 24:业界针对空天地一体化网络的研究及标准化已经展开 组织组织 开展开展工作工作 提出内容提出内容 ITU-R NGAT_SAT 立项 提出了将卫星系统整合到下一代移动通信系统中 ITU-T 固定、移动、卫星融合标准研究 提出了核心网上星架构、多接入融合网络技术以及业务连续性技术 3GPP NTN SAT_ARCH 的标准化工作 致力于将 5G 网络与卫星结合,提出了透明弯管和再生两类网络融合架构 资料来源:6G 网络架构愿景与关键技术展望白皮书,国盛
55、证券研究所 将卫星互联纳入将卫星互联纳入 6G 网络网络核心核心架构架构是是 6G 相较以往任何移动通信系统最深相较以往任何移动通信系统最深的变革之一的变革之一。6G 通信技术不再是简单的网络容量和传输速率的突破,更是为了缩小数字鸿沟,实现全球无缝覆盖,实现“万物互联”这个终极目标,全面服务新一轮的技术创新和产业革命。6G 网络架构的一个重大转变是:从地面接入向空天地海泛在接入的转变,需要支持天基、空基、地基多种接入方式,固定、移动、卫星多种连接类型。作为未来通信重要的基础设施,卫星互联网将为全球提供低成本互联服务。图表 25:卫星互联网是 6G 的核心要素之一 智慧内生智慧内生安全内生安全内
56、生多域融合多域融合算网一体算网一体6G6G网络架构网络架构四大特征四大特征三大驱动三大驱动场景驱动场景驱动DOICTDOICT融合的技术驱动融合的技术驱动IPIP新新技术驱动技术驱动四个转变四个转变从集中化向分布化转变从集中化向分布化转变从重型增量式设计向智简一体化设计转变从重型增量式设计向智简一体化设计转变从外挂式设计向内生设计的转变从外挂式设计向内生设计的转变从地面接入向空天地海泛在接入的转变从地面接入向空天地海泛在接入的转变全域化全域化:地面网络地面网络高高、中低轨卫星网络等中低轨卫星网络等灵活化组网灵活化组网:多网互联多网互联,包括卫星网络包括卫星网络高高/中中/低轨卫星网络低轨卫星网
57、络、空基平台网络与地面网络深度融合空基平台网络与地面网络深度融合 资料来源:6G 网络架构愿景与关键技术展望白皮书,国盛证券研究所 世界各国对 6G 高度重视,纷纷启动相关研究和标准化工作,提前布局下一代移动通信系统,并且瑞典、韩国等国已经明确在试点应用领域、时间节点上面作出了规划。图表 26:部分国家提前布局 6G 规划情况 国家国家 时间时间 主体主体 进展进展 美国美国 2019.03 联邦通讯委员会(FCC)一致投票通过开放“太赫兹波”频谱的决定,以期其有朝一日被用于 6G 服务。韩国韩国 2020.07 三星电子 发布下一代超连接体验白皮书,预计 2028 年完成 6G 标准和实现初
58、步商业化,2030 年左右大规模商业化。2021.08 LG 电子 成功进行了 6G 太赫兹频段的无线信号传输测试,测试的距离超过 100 米。日本日本 2020.04 总务省 发布了2025年在国内确立6G主要技术的战略目标,希望在2030年实现6G实用化。2020.12 临时内阁会议 追加预算用于促进 6G 研发,试图加大力度推进 6G 研发,在下一个赛道抢占市场先机。瑞典瑞典 2022.11 爱立信 未来 10 年内将在英国投资数千万英镑用于 6G网络研究,研究领域将包括网络弹性和安全、人工智能、认知网络和能源效率。资料来源:中国日报、中国新闻网、凤凰网,国盛证券研究所 2023 年 0
59、3 月 13 日 P.15 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 6G 时代时代是中国不会也不能错过的新时代是中国不会也不能错过的新时代,发展卫星互联网势在必行,发展卫星互联网势在必行。我国从 4G 时代开始开始布局上游核心领域如协议标准、基带芯片的制定和研发并且取得重要成果,在5G 时代跃升世界一流的移动通信强国,华为对 3GPP 贡献了超过 25000 个标准,世界排名第一。6G 时代也必将是中国不会错过也不能错过的新时代。图表 27:中国积极推动 6G 建设规划工作 时间时间 部门部门/人员人员 会议会议/文件文件 内容概览内容概览 2019 年 6 月 工信部-成立 IMT
60、-2030(6G)推进组,聚合运营商、设备商、高校和科研机构等产学研用力量推动我国 6G 技术研究、开展国际交流合作。2019 年 11 月 科技部 6G 技术研发工作启动会 宣布成立了国家 6G 技术研发推进工作组、国家 6G 技术研发总体专家组。2021 年 11 月 工信部“十四五”信息通信行业发展规划 将开展 6G 基础理论及关键技术研发列为移动通信核心技术演进和产业推进工程,提出构建 6G 愿景、典型应用场景和关键能力指标体系,鼓励企业深入开展 6G 潜在技术研究,形成一批 6G 核心研究成果。2022 年 3 月 工信部部长肖亚庆 十三届全国人大五次会议第二次全体会议会后采访 20
61、22 年力争 5G 基站超 200 万座,提前谋划部署 6G 发展,为下一代通信技术 6G 的发展提前谋划,提前做好部署。2023 年 1 月 工信部 全国工业和信息化工作会议 2023 年要抓好十三个方面重点任务,全面推进 6G 技术研发在内。2023 年 3 月 工信部部长金壮龙 国务院新闻办新闻发布会 将加快布局人形机器人、元宇宙、量子科技等前沿领域,全面推进 6G 技术研发。资料来源:工信部、中国新闻网、新华网,国盛证券研究所 1.3.2 5G NTN 落地,已向空天地互联过渡落地,已向空天地互联过渡 5G NTN 落地,逐步向实现空天地互联过度落地,逐步向实现空天地互联过度。传统卫星
62、通信均需要专用的接收终端,受限于专用终端的价格、体积,用户群体受限。2022 年 6 月,3GPP 正式冻结 5G Release17 版 本,支 持 手 机 与 卫 星 直 接 通 信 的 所 谓“非 地 面 网 络(Non-terrestrialNetwork,NTN)”功能被正式定义,手机直连卫星产业化向前迈进一大步。高通、爱立信、泰雷兹、联发科、中兴等通信巨头的加入,极大推动卫星互联网走进大众消费的进程。图表 28:5G NTN 应用示意图 资料来源:太空与网络,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.16 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 29:通
63、信巨头在 5G NTN 的最新进展 时间时间 公司公司 事件事件 成果成果 2022.7.12 瑞典爱立信公司宣布将与法国泰雷兹公司和美国高通公司合作。将共同研制支持 5G NTN 服务新型卫星。2022.8.22 联发科、罗德斯瓦次 合作完成在低轨道(LEO)卫星信道上模拟向5G 基站(gNB)进行数据传输测试。率先展示了基于 5G 智能手机硬件的卫星通信支持能力。2022.08.26 中兴通信 发布全球首个 5G NTN 手机直连卫星技术外场验证。突破 3.6 万公里超远单程距离和普通手机直连两大挑战。2022.11.28 深圳星移联信、唯亚威 合作完成国内首个 5G 星载宽带通信链路打通
64、。表明我国在新一代低轨卫星互联网宽带通信载荷研发方面已经处于世界前列。2023.01 中国电信卫星公司 携手中兴通讯、紫光展锐等产业伙伴共同完成全球首次 S 频段 5G NTN(非地面网络)技术外场上星实测验证。初步验证了基于 3GPP R17 NTN 协议的手机直连卫星、天地一体物联网技术方案的可行性。资料来源:公司官网、中国电子报、南早网,国盛证券研究所 1.3.3 移动通信巨头前瞻布局卫星移动通信巨头前瞻布局卫星通信通信与蜂窝网络融合,手机直连卫星与蜂窝网络融合,手机直连卫星时代已到来时代已到来 卫星通信与移动通信走向融合是大趋势卫星通信与移动通信走向融合是大趋势。未来移动通信网络将以地
65、面蜂窝通信为依托、卫星天基网络为拓展,构建星地融合一体化立体覆盖网络。从 2017 年到 2022 年间,ITU、3GPP 和 ETSI 大力开展并推动基于 5G 体制的卫星互联网星座组网探索,拉开了卫星互联网与地面蜂窝系统体制走向融合的序幕。图表 30:ITU、3GPP、ETSI 等组织探索拉开星地融合的序幕 组织组织 探索探索 内容内容 ITU ITU-RM.2083 提出了“下一代移动通信网应满足用户能随时随地访问服务的需求”。ITU-RM.2460 分析了卫星系统集成到下一代接入技术中的关键因素,提出卫星网络典型应用场景。3GPP R14 将卫星网络划入非地面网络(NTN)范畴。R15
66、 明确将支持卫星接入作为 5G 系统需求,定义了服务连续性、服务普遍性和服务可扩展性等 NTN-5G 系统的 3 个主要服务类别。R16 对 NR 支持 NTN 解决方案进行 SI 立项,明确了透明接入、DU 上星和 NR 上星三种卫星接入 5G 系统的架构。R17 针对卫星接入对核心网的影响问题及解决方案进行研究和评估。R18 研究了卫星接入多连接、核心网上星和星上边缘计算等卫星与 5G 的融合增强特性,深入推进 5G 与卫星网络融合的演进。ETSI Sat5G 联盟 探索将卫星集成到 5G 网络中的可行性方案。资料来源:中国信科关于星地融合移动通信的认识与思考,国盛证券研究所 手机手机直连
67、卫星直连卫星,移动终端厂商在卫星互联的布局已悄然展开移动终端厂商在卫星互联的布局已悄然展开。卫星连接可以帮助填补地面蜂窝网络的空白,利用卫星互联网为手机提供服务已成为电信公司、手机制造商和卫星运营商颇为关注的领域,多家厂商积极布局手机直连卫星的业务与产品。图表 31:多家移动终端厂商布局手机直连卫星 厂商厂商 布局布局 T-Mobile+Starlink 2023 年发射的 Starlink 卫星将能够通过现有的蜂窝频段直接连接到手机,将推出基于第二代 Starlink 卫星和 T-Mobile 带宽的新移动服务。苹果+GlobalStar 苹果公司向 Globalstar 投资 2.52 亿
68、美元以支持 iPhone14 卫星通信网络建设。高通+铱星 为下一代安卓旗舰智能手机提供基于卫星的连接:发布全球首个在高端智能手机上实现双向通信的解决方案 Snapdragon Satellite(骁龙)。华为+北斗 华为 Mate50 系列手机:全球首款支持北斗卫星消息的大众智能手机,可在无地面网络信号覆盖环境下对外发送文字和位置信息。资料来源:theverge、spacenews、华尔街日报、中国青年报,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.17 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 1.4 全球进入全球进入卫星互联网卫星互联网基建新高潮基建新高潮 1.4.1
69、卫星互联网经过三代发展,卫星互联网经过三代发展,技术与应用技术与应用日渐成熟日渐成熟 卫星互联网的发展起始于卫星互联网的发展起始于20世纪世纪80年代,至今已经历了年代,至今已经历了30余年、三个阶段的发展余年、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,以一网公司(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建设。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。图表 32:卫星互联网发展历程 资料来源:“新基建”之中国卫星互联网产业发展白皮书,国盛证券研究所 第一阶段第一阶段(20 世纪世纪 80 年代末至年代末至 2000
70、 年)年):企图替代地面通信网络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。图表 33:第一阶段卫星互联网星座系统参数 系统系统 投资商投资商 服务类型服务类型 数据传输速率数据传输速率(kbits-1)轨道高度轨道高度(km)卫星数量卫星数量(颗颗)地面站数地
71、面站数量量 星间链路星间链路 铱星 摩托罗拉 话音、数据、传真、寻呼、短消息 2.4 780 66 1520 有 全球星 劳拉、阿尔卡特、高通 话音、数据、传真、寻呼、短消息 7.2 1410 48 100210 无 轨道通信 轨道科学 短消息、寻呼、邮件 2.4(上行)4.8(下行)825 48 10 无 天空之桥 阿尔卡特、劳拉 因特网接入、话音、数据、视频、视频会议 2000(上行)20000(下行)1469 80 200 无 泰利迪斯 摩托罗拉、波音马特拉-马可尼、比尔盖茨、麦考 因特网接入、话音、数据、视频、视频会议 2000(上行)64000(下行)1375 288 未知 有 资料
72、来源:国外新兴卫星互联网星座的发展,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.18 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 第二阶段第二阶段(20002014 年年):卫星成为地面通信的“填隙”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(第三阶段(2014 年年至今):至今):卫星与地面系统卫星与地面系统融合发展融合发展。以一网公司(OneWeb)、太空探索公司(
73、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。图表 34:第三阶段卫星互联网星座系统参数(数据截止至 2021 年 12 月)星座计划星座计划 Starlink OneWeb“光速”“光速”(Lightspeed)“柯伊柏”(“柯伊柏”(Kuiper)卫星数量(颗)卫星数量(颗)4408 648 298 3236 轨道高度(轨道高度(km)540-560 1200 100-1284 590-630 卫星质量(卫星质量(kg)260 147 7
74、00-业务频段业务频段 Ku Ku Ka Ka 卫星容量(卫星容量(Gbit/s)17-23 8 50-工程进度工程进度 已发射 1944 颗卫星 已发射 394 颗卫星 已发射 1 颗试验星 预计 2022 年发射 2 颗试验星 资料来源:国外低轨卫星互联网发展最新态势研判,国盛证券研究所 1.4.2 卫星互联网建设已在全球掀起基建卫星互联网建设已在全球掀起基建狂潮狂潮 自 2015 年 SpaceX 发布 Starlink 计划以来,OneWeb、亚马逊等众多科技巨头相继发布了卫星互联网星座计划,国际卫星互联空间争夺战的号角由此拉响;SpaceX 在 2019 年开始加速推进星链建设,又一
75、次将卫星互联网基建推向新的高潮。UCS 数据显示,全球入轨的通信卫星由 2009 年的 30 颗提升至 2021 年的 1366 颗,复合增速高达 37.5%,尤其是 2020 年后随着 SpaceX 公司的星链项目进入大规模建设阶段,通信卫星发射已步入爆发式增长阶段。图表 35:2009-2021 年通信卫星发射情况(个)资料来源:UCS,国盛证券研究所 由 SpaceX 星链建设引发的轨道和频谱资源争夺战愈演愈烈,各国的星座项目也相继从申报进入了实质性的建设阶段,全球范围内的卫星互联网基建浪潮愈涌越强。仅 2022年全球 186 次航天发射活动送入轨道的 2484 个航天器中,其中 241
76、3 个运行于近地轨道,占比超过 97%。30324034465252257278480000200002020212022(1-5)2023 年 03 月 13 日 P.19 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 36:2020-2023 Starlink 发射次数情况 图表 37:不同轨道卫星在轨数量占比(数据截至 2022.5.1)资料来源:澎湃新闻、光明网,国盛证券研究所 资料来源:UCS,国盛证券研究所 141961
77、01001202020年202120222023E 2023 年 03 月 13 日 P.20 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 2.走出中国新模式、新高度,中国走出中国新模式、新高度,中国卫星互联网卫星互联网建设正当时建设正当时 2.1 轨道和频谱是稀缺资源,轨道和频谱是稀缺资源,低轨星座已成世界各国竞技场低轨星座已成世界各国竞技场 轨道和频谱不可再生,轨道和频谱不可再生,“先占永得先占永得”,极具战略价值,极具战略价值。太空轨道与通信频谱是有限的资源,全球遵循的是“先登先占、先占永得”的规则;根据中国信通院 2021 年 6 月发布的6G 总体愿景与潜
78、在关键技术白皮书测算,近地轨道卫星总容量约为 10 万颗,仅SpaceX 的 Starlink 申请 4.2 万颗占据 42%(累计发射 4001 颗,截止 2023.03.10 日数据),空间资源极为紧缺。在SpaceX之后各国相继发布了规模不一的低轨星座计划,以应对低轨空间与频谱争夺战。图表 38:世界各国低轨卫星星座申报情况(数据截至 2022 年 3 月 20 日)国家国家 公司名称公司名称 星座名称星座名称 数量数量/颗颗 已发射已发射 中国中国 星网公司 GW 12,922-航天科技 鸿雁 72 3 航天科工 虹云 156 1 银河航天-650 7 中国电科 天象 120 2 美国
79、美国 SpaceX Starlink 42,000 2,335 亚马逊 Project Kuiper 3,236 0 Lynk Global-5,000 5 AST SpaceMobile Space Mobile 243-波音公司-147-英国英国/印度印度 OneWeb 一网计划 6,372 254 波兰波兰 SatRevolution-1,024 2 俄罗斯俄罗斯 俄罗斯航天集团 球体 600-加拿大加拿大 Telesat Lightspeed 1,671 1 开普勒通信公司 立方体卫星星座计划 140 2 合计合计-74,353 2,612 资料来源:我国低轨卫星互联网发展的问题与对策
80、建议,国盛证券研究所 图表 39:频段使用情况 频段频段 频率范围频率范围 现状及主要应用现状及主要应用 L 12GHz 资源几乎殆尽;主要用于地面移动通信、卫星定位、卫星移动通信及卫星测控链路等。S 24GHz 资源几乎殆尽;主要用于气象雷达、船用雷达、卫星定位、卫星移动通信及卫星测控链路等。C 48GHz 随着地面通信业务的发展,被侵占严重,已近饱和;主要用于雷达、地面通信、卫星固定业务通信等。X 812GHz 通常被政府和军方占用;主要用于雷达、地面通信、卫星固定业务通信等。Ku 1218GHz 已近饱和;主要用于卫星通信,支持互联网接入。Ka 26.540GHz 正在被大量使用;主要用
81、于卫星通信,支持互联网接入。Q/V 3646GHz/4675GHz 开始进入商业卫星通信领域。太赫兹太赫兹 0.110THz 正在开发。资料来源:低轨卫星通信网络领域国际竞争:态势、动因及参与策略,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.21 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 2.2 Starlink 一马当先,一马当先,多项底层技术创新多项底层技术创新驱动驱动全球航天全球航天产业变革产业变革 SpaceX 的的 Starlink 是迄今为止成功发射卫星最多最快、获得落地批准国家最多、用是迄今为止成功发射卫星最多最快、获得落地批准国家最多、用户数量规模最大、全球影
82、响力最高的卫星星座户数量规模最大、全球影响力最高的卫星星座。2022 年 12 月 19 日,SpaceX 公司宣布其 Starlink 全球用户已超过 100 万,该宽带卫星网络目前覆盖全球七大洲 45 个国家,地面站和用户主要分布在美洲、欧洲、澳大利亚。图表 40:Starlink 用户数量快速增长(单位:万名)图表 41:Starlink 地面站和用户主要分布情况 资料来源:CNBC,spcenews,pcmag,mashable,国盛证券研究所 资料来源:satellitemap,国盛证券研究所(注:红点代表地面站,绿点代表用户,绿色蜂窝形区块代表地面站服务区域)根据 satellit
83、emap 的数据,截至 2023 年 3 月 10 日,SpaceX 已经发射 4001 颗 Starlink卫星,其中 3200 多颗处于工作状态。图表 42:星链星座组网规模,星链卫星入轨数量剧增(数据截至 2023 年 3 月 10 日)总量总量服务服务毁坏毁坏无效无效 资料来源:satellitemap,国盛证券研究所 SpaceX 在火箭制造、火箭发射、卫星制造等多项领域进行颠覆式创新,极大幅度的降低了航天器入轨发射成本以及卫星制造成本,让超大规模星座建设得以实现;同时也为世界其他国家航天产业发展提供新的思路。2.2.1 低成本快速发射打造星链建设底层能力低成本快速发射打造星链建设底
84、层能力 在卫星发射上,在卫星发射上,Starlink 采用“一箭多星”方式和“火箭回收”技术,提高卫星部署采用“一箭多星”方式和“火箭回收”技术,提高卫星部署速度的同时大幅降低发射成本速度的同时大幅降低发射成本。火箭回收技术是降低发射成本的关键火箭回收技术是降低发射成本的关键,SpaceX 用不到10 年的时间实现“猎鹰”9 火箭从首飞到一级回收、一级复用、整流罩回收和整流罩复用,通过持续改进技术方案,有效提高复用次数和效率并降低回收成本。16.9914.525407001001202021/022021/072022/022022/09 2023 年 03 月 13 日
85、 P.22 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 43:SpaceX 一级火箭海上回收全过程及整流罩回收现场图 资料来源:SpaceX 龙飞船与猎鹰火箭技术和成本分析、科学 24 小时,国盛证券研究所 在一级火箭和整流罩实现在一级火箭和整流罩实现回收和复用后火箭制造成本大幅降低,卫星发射成本也大幅回收和复用后火箭制造成本大幅降低,卫星发射成本也大幅削减削减(-70%,未考虑回收后检测修理等成本)。中国航天专家、航空航天工程师联合组织“小火箭联合会”的创立者邢强博士充分考虑了各项成本,假设第一级和第二级火箭成本比例为 4.35:1,利润为报价 10%,一级火箭回收后检测维修成本
86、不超过 295 万美元,得出结论:同一枚火箭的第 8 次发射报价将会是一次性火箭的一半,如果平均每一枚火箭能够发射 3 次的话,报价可以变为原报价的 63.1%。图表 44:一级火箭和整流罩实现回收和复用后卫星发射成本大幅降低“猎鹰”“猎鹰”-9 火箭火箭 全新火箭成本全新火箭成本/占比占比 复用火箭成本复用火箭成本/占比占比 硬件 一级 3000 60%-二级 1000 20%1000 66.6%整流罩 500 10%-软件 推进剂 40 0.8%40 2.6%发射测控、翻修等相关费用 460 9.2%460 30.6%总计 5000 万美元 1500 万美元 资料来源:“猎鹰”9 火箭的发
87、射成本与价格策略分析,国盛证券研究所 图表 45:猎鹰 9 号重复发射次数 vs 成本预测(万美元,%)资料来源:SpaceX 龙飞船与猎鹰火箭技术和成本分析,国盛证券研究所 0%20%40%60%80%100%120%00400050006000700011121314报价(万美元)当次报价占首次报价比例 2023 年 03 月 13 日 P.23 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 2.2.2 规模化生产推动卫星产能扩张和单星成本下降规模化生产推动卫星产能扩张和单星成本下降 SpaceX 在星链卫星设计中,采用高度集成平板设计、相控
88、阵收发天线、霍尔推进器、星间激光通信链路等新技术用以提升单星和星链的系统性能,并且卫星总体设计使其能很好的适应一箭多星的发射模式。目前猎鹰 9 号采用星箭一体化设计已经实现一箭 60星,据 SpaceX 称,未来使用 STARSHIP 飞船,每次可发射 110-120 颗卫星。图表 46:Starlink 广泛使用”一箭多星”技术 图表 47:starship 可大幅提高星链发射能力 资料来源:Starlink,国盛证券研究所 资料来源:SpaceX-starship,国盛证券研究所 Starlink 十分注重十分注重研发研发、制造和发射的成本制造和发射的成本控制控制。通过模块化设计实现大规模
89、批量生产降低制造成本,“一箭多星”方式和“火箭回收”技术降低发射成本,使大规模部署成为可能。根据马斯克介绍,Starlink V1.0 型卫星制造成本约为 50 万美元,采用猎鹰 9号火箭发射,官方报价 6700万美元,按照一箭 60星的方案来估算,其单颗星发射成本约为 100 万美元左右。图表 48:Starlink 的颠覆与创新 成功控制卫星成本成功控制卫星成本,使大规模部署成为使大规模部署成为可能可能。研发方面研发方面:五步工程法,减少零部件、简化优化设计、缩短周期时间、减少不必要的测试,在确保质量的情况下降低研发成本。卫星方面卫星方面:平板式设计平板式设计:增加单次发射卫星数量氪离子推
90、进系统氪离子推进系统:降低推进剂成本单面太阳能电池板单面太阳能电池板:减少机械组件数量制造方面制造方面:在研发过程中考虑制造因素,星链 卫星的制造成本 已低于将其送入轨道的成本。规模生产规模生产:2020年,SpaceX就实现每月制造120颗 星链 卫星的速度,保证平均每月发射2次、每次发射60颗的需要。MicroSatMicroSat:MicroSat-1a和MicroSat-1b,用于地面测试。原型试验卫星原型试验卫星:丁丁A、丁丁B,2018年2月发射,装备相控阵通信天线、霍尔推进器、空间目标跟踪器、太阳能电池板等设备。0.90.9版卫星版卫星:最初发射的75颗 星链 原型卫星,仅装备K
91、u波段通信天线。首批于2019年5月24日由猎鹰-9火箭发射。1.01.0版卫星版卫星:全部装备Ku/Ka波段通信载荷,首批于2019年11月11日发射升空。1.51.5版卫星版卫星:全部加装激光通信链路,首批1.5版卫星于2021年9月14日由猎鹰-9号运载火箭发射升空。2.02.0版卫星版卫星:数据处理能力比1.0版卫星几乎 高出一个数量级,首批于2022年12月29日由猎鹰-9号发射升空。创新型平板设计创新型平板设计:使 猎鹰-9 号运载火箭一次可发射60枚1.0版本卫星或53颗1.5版本卫星,大大降低生产发射成本。相控阵天线系统相控阵天线系统:先进的宽带通信天线技术提供高通量、高速率的
92、互联网通信,2.0版 星链 卫星数据处理能力比之前高出 一个数量级。卫星间激光通信系统卫星间激光通信系统:采用激光通信技术降低通信时延,为真正实现全球宽带互联网通信提供了基础。动力推进系统动力推进系统:采用霍尔推进器为其卫星提供动力。电力保障系统电力保障系统:卫星太阳能电池板研发经历多次升级迭代,1.0版、1.5版卫星太阳能电池板具备约3千瓦发电能力。技术创新技术创新卫星迭代卫星迭代成本控制成本控制 资料来源:太空与网络,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.24 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 2.3 中国中国卫星互联卫星互联快速快速跟进,后发优势有望跟进,
93、后发优势有望实现跨越式发展实现跨越式发展 中中国卫星互联网起步国卫星互联网起步较较晚但发展晚但发展较快较快,多个项目布局多个项目布局中国版“星链”中国版“星链”。Starlink计划推出后一年左右,中国航天科技和航天科工集团,就分别提出了“鸿雁工程”和“虹云工程”低轨卫星通信星座计划。当马斯克的 Starlink 率先进入商业化试运营的时候,我国互联网星座也已经完成了第一轮投入期。2016-2018 年间,航天科技、航天科工、中国电科、中国电信等央企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。2020 年年 4 月,国家发改委月,国家发改委首次将卫星互联网作为网络基础设施纳入“
94、新基建”范围首次将卫星互联网作为网络基础设施纳入“新基建”范围,明确了建设卫星互联网的重大战略意义。同年 9 月,以“GW”公司名义向 ITU 提交星座频谱申请,包括 GW-A59 和 GW-2 宽带星座计划,计划发射卫星总数量达到 12992颗。从已经发布计划的卫星星座规划来看,卫星互联网卫星规划总数量超过从已经发布计划的卫星星座规划来看,卫星互联网卫星规划总数量超过1.6万颗万颗。目前我国已经发布计划的星座项目大部分已经发射了试验星,暂未实现卫星组网。图表 49:中国卫星互联网重点代表计划进展(数据截至 2022 年 11 月)星座计划星座计划 所属公司所属公司 规划星座规模规划星座规模/
95、颗颗 轨道高度轨道高度/km 最新进展最新进展 鸿雁星座 航天科技 300 1100 发射完成首颗试验星 虹云工程 航天科工 156 1000 发射完成首颗试验星 行云工程 航天科工 80 800-1400 已发射 2 颗卫星 九天微星星座 九天微星 72 700 已完成系统级验证 翔云 欧科微 28 500 发射完成首颗试验星 天启 国电高科 38 900 已发射 14 颗卫星 银河 Galaxy 银河航天 2800 500-1200 已发射 7 颗卫星 星网工程 中国星网 12992 500-1200 已向 ITU 提交了两个星座的频谱 资料来源:前瞻产业研究院,国盛证券研究所 2.3.1
96、“前车之鉴”,“前车之鉴”,国际卫星互联网曲折中发展国际卫星互联网曲折中发展 国际互联网星座的发展经历了由衰转盛的过程国际互联网星座的发展经历了由衰转盛的过程。上个世纪兴起的以 Iridium、Globalstar等为代表的通信卫星星座大部分于 2000 年前后宣告破产,在经过破产重组、调整业务后,才具备了较强的商业竞争力,焕发生机并提供服务至今。近年来低轨道宽带卫星网络系统再次呈现蓬勃发展的态势。以低轨道巨型卫星星座为特征,通过数百乃至数千颗卫星提供全球范围的低时延宽带接入,Starlink、Oneweb、Lightspeed 等低轨道巨型星座的出现为太空网络提供全新的选项。卫星互联网星座由
97、衰转盛的主要原因有:终端及服务价格的降低、市场定位的调整、卫星互联网星座由衰转盛的主要原因有:终端及服务价格的降低、市场定位的调整、数据传输能力的提高数据传输能力的提高。压低价格方面压低价格方面:很多企业通过破产重组剥离大量债务降低系统成本,技术进步削减卫星制造成本和火箭发射成本,使得更多消费者能够负担起卫星互联网服务。市场定位方面市场定位方面:不再与地面通信正面竞争,而是作为地面系统的补充、与地面通信融合发展,在架设地面通信系统成本过高的区域体现竞争力。产品性能方面产品性能方面:相较传统带宽有限的 L、S、C 等频段,Starlink 等新兴互联网星座采用带宽更宽的 Ku和 Ka 等更高频段
98、,卫星数量也远远大于早期的星座,故其数据传输速率也大大增加,能够接入宽带互联网,从而带来更多的潜在用户。2023 年 03 月 13 日 P.25 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 50:更低的价格、更高的性能带来更多的用户 终端及服务价格大幅降低终端及服务价格大幅降低 高性能带来更多业务高性能带来更多业务 用户情况用户情况 星座星座 终端终端 终端价格终端价格/美元美元 服务价格服务价格 传输速率传输速率 主要业务主要业务 铱星铱星 卫星电话 约 4000 约 7 美元/分钟 2.4 Kbit/s 低速话音通讯和低速数据传输服务 峰值 5.5 万 新铱星新铱星 卫星电话
99、 Extreme 9575 型号:1399 9555 型号:1099 约 1.5 美元/分钟 1.5 Mbit/s 低速话音通讯和低速数据传输服务 172 万 Starlink 相控阵接收机 住宅版住宅版 599 110 美元/月 下行下行/Mbit/s 上行上行 宽带互联网 超过 100 万 商业版商业版 2500 500 美元/月 标准标准 20-100 5-15 房车版房车版 599 135 美元/月 商业商业 40-220 8-25 海事版海事版 10000 5000 美元/月 房车房车 5-50 2-10 资料来源:satellitephonestore、smithsonianmag
100、、Starlink、格隆汇、国外新兴卫星互联网星座的发展、“铱星”复出的启示,国盛证券研究所 2.3.2“谋定后动”,中国星网有望实现“谋定后动”,中国星网有望实现跨越式发展跨越式发展 中国星网路线渐清晰,进入加速建设阶段中国星网路线渐清晰,进入加速建设阶段。早在 2016-2018 年,航天科工、航天科技分别推出虹云、鸿雁星座计划开启了“中国星链”的探索,陆续发射试验星开展相关技术验证工作;随着 2020 年 4 月卫星互联网首次纳入“新基建”范畴,卫星互联网的战略地位得到进一步加强;一年后的 2021 年 4 月,国资委发文宣布中国卫星网络集团有限公司(中国星网)成立,中国卫星互联网发展路
101、线日渐清晰。中国星网中国星网将成为将成为中国卫星互联网中国卫星互联网的“的“总设计师总设计师”,”,统筹规划统筹规划推动行业全面推动行业全面快速发展快速发展。中国星网公司由国资委注资 100 亿元并 100%持股,在卫星互联网发展中承担着顶层设计,资源整合,加强科技攻关,着力提高全产业链创新能力和整体效能,确保系统安全稳定、自主可控的任务使命。中国星网公司在国资委企业名录排序 26,位于中国电信(23号)、中国联通(24 号)、中国移动(25 号)之后,有望定位为第四大通信运营商。2022 年 2 月“星网工程”正式批复立项,中国星网计划建设一个包含 12992 颗卫星的庞大星座系统。从目前已
102、经发布规划的星座计划数量来看,未来中国星网将成为我国卫星互联网行业的核心力量。2022 年 10 月星网公司通信卫星 01/02 招标结果公示,中国卫星互联开启加速建设新征程。图表 51:2022 星网招标结果 图表 52:中国星网工程两个巨型卫星星座规划 通信卫星通信卫星 01 星座星座 子星座子星座 轨道高度轨道高度/km 卫星数量卫星数量 中标单位 中 国 空 间 技 术 研 究 院 上海小卫星所 GW-A59 1 590 480 2 600 2000 3 508 3600 小计 6080 通信卫星通信卫星 02 GW-2 1 1145 1728 中标单位 中国空间技术研究院 上海微小卫
103、星工程中心 银河航天科技有限公司 2 1145 1728 3 1145 1728 4 1145 1728 小计 6912 卫星总数量 12992 资料来源:天眼查,国盛证券研究所 资料来源:ITU、circleid,国盛证券研究所 国资国资牵引牵引,央央企总抓,国有企业与民营企业协力共创,企总抓,国有企业与民营企业协力共创,中国卫星互联网产业有望中国卫星互联网产业有望实现实现跨越式发展跨越式发展,率先实现空天,率先实现空天地地一体大一体大互联互联。回顾海外卫星互联网发展,绝大多数星座是由单个公司独立发起独立建设,在网络建设初期没有达到一定卫星数量难以形成有效 2023 年 03 月 13 日
104、P.26 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 的广域服务,初期投资成本极高;同时在大规模建设阶段单一公司很难具备年产成百上千的卫星制造能力,对星座扩张能力产生制约;各家独立建设星座,难以在通信协议、接收终端、基带芯片等环节形成统一标准,会进一步制约卫星互联网像蜂窝通信一样进入千家万户。如铱星、Starlink 目前仍采用的封闭运营的模式,无法形成共享协同。而我国卫星互联网建设由星网公司统筹,骨干公司协同,国企民企协力共创的模式,短期建设速度落后于美国,但在充分吸取海外经验,统筹做好卫星通信与地面蜂窝骨干网络协同,提前布局空天地一体万物互联协议制定等核心环节,有望借助后发优势实现跨
105、越式发展。图表 53:星网公司与其他企业统筹协同合力发展 中国电信中国电信(23)(23)中国联通中国联通(24)(24)中国移动中国移动(25)(25)航天科工航天科技上海小卫星国资委中国星网中国星网(26)(26)GW星网银河航天鸿雁星座虹云/行云银河Galaxy招标承建通信网络规划运营协同卫星星座研发建设协同自建运营互补 资料来源:国资委企业名录,国盛证券研究所整理 2.4 紧迫性:紧迫性:中国中国卫星互联网卫星互联网建设刻不容缓建设刻不容缓 2.4.1 卫星频率和轨道资源卫星频率和轨道资源抢占已抢占已落后,落后,亟待追赶亟待追赶 卫星频率和轨道资源卫星频率和轨道资源属于属于不可再生不可
106、再生资源,资源,遵循“先占遵循“先占永永得”原则,得”原则,美国加速抢占频轨美国加速抢占频轨资源倒逼我国低轨卫星建设加速资源倒逼我国低轨卫星建设加速。卫星频率和轨道资源是有限的战略资源,由国际电信联盟(ITU)按照“先登先占,先占永得”的原则进行协调管理。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。据中国信通院估算,地球近地轨道共可容纳约 10 万颗卫星。截至 2022 年 4 月10 日,美国已申请低轨卫星超 5 万颗,是我国申请数量(约 1.6 万颗)的 3 倍以上,且已占用低轨卫星通信的黄金频段(Ku 频段)。在轨道在轨道资源资源方面方
107、面:我国在轨卫星数量与美国相比仍有较大差距: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 2022 年底,全球在轨航天器数量达到 7,218 个,其中美国 4731 个(占全球总数的 65.5%),是中国在轨航天器数量(704 个)的 6.7 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。2023 年 03 月 13 日 P.27 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 54:各国在轨航天器数量(数据截至 2022 年底)图表 55:中美不同
108、领域航天器数量对比(数据截至 2022 年底)资料来源:中国航天科技活动蓝皮书(2022 年),国盛证券研究所 资料来源:中国航天科技活动蓝皮书(2022 年),国盛证券研究所 在频率方面在频率方面:经过多年发展,经过多年发展,优质优质频段都已被瓜分殆尽频段都已被瓜分殆尽。图表39所示,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。7 年限期推动全球卫星发射进程
109、年限期推动全球卫星发射进程。为了避免了只申报不发射的“纸卫星”的产生,ITU要求各国主管部门在卫星频轨资源登记后的 7 年内,发射卫星启用所申报的资源,否则所申报的资源自动失效。这一约定使得各方不得不加快卫星发射进程,中国星网的建设也将在这一条款的约束下驶向快车道。2.4.2 近地轨道逐渐拥挤近地轨道逐渐拥挤对航天活动造成重大威胁,不容忽视对航天活动造成重大威胁,不容忽视 提前占据轨道有利于保证本国火箭发射任务的成功进行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
110、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,严重威胁国家安全。目前在环地轨道上 600 公里以下的物体约为 6100 个(NASA 2022 年 2 月数据,包括卫星和太空垃圾),而SpaceX的星链计划第二代将使其增加五倍。这相当于在近地轨道制造一座屏障,迫使其他想要发射火箭的国家与 SpaceX 进行谈判协调,如果在战时,就可以对别国实施“太空封锁”。提前占据轨道有利于防止本国航
111、天器与别国发生碰撞,提前占据轨道有利于防止本国航天器与别国发生碰撞,确保航天器确保航天器安全安全运行运行。随着轨道的逐渐拥挤,航天器间发生碰撞的概率会增大,甚至引发连锁反应,导致大量空间物被毁。Starlink 卫星就曾两度接近中国空间站,使得中国空间站实施主动规避。利用本国卫星占据轨道,有利于防止他国航天器威胁本国航天器的安全。2023 年 03 月 13 日 P.28 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 56:“星链”星座个实施阶段 资料来源:“星链”在俄乌冲突中的运用分析与思考启示,国盛证券研究所 2.4.3 Starlink 在俄乌战场在俄乌战场锋芒毕露,锋芒毕露,
112、星盾计划将低轨星座全面推向国防市场星盾计划将低轨星座全面推向国防市场 Starlink 在在俄乌战争中锋芒毕露,俄乌战争中锋芒毕露,对战场形势产生重大影响对战场形势产生重大影响。在俄乌冲突爆发初期,SpaceX 宣布为乌克兰提供 Starlink 卫星通信服务并取得成功,截至 2022 年 10 月,乌克兰境内大约有 25,000 个 Starlink 终端(包括军用以及民用)。凭借星链终端易于部署、体积小、成本低、传输速率高、通信延迟小等特点,在冲突中,Starlink 在快速恢复乌境内网络通信、支援乌武装力量情侦监活动和打击俄军目标等均发挥了重要作用。多方博弈侧面凸显星链对战事的重要性多方
113、博弈侧面凸显星链对战事的重要性。针对 Starlink 在战争对战场局势的影响,各方博弈不断,俄方曾严厉措辞声称考虑包括摧毁星链在内的举措以应对星链对俄罗斯作战带来的不利影响;同时马斯克也对 Starlink 的应用范围做了严格的约束以防止乌军士兵在星链帮助下做出过激行动导致战争范围扩大;美国五角大楼则多次在 SpaceX 称因无法支撑乌军使用星链服务产生的高昂成本欲关停 Starlink 在乌服务时予以制止,要求其继续提供服务以帮助乌克兰军队对抗俄军。图表 57:克兰应用 Starlink 打击俄军地面目标示意图 图表 58:Starlink 支持下的无人机对地攻击毁伤效果 资料来源:浅析“
114、星链”卫星系统的发展及其影响,国盛证券研究所 资料来源:“星链”在俄乌冲突中的运用分析与思考启示,国盛证券研究所 Starlink 广泛参与俄乌冲突后,外界普遍认识到 Starlink 的军事化用途。2022 年 12 月 2日,SpaceX 正式发布了名为星盾(Starshield)的卫星互联网星座项目,专门针对国家安全和军事部门。星盾可看作 Starlink 的军用版本,该项目的推出标志着 SpaceX 公司正式成为美国国防承包商,显示 Starlink 向军事化迈出关键一步。根据 SpaceX 公司的介绍,星盾将延续该公司星链卫星的技术和发射能力。2023 年 03 月 13 日 P.2
115、9 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 59:星盾卫星 图表 60:不同于商业用途的“星链”,“星盾”项目有三大侧重领域和五大特点 资料来源:SpaceX-starshield,国盛证券研究所 资料来源:SpaceX-starshield,国盛证券研究所 2.5 可行性:可行性:中国中国卫星互联网卫星互联网加速发展加速发展恰逢其时恰逢其时 2.5.1 航天强国健儿齐上阵,发射能力有望持续改善航天强国健儿齐上阵,发射能力有望持续改善 中国航天活动呈高速增长中国航天活动呈高速增长。中国航天事业起步于上世纪 60 年代,经过半个多世纪的发展,中国已然已经跻身世界航天强国前列,中国
116、在载人航天、探月工程、卫星导航、空间站建设等领域都取得举世瞩目的成绩。2022 年中国空间站全面建成,中国是目前唯一一个独立建成空间站的国家。2022 年中国航天发射 64 次,世界排名第二,发射活动密集增加,较 2021 年 55 次增长 16%;中国航天科技活动蓝皮书(2022 年)显示,我国 2023 年计划实施近 70 次宇航发射任务,继续保持近 10%的增长。中国航天事业主要力量为中国航天科工集团、中国航天科技集团两大央企军工集团,集团总人数加总近 30 万人,强大的科研人才储备和产业配套,为中国卫星互联事业的发展提供充足的技术和人才储备。图表 61:中国航天发射次数屡创新高 图表
117、62:中国载人航天工程圆满完成“三步走”战略 资料来源:人民日报,国盛证券研究所 资料来源:央广网,国盛证券研究所 适用于低轨卫星发射的低成本火箭推出,商业航天专用发射场建设推进,发射能力有适用于低轨卫星发射的低成本火箭推出,商业航天专用发射场建设推进,发射能力有望持续改善,发射成本逐渐降低望持续改善,发射成本逐渐降低。2021 年中国航天发射次数 55 次居世界第一,2022年美国以87次重夺第一,仅SpaceX就发射61次,占美国发射总量的70%,相比2021年的 31 发大幅增长 96.7%。SpaceX的火箭回收技术趋于成熟,在发射能力、发射成本大幅领先世界各国竞争对手。低轨卫星互联网
118、建设需要密集高频次发射巨量卫星,发射393439556470-12.8%14.7%41.0%16.4%9.4%-20%-10%0%10%20%30%40%50%0070802002120222023E发射次数YOY 2023 年 03 月 13 日 P.30 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 能力不足和发射成本居高不下严重制约中国卫星互联网的发展。图表 63:部分运载火箭发射成本 国家 运载火箭 运载能力/kg 发射服务价格/万美元 LEO 每公斤价格/万美元 美国“猎鹰”9 号 LEO:22800 6700 0.29 美国“猎鹰”9
119、 号重型 LEO:63800 9700 0.15 美国“宇宙神”5 LEO:19000 GTO:8800 16400 0.86 美国“德尔他”4H LEO:28000 GTO:14000 35000 1.25 俄罗斯“联盟”2 LEO:8200 GTO:3250 8000 0.98 中国 长征 11 号 LEO:700-不超过 1 万 资料来源:国内外运载火箭发射服务价格分析及启示、SpaceX 官网、科创中国、科普中国,国盛证券研究所 中国低成本运载火箭取得阶段性成果中国低成本运载火箭取得阶段性成果。我国在低成本运载火箭的开发上小步快跑往前走,中科宇航依托中科院力学所和空天飞行科技中心的科研
120、力量和资源优势,打造“力箭”家族火箭;航天科技集团为商业航天发射推出的“捷龙”系列产品,在 2022 年都取得重大成果。在中科宇航产业化基地落地仪式上,中科宇航与多家战略伙伴签约“数量200 颗,总质量 40 吨,签约金额达 16 亿”的合作协议,根据协议测算平均平均发射成本发射成本有有望望降低至降低至 4 万万/kg。与此同时,蓝箭航天、星河动力等多家民营火箭企业也同步推出自己的产品参与低成本商业航天发射市场的竞争。图表 64:面向商业航天发射的火箭产品蓬勃发展 蓝箭航天蓝箭航天朱雀二号朱雀二号起飞推力起飞推力:268t268t运载能力运载能力:4 4t/500kmt/500kmSSOSSO
121、6t/6t/LEOLEO发动机发动机:天鹊天鹊(液氧甲烷液氧甲烷)星河动力星河动力谷神星一号谷神星一号智神星一号智神星一号中科宇航中科宇航力箭一号力箭一号力箭二号力箭二号东方空间东方空间引力引力-1 1号号引力引力-2 2号号引力引力-3 3号号力箭三号力箭三号一级海平面推力一级海平面推力:60t60t运载能力运载能力:300kg300kg/500km/500kmSSOSSO400kg400kg/LEOLEO发动机发动机:光年光年(固体固体)一级海平面推力一级海平面推力:350t350t运载能力运载能力:3 3t/700kmt/700kmSSOSSO5t/5t/LEOLEO发动机发动机:苍穹苍
122、穹(液氧液氧/煤油煤油)起飞推力起飞推力:200t200t运载能力运载能力:1.5t/500km1.5t/500kmSSOSSO2t/200km402t/200km40起飞推力起飞推力:240t240t运载能力运载能力:2.2t/500km2.2t/500kmSSOSSO起飞推力起飞推力:560t560t运载能力运载能力:(500kmSSO500kmSSO)7.8t/7.8t/不回收不回收6.1t/6.1t/回收回收起飞推力起飞推力:600t600t运载能力运载能力:6.5t/6.5t/LEOLEO4.2t/500km4.2t/500kmSSOSSO起飞推力起飞推力:900t900t运载能力运
123、载能力:15.5t/15.5t/LEOLEO10.9t/500km10.9t/500kmSSOSSO5.8t/GTO5.8t/GTO起飞推力起飞推力:1450t1450t运载能力运载能力:30.6t/30.6t/LEOLEO20.5/500km20.5/500kmSSOSSO9.6t/GTO9.6t/GTO8t/LTO8t/LTO天兵科技天兵科技天龙天龙-2 2号号天龙天龙-3 3号号起飞推力起飞推力:190t190t运载能力运载能力:1.5t/500km1.5t/500kmSSOSSO2t/2t/LEOLEO助推剂助推剂:液氧液氧/煤油煤油起飞推力起飞推力:770t770t运载能力运载能力:
124、14t/500km14t/500kmSSOSSO17t/17t/LEOLEO重复使用重复使用:1010次次(一级一级)资料来源:公司官网,国盛证券研究所 商业航天发射场建设有望大幅提高发射承载能力商业航天发射场建设有望大幅提高发射承载能力。我国目前主要的航天发射场有酒泉、太原、文昌、西昌四大卫星发射中心,承载的都是国家重大航天发射任务;国家重大航天航天发射任务具有战略地位高、研制周期长、项目价值量大、联调联试周期长、发射安全要求高等特点,并不适用于目前高频迭代的商业航天发射需求。商业航天发射整体处在成长期,发射失败时有发生,商业航天与重大项目共用发射场将极大影响国家航天发射任务。2023 年
125、03 月 13 日 P.31 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 65:传统发射场发射能力几近饱和 发射场发射场 2022 年发射次数年发射次数 2021 年发射次数年发射次数 总发射次数总发射次数(截至(截至 2022)地理位置地理位置 酒泉卫星发射中心 25 22 167 41.0N,100.3E 太原卫星发射中心 14 12 108 38.9N,111.6E 文昌卫星发射中心 6 5 19 19.6N,111.0E 西昌卫星发射中心 16 16 180 28.3N,102.0E 资料来源:Aerospace,国盛证券研究所 目前我国已规划东方航天港、海南商业航天发射场
126、、宁波象山航天发射场规划及建设相继落地,将极大提高我国商业航天发射能力,其中象山和海南商业发射场建成后将新增130 发/年的发射能力,卫星互联网建设所需的发射配套能力得到大幅提升。图表 66:商用航天发射场蓄势待发 发射场发射场 整体规划与定位整体规划与定位 建设状况建设状况 海阳 东方航天港 打造航天海上发射母港,以及火箭研发制造中心、卫星载荷研发制造中心、海上发射平台研发制造中心和卫星数据应用开发中心,辐射带动智能制造装备、物流装备、能源装备、航天新材料、航天旅游等相关产业。截至 2022 年 5 月,海阳东方航天港已引进 12个航空航天产业相关项目,已具备年产 20 发固体运载火箭总装测
127、试能力和海上发射支持保障能力。文昌商用 航天发射场 中国首个滨海低纬度发射基地,培育发展火箭链、卫星链、数据链“三链”航天产业,加强航天领域国际合作。发射场 1 号工位已经进入设备安装阶段,预计2023 年 6 月,主体塔架勤务塔将搭建完成。宁波国际 商业发射中心 建设年发射规模 100 发的商业航天发射基地和千亿元级的商业航天配套产业基地,以满足未来 5 至 10 年商业卫星发射需求。已列入浙江省重大建设项目“十四五”规划(征求意见稿)。资料来源:国科技网、中国新闻网、观察者网、中国航天科技集团、光明网,国盛证券研究所 多地布局多地布局卫星产业基地卫星产业基地,推动卫星产能提升与成本下降推动
128、卫星产能提升与成本下降。随着我国星座建设工作的全面加速开展,卫星制造的产能和成本成为了亟待突破的瓶颈。卫星批量生产不仅能使成本大幅降低、生产效率大幅提升,而且也是构建大规模卫星星座必要的基础条件。为此各地区政府、央企和一些民营企业,如银河航天、吉利科技、九天微星等,积极布局建设卫星产业基地,力求实现卫星制造的供应链自动化及产业化,以实现卫星的批量生产和低成本。图表 67:卫星产业基地制造更多的“中国星”卫星基地卫星基地 地点地点 整体规划整体规划 建设状况建设状况 生产生产(预计预计)状况状况 航天五院天津卫星柔性智造中心 天津市 以卫星柔性智造中心为牵引,同步开展多个模块生产线及关键单机生产
129、线产能建设,协同各供应链单位同步提升研制能力,实现全链条智能制造,支撑星座产业链健康发展。2019 年启动建设工作,目前已全面建成。量产阶段预计可实现每周出厂 4-5 颗小卫星,年产能达 200 颗以上。银河航天卫星智能超级工厂 南通市 工厂建成后将架设新一代低轨宽带通信卫星的智能生产线,具备低成本、批量化制造能力,有望把中国新一代卫星批产能力和美国的差距缩短到两年内。2020 年 9 月落户,已开工建设。目标年产能 300-500 颗卫星。九天微星唐山卫星工厂 唐山市 在短周期、低成本情况下灵活批量化生产 50-500 公斤级卫星,成为“批量化、自动化、智能化、柔性化”卫星制造与研发基地。2
130、021 年完成一期工程建设并试运营。一期实现年产能 100 颗。吉利科技星空智联卫星工厂 台州市 中国首家深度融合航天、汽车制造能力的量产工厂,涵盖卫星研发、核心部组件制造、测运控、航天材料、云计算大数据平台等。2022 年 6 月完成竣工验收,全面投产。投产后生产能力可实现年产500颗星,预计七年内累计生产卫星 1500 颗,实现产值 98.7 亿元人民币。“G60 星链”产业基地 上海市 国内首个卫星互联网产业集群。围绕卫星装备制造主链条,推进卫星互联网领域高端资源的集聚、整合和优化,构建规模化高端制造、卫星网络运营,打造全国性的卫星互联网产业高地。2021年11月正式启动,预计于 202
131、3 年投入使用。设计产能将达到 300 颗/年,单 星 成 本 将 下 降35%,所生产卫星的寿命和质量也将进一步提高。资料来源:上海科创办、中国航天报、新民网、澎湃新闻、北京市政府网、九天微星、中国科学家年鉴,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.32 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 2.5.2 星星之火渐成燎原之势,民营航天快速发展迎拐点星星之火渐成燎原之势,民营航天快速发展迎拐点 民营航天力量对于我国商业航天发展和卫星互联网建设至关重要民营航天力量对于我国商业航天发展和卫星互联网建设至关重要,民营力量对于商业航天发射所需要的低成本、大规模、快速迭代、充分
132、竞争等要素有着天生的敏锐性与适应能力,并且能在资本的加持下获得快速的成长。我国第一批商业航天企业起步于2014 年,经过 8 年发展已经逐渐成长出星河动力、银河航天等优秀的民营商业航天公司,民营力量全面渗透到运载火箭、火箭发动机、卫星总体以及上下游配套等各个环节,对国有力量形成有力的补充。国家多项国家多项政策政策大力鼓励和支持民营企业参与空间技术开发大力鼓励和支持民营企业参与空间技术开发。2014 年,国务院发布关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见,提出“鼓励民营企业、民营资本参与国家空间技术基础建设”,标志着中国商业航天的萌芽。自此开始,民营的卫星制造、运营及服务公司、运载火箭企
133、业等商业航天公司纷纷出现,并迎来快速发展。图表 68:国家层面多项政策支持民营航天发展 时间时间 机构机构 文件文件 相关内容相关内容 2014 年 11 月 国务院 国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见 鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设。2015 年 7 月 财政部、国家税务总局 关于航天发射有关增值税政策的通知 境内单位提供航天运输服务适用增值税零税率政策,实行免退税办法,境内单位在轨交付的空间飞行器及相关货物视同出口货物,适用增值税出口退税政策,实行免退税办法。2015 年 10 月 国家发展改革委 国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)提出“
134、推动多元化投资和产业化应用”,支持民间资本投资卫星研制和系统建设。2016 年 国务院 2016 中国的航天 进一步完善准入和退出机制,建立航天投资项目清单管理制度,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动,大力发展商业航天。2019 国家国防科工局、中央军委装备发展部 关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知 鼓励商业运载火箭健康有序发展,以进一步降低进入空间成本,补充和丰富进入太空的途径,大力推进航天运输系统技术和产业创新,加快提升我国进入空间的能力和国际市场竞争力。2021 年 国务院 第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲
135、要 打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系,建设商业航天发射场。2021 年 发改委、商务部 关于支持海南自由贸易港建设放宽市场准入若干特别措施的意见 优化海南商业航天领域市场准入环境,支持建设融合、开放的文昌航天发射场,打造国际一流、市场化运营的航天发射场系统。2021 年 工信部“十四五”信息通信行业发展规划 加强卫星通信顶层设计和统筹布局,推动高轨卫星与中低轨卫星协调发展。推进卫星通信系统与地面信息通信系统深度融合,初步形成覆盖全球、天地一体的信息网络,为陆海空天各类用户提供全球信息网络服务。积极参与卫星通信国际标准制定。资料来源:中国政府网、中国商业航天的发展阶段和未
136、来、基于 PEST 模型对我国商业航天的发展趋势分析,国盛证券研究所 地方政府快速跟进,推出适合当地优势和产业定位的政策支持商业航天发展地方政府快速跟进,推出适合当地优势和产业定位的政策支持商业航天发展。自此,政策对商业航天的支持导向愈发明确,从中央到地方,各级都出台了大量政策和文件,对未来商业航天的发展提出了更多导向和支持。北京、上海、天津、湖北、湖南、海南、安徽、浙江等地都在 2021 年至 2022 年陆续出台了针对商业航天的支持政策。2023 年 03 月 13 日 P.33 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 69:各地积极布局商业航天产业发展 时间 地区 文件
137、相关内容 2021 年 深圳市 深圳市关于支持卫星及应用产业发展的工作意见 在增强自主创新能力方面,围绕通信、导航、遥感卫星综合应用、一体化集成应用及卫星研制的核心领域和重要环节,布局一批重大装备和关键零部件研制项目,按照不超过项目总投资的 40%给予资助,最高 3 亿元。支持开展卫星及应用产业技术研发和应用创新,按照不超过项目总投资的 40%给予资助,最高3000万元。2021 年 海南省 海南省“十四五”时期产业结构调整指导意见 推动文昌国际航天城开放化、国际化、商业化,发展火箭研发和商业卫星研制、卫星应用等高新技术产业。建设航天高端产品研发基地和“航天”产业示范区。2021 年 江苏省
138、苏州市发展航空航天产业三年行动计划 到 2023 年,力争全市集聚航空航天产业链相关企业超 500 家,产业链营业收入达600亿元,打造一批航空航天特色产业园,培育一批航空航天产业创新中心,建设有一定影响力的航空航天产业研发和制造高地。2022 年 上海市 关于本市推进空间信息产业高质量发展的实施意见 到 2025 年,以构建通导遥一体化空间信息系统为导向,形成数字赋能的空间信息技术创新体系和产业融合发展新格局,打造全球空间信息领域科技创新策源地、数智制造新高地、优势企业集聚地、应用服务输出地。2022 年 北京市 大兴区支持商业航天产业发展暂行办法 聚焦火箭、卫星、地面终端等航天领域产业化项
139、目,对企业上年度新购置的研发和生产设备投资总额达到 1000万元(含)以上的,按照设备投资总额的 20%给予资金支持。鼓励商业航天企业、高校院所、科研机构等,联合发起组建产业联盟、行业协会。2022 年 河南省 河南省卫星产业发展规划 推动郑州和鹤壁建设全链条卫星产业集群,到 2025 年,全省卫星产业规模达到200亿元。推动郑州和鹤壁建设全链条卫星产业集群,支持洛阳、新乡、信阳等市做强卫星制造配套产业,鼓励各地差异化发展卫星应用产业,形成“2+N”卫星产业发展格局。2022 年 合肥市 合肥市加快推进空天信息产业高质量发展若干政策 对新引进的火箭、卫星总装及零部件制造企业,固定资产投资 10
140、00 万元以上的,按固定资产投资额的 10%给予最高2000万元补贴。省、市联动,组建空天信息产业基金,支持星座组建及重点项目。资料来源:各地政府网及发改委官网,国盛证券研究所 资本快速进入商业航天市场资本快速进入商业航天市场,加速产业发展,加速产业发展。自 2014 年起商业航天得到政策支持,2014-2021 航天领域相关企业创立数量爆发式增长,企查查大数据研究院数据显示,截至 2021 年我国共有航天相关企业 9.5 万家;同时,商业航天领域投融资活跃,泰伯智库研究显示 2014-2022 年商业航天领域融资总额达 457 亿元。图表 70:2014-2021 年中国航天相关企业注册量(
141、个,%)图表 71:2014-2022 商业航天融资情况(亿元,次)资料来源:企查查,国盛证券研究所 资料来源:泰伯智库,国盛证券研究所 民营企业发展民营企业发展迎来迎来拐点拐点,逐步成为卫星互联网产业的重要力量,逐步成为卫星互联网产业的重要力量。民营银河航天中标星网卫星项目、星河动力连续多次成功发射入轨、蓝箭航天首台大推力液氧甲烷发动机挑战入轨均显示出民营航天力量即将迎来产业拐点,为中国星网建设提供新的选择。4946602911165503.88%36.48%42.97%25.80%93.14%106.79%-63.85%4.02%-80%-60%
142、-40%-20%0%20%40%60%80%100%120%0500000002500030000350004000045000500002014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021注册数量同比增长2.621.1816.1224.8244.959.89134.2660.16113.987406080020002020212022融资额融资次数 2023 年 03 月 13 日 P.34 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页
143、声明 图表 72:民营航天 2022 大事件 资料来源:光明网、中国日报、新华网、蓝箭航天、央视新闻,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.35 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 3.产业链:产业链:万亿万亿新赛道新赛道,上中下,上中下游企业游企业滚动发展滚动发展,关注新趋,关注新趋势势/新技术新技术 卫星产业是万亿赛道大产业,卫星产业是万亿赛道大产业,2021 年全球卫星产业产值达年全球卫星产业产值达 2794 美元,美元,低轨卫星爆发低轨卫星爆发将进一步拉动产业增长将进一步拉动产业增长。SIA 数据显示,2021 全球卫星产业总产值 2794 亿美元(+3.
144、25%),其中卫星制造产业产值 137 亿美金(同比+12.23%),占全球卫星产业产值的 4.9%,未来卫星互联网建设有望迎来加速发展。根据目前国际主流星座的规划,超过 7.4 万颗通信卫星将被发射,是现有数量的 20.48 倍(UCS,截至 2022.5 月,全球在轨通信卫星 3613),仅考虑卫星制造端,以 Starlink V1.0 目前卫星成本单颗约 50 万美金(其他星座单星成本普遍高出数倍)测算,对应卫星制造产业规模至少 370亿美金,而由此拉动的卫星发射、卫星服务、地面设备市场分别为158.5、3171.5、3851亿美元。图表 73:2015-2021 全球卫星产业总产值(十
145、亿美金)图表 74:2021 全球卫星产业产值分布 资料来源:SIA,国盛证券研究所 资料来源:State of the satellite industry Report,国盛证券研究所 卫星产业链分为卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四大产业环节,产业链环节众多,囊括机械、电子、材料、通信、高端制造等在内的多品类产业产品,是典型的复杂高端制造业代表。图表 75:卫星产业链构成 卫星平台卫星载荷通信类导航类遥感类科学探测类卫星制造电源系统太阳能电池化学能电池电源转换器电源控制器电源模块 热控系统电加热器制冷器隔热材料相变材料热管 结构系统主平台结构次级结构特殊结构承力筒密封结构 姿
146、轨控系统磁强计 陀螺仪角加速度计姿态控制器执行机构推进系统 星务系统星载计算机星内通信模块数据存储模块数据转换模块遥控模块 测控系统遥控接收机遥控发射机遥测/遥控天线遥测/遥控单元功率放大器 多波束反射面透镜天线相控阵天线波束成形网络相控阵TR组件处理器(FPGA/DSP)功分器功率放大器滤波器 高精度时钟导航数据存储注入接收机 光学成像设备光学成像设备光学成像设备粒子探测器光谱探测器各类观测器 卫星发射火箭制造发射服务箭体设计火箭发动机箭体制造箭体总装火箭发动机制导和控制箭载计算机安全自毁系统火箭发射场发射遥测系统发射回收逃逸系统地面设备固定地面站天线系统发射系统接收系统信道终端系统控制分系
147、统电源系统卫星运控中心卫星测控站移动站集成式天线调制解调器天线跟踪系统其他固定地面站零部件基带芯片射频芯片功率放大器其他电子器件终端设备卫星电视终端卫星移动终端卫星导航终端卫星通信终端物联网终端物联网终端卫星运营服务移动通信移动数据移动语音卫星广播卫星电视卫星广播固定服务转发器租赁管理网络服务产业链公司火箭总装 航天科技、航天科工、中科宇航、星际荣耀、蓝箭航天、星河动力、天兵科技、零壹空间卫星总装 中国卫星、航天科技、上海微小卫星、长光卫星、微纳星空、银河航天 航天电器、航天电子、铖昌科技、天奥电子、天银机电、振华科技、臻镭科技、上海沪工 国光电气、佳缘科技、康拓红外、光库科技、亚光科技、盛路
148、通信、霍莱沃、坤恒顺维核心配套 振芯科技、海格通信、华力创通、合众思壮、中海达、盟升电子 北斗星通、华测导航、星网宇达、千寻位置、电科54所导航相关卫星运营 中国卫通、亚太卫星、长光卫星、银河航天、国电高科遥感应用 航天宏图、中科星图、欧比特、长光卫星 资料来源:艾瑞咨询、赛迪顾问、Wind,国盛证券研究所(注:斜体标记为非上市公司)255.4260.5268.6277.4270.7270.6279.4240245250255260265270275280285200021 2023 年 03 月 13 日 P.36 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅
149、读本报告末页声明 目前在火箭总装还未有上市公司,火箭总装力量以国有大型军工集团为主,民营创业公司快速在该领域渗透;中国卫星(中国东方红卫星股份有限公司)是目前 A 股市场唯一卫星总装上市公司,系航天科技集团旗下中国空间技术研究院上市平台,吉林长光有望成为 A 股商业航天第一股;在卫星制造和卫星制造领域,绝大部分上市公司以零部件/分系统配套为主;北斗产业发展较为成熟,产业链公司分布在芯片、器件、终端、服务各个领域,竞争较为充分。3.1 卫星制造与发射价值分配卫星制造与发射价值分配 以往大型卫星构成分为载荷部分与卫星平台,分体式的设计在平台载荷分离设计、分离生产、平台复用维度上有较强优势,但存在整
150、星重量大、发射成本高、不易于小型化的问题。长光卫星党委书记贾红光在采访中介绍,星载一体化技术增加了载荷设计的灵活性,重量、体积可通过设计进一步下降,空间节省后,卫星“体重”大幅降低,“吉林一号”高分 03 星“体重”已降至 40 公斤,重量只有第一代卫星的 1/10,但降重量不降指标,量降低,火箭运载成本随之减少,过去能发射一颗星的价格,如今可以发射10 颗星。我们推断,Starlink 的平板卫星设计遵循了平台与载荷一体设计的模式,使其能适合大规模生产、高密度堆叠发射。图表 76:卫星的主要构成 图表 77:Starlink 平板式卫星设计 资料来源:波音、航天甲子五十讲,国盛证券研究所 资
151、料来源:SpaceX,国盛证券研究所 载荷与姿轨控系统,是卫星制造的高价值量环节载荷与姿轨控系统,是卫星制造的高价值量环节。根据艾瑞咨询测算,在定制卫星领域平台与载荷价值量占比各占 50%,而在批量情况下平台占比 30%,载荷占比达到70%。在一体化设计下,我们认为卫星平台与卫星载荷可以同等比例分担研发成本,在规模效应下同步降本生产,预估载荷占比下降至 60%左右。图表 78:卫星成本构成 7%9%10%12%22%40%卫星平台成本构成热控系统测控系统星务系统结构系统电源系统姿控系统 资料来源:艾瑞咨询,国盛证券研究所预测 发动机是运载火箭价值量最高的产品,价值量占比高达发动机是运载火箭价值
152、量最高的产品,价值量占比高达 54.3%。朱坤等人在从低成本角度探讨航天运载器技术发展路线表明,在一次性使用运载火箭成本构成中,发动机约占总成本的 54.3%,箭体结构约占总成本的 23.6%,电气系统约占 8%,阀门管路及执行机构约占 8.1%,点火、级间分离等火工品约占 5.3%,推进剂成本约占 0.7%。2023 年 03 月 13 日 P.37 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 3.2 关注新技术在低轨通信卫星关注新技术在低轨通信卫星领域领域的应用的应用 SpaceX在 Starlink的设计上,不断迭代使用新技术以提升卫星的通信带宽和综合性能。使用到了诸如相控阵天线、
153、星间激光器、氪离子推进系统等先进技术。图表 79:新技术在 Starlink 中的应用 部件名称部件名称 图片示例图片示例 详细描述详细描述 相控阵天线 星链卫星底部安装 4 套相控阵天线系统和 2 套抛物面天线,可以实现极高的数据量发送和转发,成本比常规容量通信卫星低一个数量级。单边 太阳能电池阵列 采用单个太阳能电池阵设计,极大的简化了系统,太阳能电池采用标准部件,简化了制造和集成过程,进一步降低制造成本。氪离子推进系统 首次使用氪离子作为霍尔推进器推进剂,以价格低廉的氪气削减成本。星际追踪器 利用内部定制的导航传感器测量卫星姿态,有助于稳定姿态,实现宽带吞吐量的精确设定。光学空间激光器
154、使得航天器在没有地面站情况下传输数据,从而提供真正的全球覆盖。自主碰撞 规避系统 使用从地面传输的空间碎片威胁信息数据以及自身携带的四个动量轮系统配合离子推进系统来实现自动规避空间碎片和其他航天器的功能。资料来源:Starlink,中国航天报,国盛证券研究所 3.2.1 有源相控阵天线有望成地轨卫星标配,卫星有源相控阵天线有望成地轨卫星标配,卫星载荷载荷端与地面端与地面终端同步发展终端同步发展 有源相控阵天线系统波束指向灵活,扫描速度快有源相控阵天线系统波束指向灵活,扫描速度快,保证低轨高质量通信保证低轨高质量通信,逐步成为低逐步成为低轨卫星通信天线轨卫星通信天线主流方案主流方案。低轨通信卫星
155、具有空间传输损耗低、传输时延小、研制周期短、卫星终端小和可批量化生产等显著优势,是近年来卫星通信领域的研发重点。相控阵天线系统是保证低轨通信卫星高质量通信的有效方式,低轨通信卫星相对地面做高速运动,要求所有地面站天线都必须具备类似“动中通”的跟踪指向能力,能够有效跟踪卫星方位并将信号准确传输,避免由对星精度差、容易丢星而导致的通信中断、通信时延等问题。目前在 L/S/X 等各频段的卫星中有源相控阵天线得到广泛应用,我们认为未来有源相控阵天线将是低轨通信卫星主流的天线形式。图表 80:低相控阵多波束天线在卫星上的应用示例 图表 81:Starlink 接收终端使用相控阵技术 卫星名称卫星名称 发
156、射年发射年份份 天线天线频段频段 有源有源/无源无源 点波束数量点波束数量 Iridium-NEXT 2015 L 有源 固定波束 48 Globalstar-2 2010 S/L 有源 收发各 16 WGS-5/6 2013 X 有源 收发各 4 Spaceway3 2007 Ka 无源 可变波束 784 WINDS 2008 Ka 有源 收发各 2 资料来源:通信卫星多波束天线的发展现状及建议,国盛证券研究所 资料来源:Starlink,国盛证券研究所 有源有源相控阵天线在相控阵天线在通信卫星通信卫星端端、地面接收终端的渗透率逐步提升地面接收终端的渗透率逐步提升。Starlink 卫星和地
157、面 2023 年 03 月 13 日 P.38 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 终端均采用相控阵天线,并且为了降低天线波束偏离阵面法向角度大而带来的扫描损失,Starlink 在优化系统时增加卫星数量,使星地链路传输距离变短,提高了系统传输能力。Starlink 地面终端采用了机械与相控阵电扫结合的波束跟踪技术,基于机械调整能力,地面终端开机后可根据地理位置自动将阵面调整到合适的方位和仰角;基于相控阵天线波束快速指向调整能力,在相控阵阵面电扫覆盖范围内,实现对卫星的精确指向跟踪和跨星切换下的波束指向快速调整。图表 82:不同卫星规模下的地面终端波束扫描角度对比 图表 83:低
158、轨卫星互联网地面终端跨星切换示意图 资料来源:Starlink 系统分析及对我国卫星互联网发展的启示,国盛证券研究所 资料来源:Starlink 系统分析及对我国卫星互联网发展的启示,国盛证券研究所 T/R 组件是相控阵系统的核心,价值量占天线系统的组件是相控阵系统的核心,价值量占天线系统的 50%以上以上。有源相控阵中的每个阵元通道均集成了功率放大器、低噪声放大器以及相应的供电和控制电路,在每个天线单元内的 T/R 组件将无源相控阵集中式替代为分布式的功放与低噪放,从而大幅提升系统的可靠性、响应速度与作用距离。通道单独调控带来的自由度可进一步提升系统抗干扰能力与波束赋形能力。每个单元独自产生
159、和接收电磁波使少量 T/R 模块失效也不会对相控阵天线的性能产生太大影响。图表 84:有源相控阵天线模块成本构成 图表 85:无源相控阵(a)与有源相控阵(b)名称 脉冲体制 320 阵元 连续波体制 144 阵元 天线阵面 5.5%8.3%T/R 组件 52.7%41.7%馈电网络 6.2%5.4%波控器 7.1%13.6%电源调制器 20.4%-电源 7.6%13.4%结构 10.5%17.6%资料来源:低成本有源相控阵天线研究,国盛证券研究所 资料来源:有源相控阵天线波束赋形与布阵技术研究,国盛证券研究所 3.2.2 星间激光通信,高带宽星座的必备星间激光通信,高带宽星座的必备系统系统
160、传统传统卫星通信频谱资源有限传统传统卫星通信频谱资源有限,激光通信技术飞速发展激光通信技术飞速发展。相较于需占用频谱资源的传统通信卫星,激光通信利用激光作为信号载波,将语音和数据等信息调制到激光上进行传输。卫星激光通信系统为光机电系统,涵盖光机电等多个领域,包括光学、跟瞄、通信三个基本分系统和热控、配电等配套系统。它以激光为信息载体,首先完成两个卫星之间高精度建链,建链成功后再进行高速数据通信。2023 年 03 月 13 日 P.39 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 86:典型激光通信系统组成 资料来源:星载激光通信技术研究进展,国盛证券研究所 卫星激光通信技术以激光
161、取代传统微波作为载体,通信终端具有带宽宽、体积小、重卫星激光通信技术以激光取代传统微波作为载体,通信终端具有带宽宽、体积小、重量轻、功耗低、保密性好、无频谱限制等特点,量轻、功耗低、保密性好、无频谱限制等特点,成为解决卫星微波通信带宽瓶颈和减缓卫星频谱资源紧张,实现卫星高速通信的有效手段,能够满足未来航天活动日益增长的通信需求。图表 87:卫星激光通信优点 通信速率高 传统微波通信载波频率在几 GHz 到几十 GHz 范围内,而激光载波频率具有数百 THz 量级,比微波高35 个数量级,可携带更多信息,加上波分复用等手段,未来可以以 Tbps 速率传输信息。抗干扰能力强 激光具有较窄的发散角,
162、指向性好,没有卫星电磁频谱资源限制约束,通信过程中不易受外界干扰,抗干扰能力强。保密性好 卫星激光通信波谱使用 0.81.55m 波段,属于不可见光,通信时不易被发现。而激光发散角小,束宽极窄,在空间中不易被捕获,保证了激光通信所需的安全性和可靠性。体积小、重量轻、功耗低 激光波长比微波波长小 35 个数量级,激光通信系统所需的收发光学天线、发射与接收部件等器件与微波所需器件相比,尺寸小,重量轻,可满足空间卫星通信对星上有效载荷小型化、轻量化、低功耗的要求。资料来源:卫星激光通信发展现状与趋势分析,国盛证券研究所 Starlink 的天际激光通信链路主要作用是使庞大卫星群无需与地面站接力即可实
163、现卫星间的数据交互。光在太空真空中的传播速度比通过光纤电缆的速度快约 40%,天际激光通信链路能为用户提供更快的数据传输速率。理论上,通过天际激光通信链路,Starlink卫星之间能够实现数百GB带宽的数据传输。通过计算数据流量,将具备“空间激光通信系统”的 Starlink 卫星进行空间组网,5 个卫星为一组,通过等离子推进器进入计划轨道,在需要大数据容量的地区实时进行宽带资源分配。图表 88:星间激光链路示意图 图表 89:Starlink 卫星使用星间激光链路 资料来源:Mynaric,国盛证券研究所 资料来源:中国航空报,国盛证券研究所 2023 年 03 月 13 日 P.40 请仔
164、细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 3.2.3 电推进电推进系统系统,新一代卫星的不二选择,新一代卫星的不二选择 卫星电推进原理是一种利用电能及其特性来推动卫星的机理卫星电推进原理是一种利用电能及其特性来推动卫星的机理。卫星中安装有一种可以给卫星所受到的电流形成反作用力的设备,这种设备被称为“电推进器”。其核心原理是气体原子流经放电通道与高速电子发生碰撞后产生或失去电子变成离子,离子在放电通道内部的静电场作用下高速喷出产生推力,依靠这种作用力以实现卫星的推进、升力及姿态控制。图表 90:霍尔推进器工作原理示意图 资料来源:大功率霍尔电推进,未来的星辰大海,国盛证券研究所 电推进相比传
165、统化学推进有比冲高、电推进相比传统化学推进有比冲高、省燃料、增加有效载荷等优点省燃料、增加有效载荷等优点。传统的化学推进方式通过推进工质的化学反应释放能量使之产生反推力,其比冲范围一般在 250530s之间,代表性技术有单组元推进、双组元推进等。而电推进方式利用电能加热或电离推进工质并使之加速喷出产生推力,最高比冲可达 10000s,具备更轻的推进剂质量和更高的比冲量。图表 91:电推进优点 比冲高 相比传统化学推进方式比冲在 250530s 之间,电推进比冲可达10000s 节省燃料 由于霍尔推力器的喷气速度高达化学火箭发动机的 10 倍,其油耗仅为化学火箭发动机的 1/10 增加有效载荷
166、应用千瓦级电推进执行在轨位置保持任务,相对全化学推进,有效载荷可增加 50%以上 资料来源:空间电推进技术应用现状与发展趋势,国盛证券研究所 氩氩工质霍尔推力器极大降低成本,未来工质霍尔推力器极大降低成本,未来成为电推进主流方案成为电推进主流方案。SpaceX 最新发射的星链卫星“V2mini”,采用氩工质霍尔推力器,推力是第一代推进器的 2.4 倍,比冲是其 1.5倍,这也将是氩霍尔推进器首次在太空运行。第一代星链卫星电推力器使用氪工质替代氙工质,第二代迷你版星链卫星电推力器使用氩工质替代氪工质,每立方米氙气价格在2.3 万-2.5 万元,而每立方米氩气在 3800-5000 元,氩工质推进
167、器极大降低了发射成本,低成本卫星上氩电推进器的使用进一步推动了星链的大规模布置。2023 年 03 月 13 日 P.41 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 92:国外主要电推进 GEO 平台 电推进任务电推进任务 平台平台 采用电推进采用电推进 平台状态平台状态 在轨位保 美 BSS601 美 LS1300 欧 Eurostar 3000 欧 Spacebus 4000 中国 DFH-3B 5kW 级离子/1.35kW 级 SPT100、PPS1350、LIPS200 离子 成熟应用或小规模应用 俄 MSS2500GSO 1.35 kW 级 SPT100 成熟应用 俄
168、USKMO 俄 Yakhta 俄 Express-1000 1.35 kW 级 SPT100 成熟应用 部分轨道转移+在轨位保 美 BSS 702 美 A2100M 欧 Small GEO(在研)5 kW 级离子/5 kW 级 BPT4000 小规模应用或研制中 美 LS1300(改)(在研)5 kW 级 SPT140 研制中 俄 USP 5 kW 级 SPT140 成熟应用 全电推进 俄 MSS767 1.35 kW 级 SPT100 成熟应用 美 BSS 702SP 5 kW 级离子 2015 年首发 美 A2100M 增强型 5 kW 级 BPT4000 研制中 欧 Eurostar 3
169、000EOR 5 kW 级 SPT140 2017 年首发 资料来源:空间电推进技术应用现状与发展趋势,国盛证券研究所 3.2.4 3D 打印,有望在宇航市场大放光彩打印,有望在宇航市场大放光彩 3D 打印(增材制造)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术打印(增材制造)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。金属 3D 打印技术共有四类、共六种技术,SLM(选择性激光熔融)是金属 3D 打印的主流技术。SLM 技术通过激光扫描,快速熔化预置金属粉末,直接获得任意形状的零件,光束从激光器中发出,通过振镜系统将光束反
170、射至平台上进行层层熔融,每完成一层熔融后,打印的零件逐层下降,直至整个零件全部被打印出来。图表 93:金属 3D 打印技术的分类 图表 94:金属 3D 打印 SLM 原理图 3D3D打印打印(增材制造增材制造)粉末融合技术粉末融合技术材料喷射工艺材料喷射工艺粉末融合技术粉末融合技术直接能量沉积直接能量沉积直接金属激光烧结直接金属激光烧结(DMLSDMLS)选择性激光熔融选择性激光熔融(SLMSLM)电子束熔化电子束熔化(EBMEBM)纳米颗粒喷射纳米颗粒喷射(NPJ)(NPJ)粘结剂喷射粘结剂喷射(BJ)(BJ)激光工程网状透镜激光工程网状透镜(LENS)(LENS)电子束增材制造电子束增材
171、制造(EBAM)(EBAM)激光熔化激光熔化电子束熔化电子束熔化激光熔化激光熔化电子束熔化电子束熔化粘结剂连接粘结剂连接加热固化加热固化 资料来源:EOS,国盛证券研究所 资料来源:金属 3D 打印技术工艺探索及应用,国盛证券研究所 3D打印技术打印技术独特的优势使其独特的优势使其在航天领域被广泛在航天领域被广泛应用应用。3D打印具有超出传统铸造、锻造制备工艺的成形制造能力,非常适合制备内含复杂内流道、多孔点阵结构等极难加工的结构构件,如火箭推进器耐高温部件、助推器等。Sintavia 公司首席执行官 Brian Neff提到,目前市场上几乎所有的推力室组件都是使用 3D 打印制造的。3D 打
172、印打印可以可以满足火箭研制的低成本、短周期需求满足火箭研制的低成本、短周期需求。传统锻造再机械加工的制造方法,需要高昂的模具费用和较长的制造周期,而且一些具有复杂形状或特殊规格的大型结构,难以用锻造方法制造;而 3D 打印通过大量使用基于金属粉末和丝材的高能束流增材制造技术进行生产,从而实现结构的整体化,降低成本和周期。2023 年 03 月 13 日 P.42 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 3D 打印可以提高火箭发动机和箭体的性能打印可以提高火箭发动机和箭体的性能。可以实现“设计-制造”的融合,一些过去无法实现的功能结构可以通过 3D 打印技术制造出来,如通过优化结构实现
173、最理想的温度控制、振动频率调控等,可以提高设备可靠性。另外,在保证性能的前提下显著减轻金属结构件的质量,可以实现轻量化,并显著提高原材料利用率。图表 95:3D 打印技术在航天构件领域的应用中发挥着巨大优势 公司公司 制造部位制造部位 3D 打印技术发挥的优势打印技术发挥的优势 图例图例 Ariane Group 火箭发动机喷嘴头 将原来的 248 个组件合并成一个构件,克服了传统加工工艺耗时和在极端负荷环境中存在风险的缺点,真正实现了喷嘴头一体化设计。EOS、Hyperganic Aerospike 火箭发动机 该发动机长度只有常规钟型火箭发动机的 1/4,质量只有航天飞机主发动机的 2/3
174、,与喇叭形喷嘴相比,这种独特结构使发动机效率提高了15%。Aerojet Bantam 火箭发动机 推力室、涡轮泵、喷嘴等关键零部件通过 3D 打印一体化加工制造,成功降低成本、缩短加工周期。ATK 火箭发动机燃料泵 传统机械加工制造的火箭发动机燃料泵由数百个零件组成,采用增材制造技术一体化制造后,零件减少了 45%,大大缩短了加工周期,降低了生产成本。资料来源:航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状,浅谈增材制造技术在航天领域的应用,国盛证券研究所 3D 打印打印技术技术在国内外航天在国内外航天领域领域应用应用取得了取得了重大进展重大进展。早在 2014 年,SpaceX 就首次在Dra
175、gon 3 上使用 3D 打印主氧化剂阀;SpaceX 于 2016 年试车的“缩比猛禽”发动机中有至少 40%的部件是 3D 打印制造的,甚至还包括涡轮泵的一些组件;新西兰 Rocket Lab 于 2017 年成功发射装载 3D 打印发动机的火箭;Relativity Space 宣布将于 2023 年3 月 8 日发射世界上第一枚 3D 打印火箭 Terran 1。图表 96:宣布 2023 年 3 月发射的全球首款“全”3D 打印火箭 图表 97:2022 年,NASA 在 3D 打印领域的成就 3D 打印核心级发动机 总体生产成本降低近 35%,同时保证高性能、高可靠性、安全性 提出
176、定制 3D 打印宇航服 要使人类能够在深空进行太空飞行 3D 打印工艺开发新型金属合金 可在火箭发动机内部应用,寿命比现有合金长 2,000 倍 资料来源:Relativity Space,国盛证券研究所 资料来源:太空与网络,国盛证券研究所 3D 打印技术在中国商业航天领域的打印技术在中国商业航天领域的亦得到广泛应用,亦得到广泛应用,主管路主管路 3D 打印机重量占比高达打印机重量占比高达90%。星河动力在其可重复使用中大型液体运载火箭“智神星一号”的主动力装置“苍穹”发动机中大量使用 3D 打印技术,这是实现低成本和快速研制的重要因素。2023 年 03 月 13 日 P.43 请仔细阅读
177、本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 98:星河动力在“苍穹”发动机中大量使用 3D 打印技术 图表 99:3D 打印技术在中国航空航天领域应用情况 资料来源:3D 打印技术参考,国盛证券研究所 资料来源:中国国际金属展览会,国盛证券研究所 0%20%40%60%80%100%2023 年 03 月 13 日 P.44 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 4.投资建议投资建议:布局基建阶段布局基建阶段拥有核心卡位的优质标的拥有核心卡位的优质标的 4.1 万亿赛道渐进式打开万亿赛道渐进式打开 根据泰伯智库测算,我国 2021 年商业航天市场规模为 12626 亿元,并持续保
178、持高增长,到 2030 年预计达到 7.8 万亿,复合增速为 22.4%,卫星互联网作为商业航天的重要构成部分,也将迎来快速发展。图表 100:中国商业航天市场规模和增速预测(万亿,%)资料来源:泰伯智库,国盛证券研究所 2023 年是中国星网公司统筹招标后的发射元年,中国卫星互联网建设也将开启全新的篇章。我们测算,2023-2033 年中国卫星互联网卫星制造+发射端市场空间预计高达8313 亿元,其中相控阵 T/R 组件、射频芯片、激光链路器、姿轨控系统、火箭发动机等高价值量产品将在此带动下迎来快速发展;根据 SIA 卫星产业价值分布测算,这将带动 4.99 万亿卫星服务市场和 6.06 万
179、亿地面设备市场。图表 101:卫星发射与核心高价值量产品测算 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 2031E 2032E 2033E 发射卫星总数(个)30 60 120 240 480 960 1248 1622 2109 2742 3564 年补充卫星(个)30 60 120 240 480 960 新增卫星数量(个)30 60 120 240 480 930 1188 1502 1869 2262 2604 单星重量(kg)600 600 600 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 卫
180、星总质量(吨)18 36 72 240 480 960 1248 1622 2109 2742 3564 卫星成本(万元/kg)8.00 7.09 6.29 5.58 4.94 4.38 3.89 3.44 3.05 2.71 3.00 发射成本(万元/kg)10.00 9.03 8.15 7.36 6.65 6.0 4.55 3.45 2.61 1.98 1.50 卫星总价(亿元)14.4 25.5 45.3 133.8 237.3 420.7 484.9 558.9 644.2 742.5 1069.3 载荷总价(亿元)8.6 15.3 27.2 80.3 142.4 252.4 291.
181、0 335.3 386.5 445.5 641.6 T/R 组件(亿元)3.5 6.1 10.9 32.1 56.9 101.0 116.4 134.1 154.6 178.2 256.6 射频芯片(亿元)1.7 3.1 5.4 16.1 28.5 50.5 58.2 67.1 77.3 89.1 128.3 激光链路(亿元)1.8 3.2 5.7 16.7 29.6 52.5 60.5 69.8 80.4 92.7 133.5 平台总价值(亿元)5.8 10.2 18.1 53.5 94.9 168.3 194.0 223.6 257.7 297.0 427.7 姿轨控系统(亿元)2.3 4
182、.1 7.2 21.4 38.0 67.3 77.6 89.4 103.1 118.8 171.1 发射总成本(亿元)18.0 32.5 58.7 176.7 319.0 576.0 567.5 559.2 550.9 542.8 534.7 发动机价值(亿元)9.8 17.6 31.9 95.9 173.2 312.8 273.7 239.5 209.5 183.4 160.4 资料来源:国盛证券研究所测算 核心假设核心假设:1、2023-2033 GW 星座发射达成率 80%,其他星座达成率 50%,总计发射 12246 颗卫星,小卫星寿命为 5 年。2、2023-2025 位星网小规模建
183、设期,卫星单星重量 600kg,2026 以后部署可以直连手机的 1000kg 大卫星(参考 Starlink V2 mini 800kg,V2.0 约 1200kg)。0.68 0.84 1.02 1.26 1.50 1.90 2.30 2.80 3.50 4.20 5.20 6.30 7.80 25%23.45%22.00%23.76%18.80%26.67%21.05%21.74%25.00%20.00%23.81%21.15%23.81%0%5%10%15%20%25%30%0021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E
184、 2027E 2028E 2029E 2030E 2023 年 03 月 13 日 P.45 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 3、目前我国卫星建造成本预估约 8 万元/kg,按年 11.34%比例降价,2033 年接近 3 万元/kg。4、目前发射成本预估约 10 万元/kg,按年 9.71%比例 2028 年降价至 6 万/kg,2029年开始掌握火箭回收技术按年 24.21%比例 2033年降价至 1.5万/kg(参考SpaceX目前水平)。5、价值量占比:载荷/卫星 60%,TR 组件/载荷 40%,射频芯片/TR 组件 50%,激光链路/载荷 21%,平台/卫星 40
185、%,姿轨控/平台 40%,发动机/发射 54.3%。6、发动机占发射成本比例初始值为 54.3%,2028年开始逐步掌握火箭回收技术后逐年下降 11.19%,2033 年为 30%。4.2 卫星制造、发射服务、地面卫星制造、发射服务、地面设施设施将首先迎来将首先迎来业务业务爆发期爆发期 重点布局基建早期上游卫星制造、卫星发射以及重点布局基建早期上游卫星制造、卫星发射以及相应相应的核心配套服务环节,以及即将的核心配套服务环节,以及即将开启的应用终端链条上的相关企业开启的应用终端链条上的相关企业。考虑到中国卫星互联网产业处于建设初期,卫星制造、卫星发射产能稀缺,亟待解决低成本卫星发射和大规模卫星制
186、造问题,从一级市场投融资维度看,卫星制造和火箭发射也是最景气的投资赛道。我们预估 2023 中国星网进入发射元年后,对应的地面站、核心网建设也将同步启动,随之而来的将是地面接收终端等设备也将同步打开数倍于卫星制造与发射的市场。图表 102:2022 中国航天融资赛道分布 资料来源:泰伯智库,国盛证券研究所 图表 103:核心标的业务和估值情况介绍(亿元)分类分类 公司公司 业务产品业务产品 2021 收入利润情况收入利润情况 PE(TTM)营收营收 归母归母 净利润净利润 毛利毛利 中字头中字头 中国卫星 600118.SH 航天科技旗下上市公司,主营小卫星及微小卫星研制、卫星地面应用系统及设
187、备制造和卫星运营。70.59 2.33 12.87%120.5 中国卫通 601698.SH 航天科技旗下上市公司,主营卫星空间段运营及相关服务,运营包括中星 26 在内的 17 颗商用通信广播卫星。26.34 5.72 37.54%124.3 卫星卫星 制造制造 铖昌科技 001270.SZ 星载相控阵 T/R 芯片核心企业,深度参与军民用遥感卫星、地轨小卫星的建设。2.11 1.60 77.00%87.3 天奥电子 002935.SZ A 股市场唯一拥有原子钟资产的上市公司,原子钟广泛用于包括导航卫星、通信卫星等需要高精度时钟的领域。10.43 1.18 29.39%63.7 航天电器 0
188、02025.SZ 航天科工旗下上市公司,公司高端特种连接器、继电器、电机产品广泛用于火箭发射和卫星等航天器制造。50.38 4.87 32.62%54.6 航天电子 600879.SH 航天科技旗下上市公司,从事航天电子测试、航天制造、航天电子元器件、航天电子对抗等业务。159.89 5.49 20.07%33.4 天银机电 300342.SZ 子公司天银星际依托清华大学 20 多年空间技术积累,目前是国内第一家商业运营的恒星敏感器生产厂商。10.39 1.00 30.22%72.1 国博电子 688395.SH 中电科 55 所上市公司,高密度相控阵 T/R 组件研发生产龙头企业,与母公司形
189、成芯片+组件协同占据第一梯队。25.09 3.68 34.68%73.1 资料来源:Wind,国盛证券研究所(数据截至 2023.03.10)2023 年 03 月 13 日 P.46 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 103-续:核心标的业务和估值情况介绍(亿元)卫星卫星 制造制造 亚光科技 300123.SZ 射频微波领域能力突出,具备星载射频器件、射频模块、射频系统的研发生产能力,长期为国家重大航天任务提供产品和产能配套。15.88-11.99 18.75%-5.8 盛路通信 002446.SZ 9.62-2.12 38.56%-289.5 红相股份 300427.
190、SZ 13.94-6.36 33.13%67.1 臻镭科技 688270.SH 抗辐照宇航级电源芯片、电源管理芯片核心企业,业务已经扩展到卫星互联网领域。1.91 0.99 88.46%94.0 铂力特 688333.SH 金属 3D 打印龙头企业,3D 打印在火箭发动机、火箭动力系统管件/泵阀、火箭箭体制造应用前景广阔。5.52-0.53 48.23%215.7 奥普光电 002338.SZ 子公司长光宇航从事碳纤维增强树脂基复合材料的研产,产品用于箭体结构、空间结构件、发动机喷管等。5.47 0.53 29.54%83.0 光库科技 300620.SZ 星间激光器核心器件供应单位。6.68
191、 1.31 41.99%56.2 光迅科技 002281.SZ 64.86 5.67 24.20%26.0 地面 设施 盟升电子 688311.SH 聚焦卫星通信领域,具备车载、机载、舰载动中通和平板卫星接收天线的设计和制造能力。3.17 0.93 53.41%313.0 佳缘科技 301117.SZ 公司无线网络加解密信息安全产品应用于卫星及地面需要进行通信加解密的各类应用场合。4.76 1.34 59.64%88.8 星网宇达 002829.SZ 公司“动中通”天线产品在多个军兵种装备中定型,连续多年保障军方的重大军事训练活动。7.68 1.61 46.97%34.5 震有科技 68841
192、8.SH 公司为卫星通信提供核心网业务,核心网是卫星通信的重视和神经系统。4.64-1.02 48.14%-16.3 资料来源:Wind,国盛证券研究所(数据截至 2023.03.10)2023 年 03 月 13 日 P.47 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 5.风险提示风险提示 1、核心技术开发不及预期核心技术开发不及预期:卫星互联网建设依赖大量底层技术创新,如低成本火箭发射等,技术开发会直接制约卫星互联网产业发展。2、卫星互联网商业模式不及预期卫星互联网商业模式不及预期:卫星互联网建设需要大量的投入,前期就需要百亿甚至千亿的资金且短期无法快速验证投入产出回报,商业模式无
193、法快速闭环会对产业推进产生较多不确定性。3、6G 通信技术推进不及预期通信技术推进不及预期:6G 通信技术是卫星互联网的重要应用方向,6G 技术发展推进不及预期也会压制卫星互联网的发展。4、测算数据与实际数据存在偏差测算数据与实际数据存在偏差:关于火箭发射、卫星成本、核心零部件等环节价值占比与实际情况存在偏差,预测数据存在不确定性。2023 年 03 月 13 日 P.48 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 免责声明免责声明 国盛证券有限责任公司(以下简称“本公司”)具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告仅供本公司的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。
194、在任何情况下,本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。本报告的信息均来源于本公司认为可信的公开资料,但本公司及其研究人员对该等信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告中的资料、意见及预测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,可能会随时调整。在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息及资料保持在最新状态,对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。本公司力求报告内容客观、公正,但本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用,不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操
195、作建议,本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成客户私人咨询建议。投资者应当充分考虑自身特定状况,并完整理解和使用本报告内容,不应视本报告为做出投资决策的唯一因素。投资者应注意,在法律许可的情况下,本公司及其本公司的关联机构可能会持有本报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易,也可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本报告版权归“国盛证券有限责任公司”所有。未经事先本公司书面授权,任何机构或个人不得对本报告进行任何形式的发布、复制。任何机构或个人如引用、刊发本报告,需注明出处为“国盛证券研究所”,且
196、不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。分析师声明分析师声明 本报告署名分析师在此声明:我们具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,本报告所表述的任何观点均精准地反映了我们对标的证券和发行人的个人看法,结论不受任何第三方的授意或影响。我们所得报酬的任何部分无论是在过去、现在及将来均不会与本报告中的具体投资建议或观点有直接或间接联系。投资评级说明投资评级说明 投资建议的评级标准投资建议的评级标准 评级评级 说明说明 评级标准为报告发布日后的 6 个月内公司股价(或行业指数)相对同期基准指数的相对市场表现。其中 A股市场以沪深 300 指数为基准;新三板市场以三板成指(针对
197、协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为基准;香港市场以摩根士丹利中国指数为基准,美股市场以标普 500 指数或纳斯达克综合指数为基准。股票评级 买入 相对同期基准指数涨幅在 15%以上 增持 相对同期基准指数涨幅在 5%15%之间 持有 相对同期基准指数涨幅在-5%+5%之间 减持 相对同期基准指数跌幅在 5%以上 行业评级 增持 相对同期基准指数涨幅在 10%以上 中性 相对同期基准指数涨幅在-10%+10%之间 减持 相对同期基准指数跌幅在 10%以上 国盛证券研究所国盛证券研究所 北京北京 上海上海 地址:北京市西城区平安里西大街 26 号楼 3 层 邮编:100032 传真: 邮箱: 地址:上海市浦明路 868 号保利 One56 1 号楼 10 层 邮编:200120 电话: 邮箱: 南昌南昌 深圳深圳 地址:南昌市红谷滩新区凤凰中大道 1115 号北京银行大厦 邮编:330038 传真: 邮箱: 地址:深圳市福田区福华三路 100 号鼎和大厦 24 楼 邮编:518033 邮箱: