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1、2020年深度行业分析研究报告内容目录1.卫星互联网星座建设迎来爆发期.41.1回顾历史,天基地基竞争与融合交织.41.2全球低轨卫星星座计划与进展.51.3卫星互联网建设的必要性与可行性分析.82.我国卫星互联网行业驱动力.112.1政策:政策开放,商业航天门槛打开.112.2商业:当前商业突破的关键在于融资和降成本.132.3技术:航天实力进入国际前列,重点技术突破.173.卫星通信星座应用场景展望.183.1补充地面通信系统.183.2卫星通信与5G的融合.183.3通导一体化,北斗+5G催化PNT市场.204.产业链行业空间测算.204.1卫星行业产业链价值拆分.204.2我国卫星互联
2、网星座产值预测.215.产业链相关标的一览.235.1投资策略:制造先行,再转向产业链下游投资.235.2全球视野,产业链布局公司.245.3重点标的财务数据.25图表目录图表1:卫星通信系统原理.4图表2:各个国家在轨卫星数量(单位:颗).5图表3:每年新发射卫星数量(单位:颗).5图表4:全球在轨卫星轨位分布(单位:颗).5图表5:全球在轨卫星类型分布(单位:颗).5图表6:各国主要卫星互联网星座部署计划.6图表7:拥有超过20个卫星的组织(截止2019年9月25日).7图表8:StarLink卫星星座计划轨道情况.7图表9:“OneWeb”卫星星座计划轨道情况.8图表10:国内主要卫星星
3、座计划.8图表11:北斗系统“三步走”战略.9图表12:卫星轨道与频段分布.10图表13:近地轨道(LEO)互联网卫星覆盖范围.11图表14:超近地轨道(VLEO)互联网卫星覆盖范围.11-2-图表15:2014-2020年国家相关政策文件.12图表16:2018年世界各主要国家政府航天投资额(亿美元).13图表17:商业航天公司各产业链环节公司分布情况.13图表18:民营和国企航天企业成立年限.13图表19:商业航天项目资金需求估算.14图表20:OneWeb死亡谷图示.14图表21:OneWeb投资回报率.14图表22:商业航天领域投资机构数量.15图表23:2018年各月份中国商业航天领
4、域投资(万元).15图表24:各投资机构参与商业航天项目投资次数及所投项目.15图表25:OneWeb星座“生态圈”.16图表26:OneWeb卫星生产流程.16图表27:SpaceXFalon9火箭单次发射成本估算.17图表28:航天领域技术趋势.17图表29:我国火箭产品进展.18图表30:5G网络中非地面网络架构.19图表31:天地大融合频谱分配.19图表32:卫星行业产业链.20图表33:卫星行业收入(亿美元).21图表34:悲观预期:火箭发射与卫星制造产值.21图表35:悲观预期:卫星应用与地面设备制造产值.21图表36:乐观预期:火箭发射与卫星制造产值.22图表37:乐观预期:卫星
5、应用与地面设备制造产值.22图表38:全球卫星互联网星座发射卫星数.22图表39:卫星行业新增产值测算表.23图表40:全球卫星产业链布局公司.24图表41:和而泰:营业收入.25图表42:和而泰:营业利润.25图表43:中国卫星:营业收入.26图表44:中国卫星:营业利润.26图表45:海能达:营业收入.26图表46:海能达:营业利润.26图表47:中国卫通:营业收入.27图表48:中国卫通:营业利润.27图表49:海格通信:营业收入.27图表50:海格通信:营业利润.27图表51:Intelsat营业收入.28图表52:Intelsat营业利润.28-3-mNqPrQmPsPnMxOmOv
6、NmQxPbRdN8OnPrRnPmMlOoOqNiNoPtR9PqQxOvPqRsOuOnPsM1.卫星互联网星座建设迎来爆发期1.1回顾历史,天基地基竞争与融合交织卫星通信,简单的说就是地球上(包括地面、水面和低层大气中)的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波,以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。图表1:卫星通信系统原理来源:百度,研究所历史上通过卫星提供通信服务的尝试早已有之,最早可追溯到20世纪80年代摩托罗拉公司发展的铱星(Iridium)系统。卫星通信和地面通信均为通信方式,相互竞争的格局长久存在,据科技导报按照卫星与地面通信的竞争合作关系,可将卫
7、星互联网的发展阶段分成3个历史阶段:替代地面通信网络为导向(20世纪80年代至2000年):以铱星(Iridium)、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。当时发展的低轨星座主要有两类:一类主要提供语音和低速数据为主的星座,如铱星、全球星和轨道通信;另一类主要以互联网接入为主的星座,如泰利迪斯和天空之桥。但是由于当时地面通信市场还未兴起,市场与用户培育不够成熟,另卫星星座系统投资过大导致入不敷出,这5大系统在2000
8、年前后纷纷宣布破产。成为地面通信的“填隙”(20002014年):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、航空等极端条件下的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。与地面通信系统的竞争与融合交织(2014至今):以“另外30亿人”网络公司(O3bNetworks)、OneWeb为代表,为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务,地面电信运营商是其客户和合作伙伴,卫星网络成为地面网络的补充。并且卫星互联网与5G融合取得实质进展,卫星互联网将成为扩展5G网络覆盖范围的重要方式。而以S
9、paceX为代表的Starlink计划部署1.2万颗低轨卫星,可提供全球性互联网接入服务。这样庞大的计划彰显着SpaceX的目的不仅是对于地面通信系统的补充,是要建立全球性的卫星通信系统,提供全球性的互联网服务,以及为未来更重要的卫星互联网应用作铺垫。-4-1.2全球低轨卫星星座计划与进展1.2.1全球卫星发射情况全球在轨卫星数量美国最多,2017年卫星发射提速。根据忧思科学家联盟的数据,截至2019年9月25日,全球在轨卫星总数为2218颗,美国在轨卫星最多为988颗。中国超越俄罗斯位列第二,在轨卫星数量高达320颗。从全球每年新发射卫星数量来看,受益于小卫星发展,从2017年开始全球进入卫
10、星加速发射时期,2017年和2018年新发射卫星数量都超过350颗,2019年前3季度卫星发射数已达250颗。图表2:各个国家在轨卫星数量(单位:颗)图表3:每年新发射卫星数量(单位:颗)0008006009883503002503520393633393200002000182019Q3来源:UCS,研究所来源:UCS,研究所低轨道卫星数量占比达三分之二,“通导遥”融合发展。全球低轨道卫星总数为1468颗,约占全部在轨卫星的三分之二。从卫星
11、所提供的服务来看,通导遥为卫星领域的三驾马车,其中通信卫星773颗,遥感卫星771颗,导航卫星138颗。通导遥卫星一体化趋势明显,2018年全球首颗面向通导遥一体化应用的“共享卫星”在酒泉成功发射,未来通导遥融合卫星有望提供一体化的空天信息服务。图表4:全球在轨卫星轨位分布(单位:颗)图表5:全球在轨卫星类型分布(单位:颗)84227735621468771低轨道卫星地球静止轨道卫星中轨道卫星椭圆轨道卫星通信遥感技术验证导航空间科学地球物理来源:USC,研究所来源:小火箭公众号,研究所1.2.2全球卫星互联网星座计划与进展全球计划部署卫星互联网星座公司近30家,部署卫星数
12、量十年内翻10倍。继SpaceX在2015年推出StarLink计划,目的提供覆盖全球的高速互联网服务后,全球互联网巨头、初创公司等纷纷申请各自的卫星互联网星座,抢占轨位和频段。据不完全统计,全球宣布部署卫星互联网星座的公司近30家,部署卫星计划达2万颗以上。当前全球在轨卫星数量为2218颗,若全部发射成功,这批民营企业在短短十年之内,将使卫星在轨数量提高十倍。-5-国家公司星座名称数量建成年V宽带300颗V,E宽带6颗星752018780km-宽带、75颗在图表6:各国主要卫星互联网星座部署计划份轨道高度频段用途在轨美国SpaceXStarLink30kmKu,Ka,美
13、国OneWebOneWeb264820271200kmKu,Ka,美国铱星公司第二代铱STL轨美国波音波音295620221200kmV宽带-kuiper3236-590km/610km/630k美国亚马逊亚马逊FacebookmKa宽带-美国FacebookAthena77-1200km-加拿大TelesatTelesat29820231248/1000kmKa宽带1颗验ConnectKLEO624-1050/1425kmKa工业物两颗试Project证星加拿大AACClydeKepler1402022-Ku/Ka物联网2颗印度AstromeSpaceNetkm毫米波宽
14、带-俄罗斯YalinyYaliny135-600km-宽带-德国KLEO联网验星韩国三星三星4600-1400km-宽带-中国银河航天银河S,宽带1颗Galaxy2520-1165kmKa,V,科技集团鸿雁星座V,宽带1颗科工虹云工程Ka,V,E宽带1颗中国中国航天中国中国航天324-1000-1500kmL,ka,156-1040km/1048km/117L,C,5km来源:中国知网,公开资料,研究所少数公司具有卫星发射能力,60%的机构仅拥有一颗卫星。据卫星与航天市场研究与咨询公司NorthernSkyResearch的预测,全球只有18%的星座能走到发射阶段,少数公司具备卫星发射能力。据
15、USC数据,截止至2019年9月25日,全球514家公司或组织拥有着全部2218颗在轨卫星,其中299家公司或组织,即约五分之三的机构,仅拥有一颗卫星,这意味着大部分组织无持续发射卫星的能力。目前军方掌握大量卫星资源,民营力量逐渐崛起。拥有20颗以上的在轨卫星的组织有20家,大部分卫星的归属权掌握在美国、俄罗斯、中国军方手中。其中最多的为一家私人卫星公司PlanetLabs,主要发射Nanosatellite,即微纳卫星,它们不高于40厘米,长宽都只有20厘米。随着低轨卫星星座的部署及发射,民营力量在卫星行业逐渐崛起。在部署低轨卫星星座的公司中,已经稳步进入发射阶段的主要有美国的SpaceX和
16、OneWeb。-6-图表7:拥有超过20个卫星的组织(截止2019年9月25日)25023420079506559534333227252520200来源:USC,研究所国外主要低轨卫星互联网星座计划(1)StarLink星座StarLink通过一个由太空中能够互相链接的卫星组成的星座为全球提供5G级别的高速互联网服务,拟由4409颗分布在5501300千米左右的LEO(低地球轨道)星座和7518颗分布在340千米左右的VLEO(极低地球轨道)星座构成,组网卫星总数达到11927颗。StarLink的搭建基本上分三步走,第一步是用1584颗卫星完成初
17、步覆盖,其中,前800颗卫星满足美国、加拿大和波多黎各等国的天基高速互联网的需求;第二步是用2825颗卫星完成全球组网;第三步用7518颗卫星组成更为激进的低轨星座。前两步的卫星总数量为4409颗,位于LEO轨道,这些卫星工作在较为传统的Ka波段和Ku波段,力争以量取胜。第三步的7518颗卫星位于VLEO轨道,将工作在V波段。图表8:StarLink卫星星座计划轨道情况轨道数量(个)高度(千米)频段LEO第一阶段1584550第二阶段28251110-1325Ku/Ka频段VLEO第三阶段7518335.9-345.6V频段来源:航天十二院战略规划推进部,研究所(2)OneWeb星座OneWe
18、b的初始星座将由648颗卫星组成,预计到2021年开始通过Ku波段卫星频率提供全球互联网服务接入服务。其中600颗为全球覆盖的必要条件,48颗为备用卫星,OneWeb还计划将卫星总数增加到900多颗,以满足日益增长的服务需求。OneWeb还将通过发射近2000颗V波段频率的卫星,其中第二阶段发射720卫星至第一代近地轨道,高度为1200km。其余的1280颗组成一个独立的星座,在更高的中地球轨道运行。-7-LEO第一阶段图表9:“OneWeb”卫星星座计划轨道情况轨道数量(个)高度(千米)频段6481200Ku/Ka频段第二阶段7201200V频段MEO第三阶段1280更高中地球轨道来源:前瞻
19、网,研究所国内主要低轨卫星互联网星座计划截止2018年底,国内已发布的卫星星座计划超过27项,其中由民营企业发起的星座项目就有14个。根据这些星座计划相加,到2025年前,我国将发射约3100颗商业卫星。其中国企主要计划有航天科技集团的“鸿雁”星座324颗卫星,航天科工集团的“虹云”工程156颗卫星和“行云”工程80颗卫星。另上海蔚星科技运营的天基互联星座项目,落地咸阳市,总投资92.3亿元,将建成由186颗低轨宽带通信卫星组成的星座。民营商业航天公司运营的星座,主要有银河航天的银河Galaxy星座,计划发射卫星约1000颗,遥感卫星星座灵鹊和“星时代”AI星座计划也将分别发射378颗和192
20、颗。图表10:国内主要卫星星座计划属性星座名称运营方用途卫星数量鸿雁星座东方红卫星移动通信有限公司卫星互联网(宽带)324天基互联星座上海蔚星数据科技有限公司卫星互联网(宽带)186虹云工程中国航天科工集团有限公司卫星互联网(宽带)156国有民企天地一体化信息网络中国电科38所卫星互联网(宽带)100行云工程航天行云科技有限公司卫星互联网(窄带)80“瓢虫系列”卫星西安中科天塔科技股份有限公司卫星互联网(窄带)72微景一号深圳航天东方红海特卫星有限公司遥感80银河Galaxy银河航天(北京)科技有限公司卫星互联网(宽带)1000天启北京国电高科科技有限公司卫星互联网(窄带)36灵鹊北京零重空间
21、技术有限公司遥感378“星时代”AI星座计划成都国星宇航技术有限公司遥感192吉林一号长光卫星技术有限公司遥感138丽水一号浙江利雅电子科技有限公司遥感120来源:钛禾产研,公开资料,研究所1.3卫星互联网建设的必要性与可行性分析回顾历史,卫星互联网并不是一个新概念,卫星通信和地面通信的竞争和合作的格局长久存在,并且还将延续。当前入局卫星互联网的公司众多,竞争生态激烈。而最大两个星座StarLink和OneWeb多次成功升星,也让我们看到全球性卫星互联网星座建成的曙光。这个时候讨论卫星互联网,原因在于我国卫星互联网星座建设已经到了一个力所能及且刻不容缓的阶段,未来我国有可能诞生1-2家Spac
22、eX和OneWeb级别的航天公司。1.3.1必要性1:全球性卫星通信网络建设全球性卫星导航系统已建成,卫星互联网或将成为下一个建设重点。我国从1994年启动北斗系统工程,分三步走,先后实现中国、亚太乃至全球区域的卫星导航服务。自2018年12月27日开始,北斗导航已经开始提供全球服务,成为继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统,也是我国的第一个全球性卫星系统。据国新网消息,2020年6月前,计划再发射2颗地球静止轨道卫星,北斗三号系统将全面-8-建成。我国实现卫星导航系统的自主可控后,我们认为全球覆盖的卫星互联网建设将接力成为下一个建
23、设重点。全球性卫星通信网络建设,助力突破数字鸿沟。地面通信系统通常以国家为建设中心,而卫星通信系统是全球配置的资产,通信范围覆盖到全球,包括海洋、沙漠等人迹罕至的区域。ITU2019年全球互联网接入数据显示,全球49%的人口未进入互联网,人口达37.3亿人,发展中国家中55%的人未能接入互联网。地面布设基站及连接基站的通信网受到诸多限制:1)占地球表面积大的海洋、沙漠无法建立基站;2)人烟稀少或工作人员难以到达的边远地区建基站成本高而收益低;3)发生自然灾害时地面网络容易受损而导致通信网络的中断。地面通信网络的覆盖范围是有线的,而卫星通信可以作为地面网络的补充和延伸,助力于突破数字鸿沟,连接未
24、联网的49%的人口。图表11:北斗系统“三步走”战略来源:新华社,研究所1.3.2必要性2:卫星轨道与频段稀缺资源竞争卫星低轨道和频段是有限的,中国加快卫星互联网的建设刻不容缓。卫星的轨道分为低中高三种,低轨道为200km-2000km之间,中轨道为2000km-20000km之间,超过20000km的为高轨道。中高轨道所能提供的通信能力有限,主要作为地面通信的补充和延伸,低轨道卫星则能提供全球性的移动互联网服务,目前申请的低轨卫星星座大多位于700km-1500km。根据ITU,卫星的可用频段可划分为L、S、C、X、Ku、Ka等频段,目前大部分的频段资源已被移动通信、雷达、卫星通信等业务占用
25、。低轨卫星沿着不同轨道飞行,相对于地球同步轨道的唯一性,低轨卫星的轨道资源紧缺性没有那么突出,而频段资源的稀缺性较为紧张。一些国家申请了大量的卫星轨道和频段资源,但大部分的申请者不具备构建完整星座的能力,而ITU为了不让这些资源成为“纸面卫星”,规定申请者需要在一定年限内发射卫星。预计未来那些具备稳定卫星制造和发射能力的公司能够锁定住更多的资源,而卫星发射能力弱而占据资源的申请者也存在出于商业目的交易频段资源的可能性。-9-图表12:卫星轨道与频段分布轨道范围用途低轨2002000km军事目标探测、互联网通讯轨道频段中轨2000km20000km主要作为陆地移动通信系统的补充和扩展高轨20000km以上卫星电话L频段1-2GHz卫星定位、卫星通信以及地面移动通信S频段2-4GHz气象雷达、船用雷达以及卫星通信C频段4-8GHz雷达业务、通信卫星、地面通信X频段8-12GHz雷达、地面通信、卫星通信以及空间通信Ku频段12-18GHz卫星通信Ka频段27-40GHz雷达、实验通信、卫星通信来源:ITU,研究所1.3.3