我国低轨卫星通信产业发展现状及趋势分析

文 | 赵鹏

北大纵横管理咨询集团

卫星通信是以空间卫星作为中继载体的一种通信方式，是在地面微波中继通信和空间电子技术的基础上发展起来的。近年来，随着卫星通信技术的发展、商业航天成本的不断降低，以及互联网随时随地接入需求的增加，具有全球覆盖优点的低轨卫星通信网络被重新注入了新活力。卫星通信产业属于高技术、高投入、高产出的战略新兴产业，由于涉及卫星制造、卫星发射、地面设备及卫星运营等多个环节，因此卫星通信产业被视为拉动未来全球经济增长的新引擎之一。中国虽然在低轨卫星通信领域起步较晚，但随着卫星互联网被纳入我国新基建发展规划，将会进一步促使行业发展提速。

一、卫星通信产业链分析

卫星通信产业链（表1）分为卫星制造、卫星发射、地面设备制造和运营服务四大领域。2019年，美国卫星产业协会（SIA）发布的关于卫星通信产业规模数据显示，卫星产业链中卫星制造、发射、地面设备和通信运营占总市场规模的比例，分别为7%、2%、45%和46%，运营环节价值量最大。

表1 通信卫星产业链

续表1

卫星通信产业呈现出“金字塔”型的价值链。卫星制造及发射产业处于产业链的上游，具备技术密集、资本密集、高集成总装的特点，市场份额相对集中，自然垄断特征明显。地面设备及通信服务业务处于产业链中下游环节，准入门槛相对较低，市场需求量较大，参与者较多，竞争激烈。随着产业链技术及组网的成熟，下游应用逐步爆发，卫星互联网中游地面设备及下游卫星运营的市场也将随之打开，迎来新机遇。

通信卫星的常用轨道主要包括：地球静止轨道（GEO）、低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、太阳同步轨道（SSO）和倾斜地球同步轨道（IGSO）等。其中，LEO轨道高度小于2000km，可以通过几十到上百颗卫星组网实现全天时全球无缝覆盖，铱星、全球星、星链（StarLink）等卫星均采用的是LEO轨道。低轨卫星的优势在于链路损耗小，时延短，尽管单星覆盖能力较弱，但可以通过星座组网实现全球范围的无缝覆盖，有效补足高轨卫星在南北极的空白。除此之外，低轨卫星最重要的优势在于时延更低、链路损耗更小，对终端的处理能力要求更低，终端会更加灵活轻小，对于时间敏感性要求高的应用具有重要意义。

高低轨卫星联合组网，单星与星座互补是未来发展的趋势。高轨卫星与低轨卫星各有优势，在能力上相互补充，GEO+LEO复合型轨道可形成更灵活的覆盖方案，根据服务需求和覆盖区域内的业务量在不同类型轨道卫星之间动态分配业务，提高网络全时全域的连通性。同时，高低轨卫星联合组网的方式有助于优化部署规模，高效建立起具备全球无缝覆盖及服务能力的卫星互联网星座。

二、国际低轨卫星通信产业发展现状

美国、欧盟、俄罗斯、日本等国家或地区均对卫星互联网系统建设给予高度重视并部署多年，自1997年以来，各国发射的低轨卫星数量不断增长。2015年，在谷歌等互联网巨头的推动下，以一网公司（OneWeb）、太空探索技术公司（SpaceX）等为代表的企业不断涌现，其主导的新型卫星互联网星座随之兴起。

轨道和频谱是通信卫星能够正常运行的先决条件，单颗低轨卫星覆盖范围小，必须增加数量以实现全球覆盖。因此，进入2020年，全球卫星互联网星座、物联网星座持续部署，有限的轨道资源、频谱资源依旧被世界航天大国争夺，OneWeb、SpaceX、亚 马 逊 等 行 业 巨 头，以 及 Google、Facebook等互联网企业均加入了低轨通信卫星竞争阵营，纷纷推出自己的低轨通信卫星建造计划，SpaceX的Starlink计划卫星数量甚至达到12000颗。

目前，国外已经公布的低轨通信卫星方案中，卫星总数量已超过24000颗，卫星轨道高度主要集中在1000～1500km之间，频段主要集中在Ka、Ku和V频段，在轨道高度范围十分有限、频段高度集中的情况下，卫星轨道和频谱的竞争将愈加激烈。由于轨道和频谱在国际电信联盟的有效占有时间有限，不如期发射卫星，原有轨道和频谱将失效。因此，预计下一阶段各家公司将抢先发射卫星，以实际占有轨道和频谱，轨道和频谱的争夺将愈演愈烈。

三、我国低轨卫星通信产业发展现状

中国航天经历了50多年自力更生、艰苦发展，取得了长足进步。虽然在低轨卫星通信领域起步较晚，但发展“后劲”较足。2016年国务院发布的“十三五”国家信息化规划明确提出构建“天地一体的网络空间”重大工程项目，以满足基础建设、区域协调、大众消费等多样化需求。中国航天科技集团和中国航天科工集团分别推出鸿雁系统和虹云工程。前者计划分两期建成:一期由60余颗骨干卫星构成，优先提供全球移动通信和重点地区的宽带互联网业务；二期拓展近300颗补网卫星，将宽带业务拓展至全球。后者以互联网接入为基础功能，能为全球用户提供通信、导航、遥感一体化综合服务。2018年12月，虹云和鸿雁首星相继成功发射，标志着我国低轨宽带通信卫星系统建设迈出实质性一步。2021年4月28日，中国卫星网络集团有限公司正式揭牌，成为中国第五家电信运营商，且专注于卫星通信。“国家队”的加入，将进一步带动低轨卫星通信产业的增长。此外，自2015年后迅速发展的中国民营航天企业，近几年也实现了民营卫星和运载火箭的相继突破，以银河航天、九天微星为首的一批初创公司也相继提出了自己的低轨卫星星座计划。综合而言，我国新型卫星互联网布局已经启动，低轨卫星通信行业正处于稳步加速发展期。

随着我国航天和通信技术不断发展，小卫星发射成本持续降低，而随时随地的互联网接入和大数据服务需求将会进一步拓展低轨卫星通信网络的应用落地。从应用场景看，卫星互联网下游应用市场主要集中在以下几个方面：一是物联网，低轨卫星星座的物联网覆盖范围广，受天气和地理条件影响小，具有较强的抗毁性。农业管理、工程建筑、海上运输和能源行业等将成为卫星物联网重要的应用方向。二是海洋作业与科学考察，低轨卫星互联网的无缝隙覆盖优势解决了传统高轨卫星的两极盲区以及海上无法建设基站等问题，能够实现船只、人员跟踪导航，为极地科学考察人员、海上作业人员等提供基于卫星的宽带连接，稳定的网络连接能够帮助作业人员或科考人员及时回传数据，保持与外界的通信，提升工作效率与安全性。三是政府与军事应用，政府和军事领域是低轨卫星互联网发展中重要的市场之一，以大规模低轨卫星为军事太空能力体系的基础，搭载遥感载荷，有利于全天候监控边界地区或作战目标，提升敌意研判和提前干预能力；搭载导弹预警载荷，通过多星协作、在轨处理识别导弹威胁，并对目标进行告警、跟踪，提升导弹类武器防御能力。同时，基于战事发生地的基站覆盖情况，低轨卫星服务在军用无人机、无人车等军队交通工具联网驾驶、导航定位中将起到重要作用。四是船载/机载WiFi，通信卫星技术的应用使得乘客可以在飞行旅程中不再受制于地面基站等设施的局限而自由连接无线网络。目前国内已有航空公司正在启动航空WiFi的服务，市场规模十分可观，这是卫星通信商业化的重要途径之一。五是生态环境监测与应急通信智慧，许多边远自然保护区、特殊地形区、灾难多发区、极端气候地区的网络通信设备存在较长的时延，环境监测结果、实地勘探数据、紧急呼叫等工作反馈的时效性无法保证，低轨卫星互联网的接入能够提高生态环境保护数据和自然灾害预警的回传速度，实时监控并高速稳定地反馈信息，提高防护工作效率。

四、我国低轨卫星通信产业发展趋势

近年来，国防科工局、工信部等密集出台相关支持性政策文件，为卫星互联网行业发展提供政策支撑，在短、中、长期时间内，积极部署卫星通信产业的发展，促进“天地通一体化”发展；同时，鼓励和引导民间资本进入卫星通信领域。

2020年4月，新基建范围首次官宣划定，卫星互联网被纳入新基建范畴（图1）。新型基础设施建设是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网为基础，基于新一代信息技术演化生成的基础设施，其中包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施。

图1 新基建内容图

2020年我国全年卫星发射39次，仅次于美国的44次，位居全球第二。但目前中国卫星发射主要围绕导航和遥感领域，通信卫星数量相对偏少。伴随高通量卫星带动宽带卫星通信业务蓬勃发展，中国低轨通信卫星行业有望进入快车道，卫星发射数量上升空间巨大。预计我国2022年共计在轨低轨卫星规模800余颗。长期考虑，参考StarLink等星座计划，随着产业链各环节技术成熟及成本下降，2027年我国低轨卫星网络总规模有望达到3950颗，预计卫星制造、发射和地面设备总投资达1690亿元，卫星运营市场空间可达7000亿元。