1.1. 多种组网平台探索空天互联网
地面通信网络存在不足，空天互联网应运而生。信息通信按传输方式主要分为无线通信和有线通信，无线通信从 1G 到 5G 演进，有线通信也经历了“铜退光进”的过程，这两种方式都是基于地面的通信连接。然而， 基于地面的通信网络仍存在一定不足，例如受地理因素影响覆盖范围受限以及成本过高，或者受自然灾害影响稳定性相对较差等。因此，在经济、需求、技术等发展到一定阶段后，空天互联网应运而生。空天互联网是指把地面移动通信网络、互联网网络结合，利用空天平台（例如高、中、低轨道的宽带卫星），向用户终端提供宽带互联网接入服务的新型网络。相比于地面通信，空天互联网覆盖面积广、设施受物理攻击和自然灾害的影响小，可提供更高性能及更可靠的通信服务，有效解决偏远地区、海洋、航空等用户的互联网服务问题。
1.2. 以低轨小卫星为基础的卫星互联网成为未来建设的焦点
1.2.1. 卫星通信体系发展日益完善，应用范围不断拓展
卫星通信是现代通信技术与航天技术相结合，并由计算机实现其控制的先进通信方式，涵盖卫星移动通信、卫星固定通信、卫星中继通信和卫星直接广播四大领域。它利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波， 在两个或多个地球站之间进行单向或双向通信，典型的通信形式为音视频广播、数据广播、音视频通话、数据传输、互联网连接等。卫星通信具有覆盖面积(区域)大，通信传输距离远，通信频带宽、容量大，通信线路稳定、通信成本与通信距离无关等诸多优点。
1.2.2. 低轨小卫星是卫星互联网必然选择
卫星产业的发展呈现出小型化趋势。由于轻型复合材料技以及微型技术集成化技术在航天领域的应用，加速了小卫星的研发和制造进程，计算机领域的迅速发展，帮助实现了星上控制与处理计算机小型化。小卫星具备一些不同于传统大卫星的特有性质：
轻小型化：小卫星重量一般在 500kg 以下，体积轻便，运载火箭可同时搭载多颗小卫星，极大提高了卫星发射效率。
成本降低：传统大卫星的研制周期一般在 5 年左右，小卫星的研制周期一般为 2 年左右，研制成本大大降低。借助一箭多星技术大幅度降低了每颗小卫星的平均发射成本。
灵活发射：小卫星可以作为大卫星的附属物一起发射，也可以批量搭载同一个火箭一齐发射。运载和发射工具包括火箭、导弹、空间飞行器等，发射地点可以为地面、大气层或太空平台。
冗余组网：小卫星网络的快速部署能力和抗毁性能增强。通过利用大量小卫星组成冗余备份，当某颗卫星失效或摧毁时，能够快速补充卫星。通过多颗微小卫星组成卫星星座或编队进行网络部署，解决小卫星功能单一的问题，呈现出空间拓展优势。
低轨卫星更适合卫星互联网部署。依据卫星运行轨道的不同，可分为高轨卫星通信系统和低轨卫星通信系统。两种系统各有优越性，高轨卫星通信系统频率协调相对容易，运行寿命长，系统建设及维护成本低，但 高轨道的在轨卫星数量较多，轨道拥挤，不适宜构建大规模卫星组网。 低轨卫星互联网星座在覆盖范围、填补数字鸿沟、网络时延、系统容量 等方面具有明显优势，用户终端设备更易实现小型化、手持化，符合未 来通信领域发展趋势。此外，中低运行高度的轨道资源更加丰富，数据 传输时延低，在搭建卫星通信系统后可更好的与地面通信互补融合发展， 协同打造天地一体网络。最近几年，低轨卫星发射规模占比明显大幅提 升，2018 年新增卫星中 LEO 占比超过六成。
过去 20 年，是全球地面移动和固定通信网络爆发式发展的黄金时期，以卫星平台为代表的空天互联网呈现星星之火之势，卫星互联网的重要意义不仅在于提供了另外一种互联网接入方式，还包括未来网络架构搭建和空天资源的合理利用，以及对商业航天产业的拉动。
2.1. 服务需求：提供多样化网络接入服务
卫星互联网在某些场景下具有一定成本优势，并可为地面网络不便提供服务的场景提供更好的互联网接入，未来接入需求潜力无限。我们认为未来卫星互联网应用场景主要分为三类：面向用户的普遍互联网接入、特殊场景的接入、以及面向 2B/2G 的物联网服务。
2.1.1. 挖掘互联网未接入人群/区域潜力
全球共享架构下的卫星互联网有望掘金数千亿市场。根据 We Are Social发布的《2019 年全球数字报告》显示，全球互联网用户普及率为 57%，仍有超过 30 亿人口无法使用互联网，尤其是在非、亚、南美洲等很多国家的互联网用户渗透率极低。造成网络失衡的主要原因在于成本与盈利的不平衡，欠发达地区人群消费水平较低，不足以支撑成本居高的地面互联网基础设施建设，而卫星互联网能以全球共享方式、较低成本提供基础的互联网接入。同时，有些区域属于山区、海岛地带，不便进行网络基础设施部署也影响网络普及率，例如我国山区地带较多区域移动电话普及率也会偏低。利用卫星互联网提供无差别的服务市场价值庞大： 一是庞大的用户基数可以带来可观的运营收入，以中国市场为参考， 2019 年中国移动用户 ARPU 高于 6 美元，若考虑未接入互联网人群的消费能力以及渗透率，10 亿用户每年可以带来 500 亿美元收入；二是掌握了互联网接入入口，这些区域及人群衍生的资源、附加值更为庞大。
2.1.2. 众多特殊场景刚性互联网接入需求旺盛
卫星互联网可以解决传统地面通信骨干网在低空、海洋、沙漠及山区偏远地区等苛刻环境下铺设难度大、网络难以覆盖等，而这些区域互联网接入需求属于刚性，用户价值量普遍较高。
偏远地区：政府推动刚需市场补盲
在一些地域广阔的国家，也存在一些人群较为分散的偏远地区，互联网接入需求较高，人群消费能力尚可，但运营商考虑到成本问题建网需求不强。以美国为例，美国联邦通信委员会（FCC）已经通过提案将通过拍卖程序向缺少宽带服务的地区提供最多 160 亿美元资金，其中包括近600 万没有宽带服务的农村家庭和企业，近地轨道卫星系统也将参与农村宽带竞标。
商务飞机：全地域 24 小时网络服务，全球市场有望达百亿美元
商务飞行中，乘客网络不中断一直是一个难题，目前有两种方式：地对空的基站覆盖直接传送(ATG)和卫星链路传送。ATG 采用地面移动系统直接覆盖航线，即地面在规定的民航线上建设专用区域，建设对空覆盖基站，实现空中移动通信传输业务，这种方式带宽较大，但只适合国内特定航线，难以实现跨国航线的直接通信。同时 ATG 方式建网成本较高，每条航线大约部署 20-100 个基站，国内航线上千条，假设需要几万个基站，运营商需要投入 50-100 亿，性价比很低。卫星链路传送是由机载通信系统对卫星建立通信链路，再由卫星连接到地面通信系统，适合 任意航线，但目前容量小且资费较贵，是未来主要发展趋势。目前，全 球每年飞机旅客运输量约 40 亿人次，若购买服务人群占比为 20%，人均 2 美元，每年商务飞机互联网接入市场达 16 亿美元，若互联网接入服务成为航空公司提升竞争力的标配产品，全球市场有望达到百亿美元。
海洋、沙漠、森林等：网络需求较为刚性
目前地球上超过 70%的地理空间仍未实现通信网络的覆盖，其中主要是海洋、沙漠等地域。在这类偏远地区用户数量少、铺设网络难度大且运营成本高，部署地面通信网络存在现实障碍。卫星互联网不受地理情况的限制，能够实现全球范围的无缝隙覆盖，为航行船只和在沙漠、森林中通行的车辆提供通信服务。以海洋领域为例，目前全球运营中的国际航行船舶约八万艘，每条船年平均通信费用超万美元，全球市场约 10 亿美元。
2.1.3. 赋能垂直领域，物联网市场大放异彩
物联网发展最主要。全球物联网产业发展方兴未艾，2020 年全球物联网终端安装数量将超过 200 亿个。要实现万物互联就要实现全地域、低成本的信息互联互通，卫星物联网能有效解决地面网络覆盖盲区，成为地面通信的有力补充，广泛应用于电力、石油、农业，林业、运输业等领域，大大延伸了物联网的边界，促进物联网产业迅速发展。
智能驾驶：配合蜂窝网络，为智能交通网络赋能
卫星网络的时延精度落地在厘米级，可以为车辆的智能联网、云端协同等提供稳定通信保障，解决现有地面网络设施建造不完善的问题。用户在驾驶车辆时可以通过蜂窝基站或低轨卫星直接连接到车联网云端平台，实现对路况、位置等信息的稳定获取，甚至达成全里程的无人驾驶。车联网规模持续增加，预计全球车联网市场规模将在 2022 年达到 1629亿美元，联网车辆增至 600 万台，卫星网络将依托车联网行业的快速发展获取广阔的增量市场。
监测类物联网：领域繁多，大放异彩
卫星网络监测环境数据，为应急救援提供必要保障。监测环境、水文是卫星的传统应用场景，伴随卫星网络的部署，单一卫星的区域监测被连接组建为监测类物联网，实现天空地一体化的综合监测平台。在环境监测方面，通过搭建地面点式大气监测网，对二氧化硫、二氧化氮、PM2.5 等指标进行重点监测，借助卫星互联网同步大尺寸宏观数据，完成对污染的全方位立体实时监测。预计至 2021 年，全球环境监测市场规模将达到 195.6 亿美元，卫星互联网在监测市场中的应用占比约为 20%，收入规模约为 40 亿美元。
2.2. 网络趋势：与地面网络融合互补构成未来网络架构
2.2.1. 卫星互联网与 5G&光网络相互融合补充
首先，过去 20 年全球地面蜂窝通信和光纤固网发展已经较为成熟，相对合适覆盖的区域已经基本覆盖，目前主要方向是代际的不断演进更替， 而在尚未覆盖通信网络的地区，多少存在性价比低或者施工困难的情况， 而卫星互联网可弥补地面网络的在这些区域覆盖的不足；其次，卫星互 联网提供的网络性能和 5G&光网络有较大差异，例如卫星互联网系统时延相对 5G 系统较高，单平台速率容量也有较大差异，再例如卫星互联网相对于光网络只提供主干网络而不作为路由器跟用户直接连接，构建 成本相对较低，但不如光纤网络稳定性高，以及单位面积内的总流量高， 这意味着不同通信系统与不同通信系统有最合适的匹配；第三，卫星互 联网主要计划提供全球骨干网，在物联网、车联网和专网等大体量网络 用户覆盖也具有很大优势，可以和地面通信系统相互配合，实现更好、更精确服务。综合来看，目前情况下信息互通仍以地面蜂窝通信为主， 卫星互联网为辅的方式，两者在一些场景下各有优势相互补充，在一些 场景下又相互配合，不存在相互替代的情况。
2.2.2. 卫星互联网是 6G 网络的重要架构
目前，5G 标准演进仍在推进，3GPP 等国际标准化组织已经着手制定卫星通信与 5G 融合的相关标准条例，设立 TR38.811、TR22.822 两个项目进行探索研究，推动天地一体化进展。同时，6G 已经开启前瞻性研究， ITU、CNDP 等国际标准化组织明确提出了卫星接入是移动通讯的介入手段之一，未来 6G 标准工作中预计一半是空天地一体化内容。不同于5G 仍是地面移动通信，连接对象集中在陆地 10km 高度的有限空间范围内，6G 将着力解决海陆空天覆盖等地域受限的问题，拓展网络在人类生活环境空间方面的广度和深度，进一步向空天地海一体化延伸。天地一体化信息网络是 6G 时代的核心愿景，由卫星互联网与地面互联网和移动通信网互联互通，建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信” 的天地一体化信息网络体系。建成后，将实现全球无缝覆盖，形成人、事、物全面关联的互联网。
2.3. 产业价值：促进商业航天产业成熟
2.3.1. 商业航天是科技竞合新赛道
商业航天属于航天领域的一个分支，是各主要国家近 20 年以来非常重视的一个重要赛道。区别于以往航天的计划性，以及成本不敏感等特点， 商业航天是指按照市场规则配置技术、资金、人才等资源要素，以盈利为目的的航天活动，更容易形成产业集群，匹配大众及行业需求，促进规模化发展。据 Morgan Stanley 报告显示，2018 年全球航天市场 3600 亿美元，其中商业航天产值 2774 美元，商业航天在整个航天产业中已经举足轻重。目前，美国商业航天起步最早，最成熟，中国及欧洲相继跟进。我们国家之所以重视发展商业航天，一是航天产业发展到一定程度， 单纯依靠国家投入已经无法承担走向近地以及深空的人类活动，商业航天是必选道路；二是军民融合和军工院所改制已经为商业航天快速发展培育了较好的土壤，也为产业推进奠定了较好基础。
2.3.2. 卫星互联网是商业航天产业进步的关键
人类空天领域更进一步发展需要商业航天，例如月球、火星等深空探索。而高昂的成本是商业航天发展的掣肘，需要一个较好的商业模式去支撑。卫星互联网可以提供多样化网络接入服务，也是下一代通信网络架构的 重要组成部分，所以承担了推进商业航天跃变式发展的责任。经过 30 多年的发展，卫星互联网的发展已经进入第三阶段，在各个国家和国际组 织的积极推进和竞争下，卫星通信的新技术加速发展，研究成果不断涌 现，在卫星制造、火箭发射、频谱效率、成本控制等方面都取得突破性 进展。
在卫星互联网大量部署过程中，商业航天产业链诞生了 SpaceX、OrbitalSciences、OneWeb、DigitalGlobe、PlanetLab 等众多火箭发射、卫星制造、卫星应用领域方面的头部公司。美国商业航天巨头 SpaceX 经过 starlink 计划的部署，已经拥有自身完整的商业闭环，集卫星研发制造、火箭发射、地面站建造和卫星运维于一体。2020 年 5 月 30 日，SpaceX 载人龙飞船将两位宇航员送入太空，是史上首次由民营企业研发的火箭和飞船将宇航员送入地球轨道。SpaceX 和 NASA 签署了价值 31 亿美元的“商业机组计划”（CCP） 合同，并拿到未来五年全球几十个发射合同。
2.4. 战略价值：卫星互联网战略卡位极为重要
2.4.1. 频率轨道资源较为稀缺，遵循“先登先占”的规则
卫星频率、轨道资源是有限、重要的资源。从传输损耗、外部噪声等方面考虑，卫星工作的最佳频段日趋有限。以常用的 C 和 Ku 频段为例，高轨系统中全世界 90%的C 和 Ku 频段控制在少数几个运营商手中，其他所有的机构都得向这些运营商付费租用卫星轨位。同时，主流的 Ka 频段也被大量投入使用，频率协调难度日益增大。此外，卫星在运行过程中，处于相同或邻近位置的卫星若使用相同频率，则会造成干扰。所以，地球外围适合部署高质量、高容量的低轨卫星系统大概在 10 个左右。而据 SpaceX 说法，在 300km-1000km 的轨道高度范围内，在保证星链安全的前提下，大概能容纳 5 万颗卫星，极为有限。
低轨卫星申报数量逐渐增多，甚至变为“先占永得”，国际谈判难度逐步加大。美国、俄罗斯等大国早已获取大量频率轨道资源，占用了 80%的“黄金导航频段”，日本、韩国、印尼等国家也在加紧申报。从网络资料申报情况看，低轨星座卫星网络资料报送主要集中在欧美等卫星通信较发达国家和地区，中国也已经启动相应工作。世界各国对频率、轨道资源的争夺处于白热化状态，已从技术层面拓展到外交、经济、政治等各个方面。同时，由于低轨卫星网络由数万颗小卫星组成，卫星寿命不会一次性到，且留有补星机会，也就意味着“先发永占”的存在。
2.4.2. 卫星互联网构建“一带一路”空间信息走廊
“一带一路”倡议一直是是在中国构建全方位开放新格局,深度融入世界经济体系背景下提出的重大倡议。2020 年政府工作报告中重申了高质量共建“一带一路”的主张。其中，基于卫星平台，实现信息互通是“一带一路”倡议的重要着力点。在气象卫星领域，中国风云气象卫星已经可以为 70 多个“一带一路”沿线国家和地区提供主要城市天气预报、红外云图、水汽云图等产品。卫星导航领域，已经实现“一带一路”区域全覆盖，可实现更高的自主权。而在互联网接入方面，“一带一路”沿线 60多个国家区域跨度大、地理形势复杂，且各国经济科技发展水平参差不等，难以进行大规模通信系统建设。卫星互联网系统可以提升信息基础建设水平，缩小沿线国家和地区的信息鸿沟。同时，卫星互联网可以为“一带一路”国家间跨国物流、船舶通信、远程教育和医疗、应急通信等领域提供服务。
3.1. 资本涌入，全球卫星互联网计划众多
3.1.1. 美国处在第一梯队，中欧俄日紧随其后
全球低轨卫星、高通量卫星、物联网卫星等新应用新业态竞相发展。从国家维度来看，美国有完备的卫星相关法规体系，卫星技术和产业发展遥遥领先，在轨卫星占全球半壁江山，是世界上唯一运行商业低轨卫星通信星座的国家，诞生了 SpaceX 等巨头企业，在高通卫星方面，拥有目前在轨运行的单星数据容量最大的卫星系统；欧洲具备完善的通信卫星体系，正在大力整合资源，推动欧洲航天一体化；俄罗斯发射了大量军用通信卫星，保持传统卫星优势，正在大力拓展商业航天新市场；日本政府宣布商业航天发展的“一揽子计划”，引导企业纷纷涉足商业航天领域，力争进入全球第一梯队。
3.1.2. Spacex 和 OneWeb 领先，进入密集组网期
资本大量涌入卫星互联网领域。布局卫星互联网企业不仅有专业空间运营公司，还包括软银、谷歌、Facebook 这类互联网巨头、空客和波音等航空公司，以及高通、可口可乐等其他领域巨头也参与其中。目前，从技术、运营水平、组网规模和进展上看，美国 SpaceX 公司的 starlink 计一枝独秀，OneWeb 紧随其后，同时，德国、印度、韩国等企业也已经提出组网计划。
SpaceX 意图打造卫星星座为全球提供通信服务。2015 年，特斯拉创始人马斯克和SpaceX 向FCC 提出通过发射卫星向全球提供高速互联网连接的计划，组建卫星宽带网络“Starlink”，用于向全球提供卫星互联网服务，该项目投资约 100 亿美元。SpaceX 除了马斯克自身投资外，还吸纳了 google、FoundersFund 等外部投资。
OneWeb 采取稳健战略，充分发挥资本关键作用，打通产业上下游。
OneWeb 与休斯网络公司合作，利用其完善的销售渠道和丰富的销售经验，主攻传统行业用户，同时还创造性地与可口可乐公司合作，利用可口可乐遍布全球的销售网点，更加贴近大众消费市场。在卫星制造、卫星发射、标准与芯片研发，以及终端研制、地面系统、信关站建设、产品分销等方面，OneWeb 都和传统领域具备深厚经验的公司建立了成熟的商业合作模式，进而形成了完备、协同的低轨卫星互联网产业生态， 例如 OneWeb 与阿里安航天公司签署了用联盟火箭共 21 次发射卫星的合同，发射成本下降到传统发射的 1/5，也与空客集团合作建设卫星工厂，批量化生产卫星，进而达到大幅度降低生产成本的目的。OneWeb 主要吸纳了软银、高通、维珍银河、可口可乐、空中客车等巨头的投资。
3.2. 国内卫星互联网发展进入导入期
3.2.1. 卫星互联网列入新基建范畴
最近几年，我国出台一系列针对性政策和指导意见，积极发展卫星应用 产业，推进商业卫星发展。如国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴 产业发展规划》，对我国卫星及应用产业作出更全面细致的战略部署。 《规划》明确指出，要做大做强卫星及应用产业，提出到 2020 年，形成 较为完善的卫星及应用产业链。2020 年 4 月 20 日，国家发改委指出新 型基础设施是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为 基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服 务的基础设施体系，包括信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施 三方面。信息基础设施是基础中的基础，包括 5G、物联网、工业互联网、 卫星互联网等。其中，卫星互联网是唯一一个、首次纳入通信网络基础 设施范畴。
3.2.2. 国内重点星座计划已具雏形，处于验证卫星性能阶段
目前，国内已有的卫星星座项目发布时间多集中在 2017 年底到 2018 年 之间。从建设进展来看，目前已发射的多为试验星，并未实现组网，典 型代表有“鸿雁”和“虹云”等系统。
“鸿雁”星座：2018 年初，中国航天科技集团提出了“鸿雁”星座 建设计划，意在“航天强国”和“网络强国”战略、“一带一路”倡 议等需求出发，建立具有国际领先水平的低轨卫星通信系统。鸿雁 星座项目一期 60 颗卫星计划在 2022 年组网运营，预计投资上百亿 元；二期预计 2025 年完成建设，系统由 300 百颗宽带通信卫星组 成，可实现全球任意地点的互联网接入。2018 年 12 月 29 日，“鸿 雁”星座首发星成功发射，目前进度慢于原来计划。
“虹云”工程：2018 年 12 月，中国航天科工集团自主研制的“虹 云工程”首星成功发射进入预定轨道。虹云工程计划发射 156 颗卫 星，按照规划分为三个阶段，第一阶段发射首星已经完成，第二阶 段要在“十三五”末发射 4 颗业务试验星，尚未完成，第三阶段是 到“十四五”中期完成天地融合系统建设，具备面向个人用户和特 殊用户开展车载、船载、机载等多模式应用的条件。
“行云”工程：计划发射 80 颗小卫星，第一步计划发射“行云二号” 01 星与 02 星组成系统，已经与 2020 年 5 月完成；第二步将实现小 规模组网；第三步完成全系统构建，打造覆盖全球的天基物联网， 并全力开拓包括“一带一路”的国内外市场。
3.2.3. 民营资本进入，难点亟待突破
我国航天产业的发展模式长期以国有为主，以国家军事任务、探测任务 为主。近年来，国家放开在商业航天领域的限制，2014 年鼓励民间资本 研制、发射和运营商业遥感卫星、提供市场化、专业化服务；2015 年支 持民间资本开展增值产品开发、运营服务和专业化推广；从 2016 年起， 商业航天进入快速发展阶段；截至 2018 年，国内已注册的商业航天公司 接近 200 家，涌现出千乘探索、蓝旗航天等初创公司，当年完成 36 笔融 资，融资额达到 35.71 亿人民币，“军民融合”在航天领域不断深化。
卫星互联网及商业航天的快速发展，仍需要在下面几方面实现突破：
1） 统筹协调，形成产业集群。
目前，国内星座工程较多，各自较为独立，产业链分散而封闭，导致了 资金的重复投入，零部件生产成本居高不下，因此需要统筹协调，形成 统一产业集群。
2） 提高试错容忍度，提升发射能力，降低发射成本。
目前国内已建成 4 个发射场，发射潜力较大，根据 Space Launch Report 公布的数据，截至 2019 年 12 月 11 日，2019 年中国已进行 31 次火箭入 轨发射，居于全球首位。但相对于美国的上百个发射工位，国内每个发 射场的工位数极少，在批量卫星发射要求下，难以满足需求，建设商业 发射场或许是方向之一。2019 年，星际荣耀成功发射中国民营企业第一 枚入轨运载火箭， 民营力量开始在火箭发射领域发力。
同时，国内单颗卫星发射成本仍然相对较高。以 SpaceX 为例，其凭借应 用成熟的火箭回收技术，猎鹰 9 号可以实现“一箭 60 星”，并可执行多 次运载任务，第一次使用全新的火箭进行发射，报价为 6209.6 万美元， 到第 8 次发射时报价为 3101.3 万美元，仅为首次报价的 49.9%。国内长 征 5 号运载火箭空间较大，可以达到“一箭 60 星”的运载能力（但因为 卫星设计差异，预计目前还难以做到），但一次发射的报价在 1 亿美元左 右，且不可回收，在发射的性价亟待提升。
3）尽快引导标准化，提升卫星批量制造能力。
根据 SpaceX 发射计划和进度，预计其每周可生产 40 多颗（年产 2000 多 颗）适合 starlink 工程的标准化通信宽带卫星。而国内之前卫星定制化较 多，缺乏标准化限制了卫星生产制造能力。据中国航天报报道，为了满 足鸿雁星座计划需求，航天科技集团正在天津航天城建设批量卫星生产 线，将实现年出厂 130 颗（每周 2.5 颗）卫星的总装能力。
3.3. Starlink 组网计划映射国内组网节奏
3.3.1. Starlink 实现全球组网需要 1.2 万颗卫星
近地轨道卫星在“三步走”计划中占据重要地位。为了减少卫星通信时 间延迟，降低对单一卫星的功率的要求，SpaceX 公司的星链计划用轨道 高度在 1000 多公里近地轨道卫星完成布网，时延在 5 毫秒以内，是同 步轨道的 1/36。同时，近地轨道卫星仅能覆盖是省/州级别的范围，且卫 星飞行速度较快，在同一位置逗留几分钟（大约 1.6 小时转地球一圈）， 因此星链计划如果要实现全球覆盖，并且能提供全天候服务的话，需要 部署大量卫星。对此，SpaceX 提出了“三步走”计划，将 11943 颗卫星 分批发射（另有额外 3 万颗已提交申请），达到全球覆盖目的：
第一步：用 1600 颗卫星完成初步覆盖。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。这 1600 颗卫 星分布在 32 条轨道上，每条轨道 50 颗卫星。轨道高度 550 公里，轨 道倾角 53°。
第二步：用 2825 颗卫星完成全球组网。这 2825 颗卫星分为 4 组。第 1 组由 1600 颗卫星组成，布于 32 条轨道上，每条轨道 50 颗，轨道高 度为 1110 公里，轨道倾角为 53.8°；第 2 组由 400 颗卫星组成，分 布在 8 条轨道上，每条轨道 50 颗，轨道高度 1130 公里，轨道倾角为 74°；第 3 组由 375 颗卫星组成，分布在 5 条轨道上，每条轨道 75 颗，轨道高度 1275 公里，轨道倾角为 81°；第 4 组由 450 颗卫星组 成，分布在 6 条轨道上，每条轨道 75 颗，轨道高度 1325 公里，轨道 倾角为 70°。前两步的卫星总数量为 4425 颗，这些卫星工作在较为 传统的 Ka 波段和 Ku 波段。
第三步：用 7518 颗卫星组成低轨星座。这些卫星的运行轨道在 340 公里高度附近，且将在 V 波段工作（频率为 40GHz 到 75GHz 之间，属 于毫米波波段）。
3.3.2. SpaceX 年均发射卫星 1000 多颗，布网有望按时完成
星链一期已完成计划的三分之一，初步实现北美地区覆盖。星链计划将 卫星部署分为 8 期，在星链八期完成总体 11927 颗卫星的发射。自 2018 年 2 月 22 日 SpaceX 成功将两颗小型实验通信卫星送入轨道后，2019 年下半年卫星布网加速。截止 2020 年 6 月中旬，已成功发射 9 批次、共 计 540 颗卫星，占星链一期计划的 34%，占星链八期计划的 5%，其中 有个别颗卫星出现问题偏离预定轨道，其余均正常工作。SpaceX 目前已 推出卫星互联网实测，在北美和加拿大地区进行私人网络测试。根据 SpaceX 向美国联邦通信委员会（FCC）提交的文件，在 2020 年，星链 计划进行 20-24 次发射，时间间隔在两周左右，并将在未来的 5 年内保 持相近的发射速度，在 2024 年 11 月完成整体卫星部署的 50%,在 2025 年进一步提高发射速度，最终在 2027 年 11 月完成全部卫星发射，实现 全球无死角覆盖，提供高速卫星互联网接入服务。
3.3.3. 国内规模部署启动在即，10 年预计累计 5000 颗组网系统
我们预估未来 10 年中国低轨卫星系统中卫星规模达到 3000-6000 颗的 水平。
1）以轨道及面积估算：国内至少需要 1000 颗组网卫星实现基础覆盖
根据 SpaceX 的测算，Starlink 项目中前 800 颗卫星将满足美国、加拿大 两个国家的基础覆盖需求，主要轨道位置在 550 公里，中国目前低轨卫 星主要占用轨位为 600 公里，1000 公里和 1100 公里，轨道位置越低需 要更多卫星覆盖，假设以 600 公里作为主要轨位，粗略按照国土面积计 算，中国及一带一路区域面积相比美国&加拿大略大，预计需要 1000 颗 低轨卫星实现基础覆盖。
2）以需求及供给估算：全球至少需要 8000 颗卫星实现基础速率服务
根据中国科学院软件研究所天基综合信息系统重点实验室仿真，以 2020 年全球人口分布为基准、人均 1Mbps 传输速率、同时激活率为 1%的场 景为例，则全球总传输速率带宽需求 79.697Tbps。在基于全球人口分布 的业务需求及当前规划关口站基础上，Starlink 在轨 420 卫星可提供网 络容量为 502.36Gbps，第一阶段 1584 颗星可提供 2.17Tbps，主要网 络容量的瓶颈在馈电链路，通过提升馈电链路传输速率或是在全球多个 地方部署关口站等方法，可将 1584颗星的网络容量提升至 15.38Tbps， 预估完整 41927 颗 Starlink 卫星可提供 407.09Tbps。由此可以计算， 满足人均 1Mbps 速率的需求下，全球至少需要 8000 多颗地轨卫星。一 带一路国家人口面积占全球 63%，假设重点在于此区域服务，至少需要 5000 颗卫星组网。
中国若参考 Starlink 项目的“三步走”计划，假设以“空中丝路”为建设 中心，总计 3000 颗卫星，分两步实施：
第一步：2021-2024，用 1000 颗卫星完成对中国及周边地区的覆盖， 服务范围到西亚 18 国、南亚 8 国和东盟 10 国对高速卫星通信服务 的需求。
第二步：2025-2030 年，假设用 4000 颗卫星完成对剩余国家的覆盖， 将中亚 5 国、中东欧 16 国和独联体 7 国纳入卫星服务范围，实现 “一带一路”参与国家间的互联互通。
第三步：2030 年后，用数千至数万颗卫星补充，实现高级别、高质 量网络覆盖。
考虑到目前国内火箭发射能力、卫星批量制造能力，以及统筹协调问题， 预计2021年国内低轨小卫星开始规模发射，2025年达到单年新增高峰。
4.1. 制造发射环节优先，运营服务潜力巨大
4.1.1. 卫星产业链呈“金字塔”分布
卫星互联网产业跟传统卫星产业结构相同。卫星互联网产业主要分为卫 星制造、发射服务、地面设备及终端制造、运营与服务四大环节。其中， 卫星制造包括整星设计制造、部组件和分系统制造；发射服务包括发射 场服务和运载火箭服务；地面设备制造包括网络设备和用户终端设备； 通信卫星运营服务分为空间段运营服务和地面段运营服务
传统卫星产业价值呈“金字塔“分布，仍处于发展初期发展阶段。根据 SIA 数据，2019 年卫星制造、发射、地面设备制造和运营服务占产业总 收入的比例分别为 7%、2%、45%和 46%。从公司获取收益来看，根据 Euroconsult 2018 年报告，卫星制造与发射企业的 EBITDA 均低于 10%， 地面设备制造业、卫星运营、卫星服务业企业的 EBITDA 分别为 5%~10%、 50%~80%、5%~30%。可见越是位于下游、直接面向最终用户的运营服 务业话语权越高，其建设决定着市场走向及节奏，非常类似于 2010 年以 前移动通信市场。
4.1.2. 产业链市场由上而下逐步打开
我国已经基本形成完整的卫星产业链，基于低轨小卫星的商业型卫星互 联网产业即将按下加速键。对于市场规模测算，一是基于现有卫星产业 的价值链结构，二是依据组网节奏、技术成本趋势和用户渗透情况。重 要假设如下：
1）假设 2021-2030 年，中国总计发射 5000 颗小卫星组成基础覆盖网络， 其中 2021 年起步，单颗卫星成本预计 3000 万元，随着标准化产业链逐 步形成，单颗卫星制造成本逐年下降 10%。
2）假设以长征 5 号发射成本为基础，预计 2021 年一个小卫星（300 公 斤以内）发射成本在 1100 万元，后续逐年下降 10%。
3）地面设备及终端与覆盖范围及业务量有一定关系，假设初期地面设备 /运营服务市场规模系数大于 1，后续逐年缩减，保持在 0.8-1.2 之间。
4）运营服务方面，主要分传统个人用户以及行业用户，假设到 2030 年 个人用户和行业用户规模分别为 6000 万和 4000 万，各自用户 ARPU 参 考国内蜂窝网络用户发展情况。
前期关注卫星制造细分领域企业，后续运营及服务价值量巨大。从市场 规模来看，根据我们测算，卫星制造和卫星发射领域在 2021 年开始迅速 起量，小卫星制造产业到 2025 年可超过 100 亿规模；地面设备及终端 领域从 2023 年开始市场突破 10 亿，到 2030 年市场规模可超过 300 亿； 运营及服务领域预计在 2023 年开始迅速增长，到 2030 年可达 400 多亿 规模；预计到 2030 年，中国卫星互联网总体市场规模可达到千亿规模。 从产业格局来看，火箭发射门槛较高，技术积累周期较长，商业火箭企 业会非常集中；卫星制造企业较多，整机环节会比较集中，能在某一些 细分领域具有成本优势和技术门槛的公司将有较大投资机会；地面设备 制造和运营服务准入门槛相对较低，需求市场多元化，容量较大，竞争 将较为激烈。
4.2. 卫星制造：细分领域优势企业享受红利
卫星互联网发展初期，主要集中在空间段及地面段基础设施建设，其中 空间段卫星制造的一些细分领域的技术、生产工艺、格局等方面较好， 会充分享受基建红利。例如卫星载荷部分中的多波束相控阵天线成为趋 势，处于爆发阶段；卫星平台部分的高精度星敏感器产品也备受关注。
4.2.1. 相控阵产品占据卫星制造价值链高位
相控阵技术应用广泛，成为卫星天线主流。星载天线是卫星有效载荷制 造的关键环节，是射频信号的输入和输出通道，其性能优劣影响着整个 通信系统。传统卫星天线是抛物面结构，射频波束必须精确地对准卫星 以保持连接，地球站天线必须能够快速移动以保持对卫星的指向精度， 这种结构较为笨重，且带来机械性磨损。因此，ESA（电子扫描天线） 已经成为方向，据 NSR 第 4 版《平板卫星天线报告》，卫星天线市场将 在 2020 年后强劲转型，2028 年 ESA 将占到平板天线出货量的 97%。其 中，相控阵天线成为 ESA 的主流。相控阵天线即相位控制的电子扫描阵 列，一般由天线阵、馈电网络和波束控制器三部分组成，通过电子控制 阵列天线中辐射单元的馈电相位，从而灵活、有效将波束控制在线性阵 列的目标方向上。相对于传统机械天线，相控阵天线在更新速率、反映 速度、目标追踪、抗干扰能力等众多方面具有很大优势，已经广泛应用 在地面、舰载、机载探测雷达，电子战系统和卫星通信系统等领域。
成本是有源相控阵技术普及的关键。相控阵天线可分为有源和无源两大 类，其中有源相控阵采用分布式发射机，每个天线单元接一个 TR 组件， 其在功率、效率、波束控制等方面都具有优势，是 ESA 重要的发展方向。 但目前，由于技术实现复杂、成本高居不下，有源相控阵主要集中于军 用和高价值卫星市场。随着高通量卫星、低轨卫星星座、5G Massive MIMO 发展，有源相控阵天线成本将会有快速下降。同时，采用单片微 波集成电路（MMIC）单元的有源相控阵性能优更为突出，美日欧洲等 国家都将 MMIC 有源相控阵作为国防核心技术。
相控阵占据通信系统价值一半，T/R 芯片决定了相控阵系统整体的性能 和成本。T/R 组件是有源相控阵关键组件，一般集成了射频切换开关、 功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器等功能部件，主要用于实 现发射信号的放大或产生、接收信号的放大与变频、天线波束扫描所需 的相移及波束控制等。以雷达为例，根据 Lincoln Laboratory 数据，相控 阵一般占整个雷达系统成本的一半，而 TR 收发模块占相控阵成本的 45%。而 T/R 射频芯片又是 T/R 组件的核心，成本占据相控阵产品整体 成本的一半。以小卫星为例，预计相控阵射频芯片占整个卫星（平台+载 荷）成本的 10%。由此测算，用于国内卫星互联网市场的相控阵 TR 组 件市场规模大概可达 50 亿。
在《瓦森纳协定》中，相控阵芯片被列入以美国为首的 40 个国家对华禁 运名单。目前，海外方面，有 Raytheon、Lockheed Martin 等军工企业， 以及 Anokiwave、IDT、ADI 等民用企业在相控阵产品研发生产中具有优 势；国内主要是中电科下属部分院所占据市场主要力量，部分高校以及 铖昌科技和亚光科技等公司也具有较强潜力。
4.2.2. 星敏感器是卫星核心部件，国内厂商具备优势
星敏感器是卫星的“眼睛”，提供高精度姿势测算。星敏感器是一种高精度的光学姿态控制敏感器，以恒星为参照系，以星空为工作对象，通过 探测天球上不同位置的恒星并进行解算，起到导航和掌控卫星姿态的作 用，为卫星、洲际战略导弹、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空 间方位和基准，并且与惯性陀螺一样都具有自主导航能力，具有重要的 应用价值。随着新材料、新器件的出现和工艺技术的进步，星敏感器的 精度提高，功耗减小，成本降低，应用领域日益广泛。至今已有三代产 品在航天器上得到应用：第一代是星追踪器，采用光电倍増管等光电元 件作为敏感元件；第二代为星图仪式星敏感器，采用电荷耦合器 CDD 作 为敏感元件，以中低性能的 CPU 为处理器，采用局部天区恒星识别算 法；第三代星敏感器采用了高分辨率成像元件和高性能处理器，提高了 姿态确定精度和数据处理速度，增加了自主全天恒星识别功能，体积和 功耗大幅降低。
国内星敏感器全球领先，市场格局较为清晰。国内进行星敏感器技术研 究及生产时间较长，在各类场景下的星敏感器水平与国际水平较为接近。 以天银星际的产品为例，测量精度、体积等方面均属于较为领先水平。 低轨小卫星平台部分，每个卫星上预计配置 2-3 颗星敏感器，单颗星敏 感器价格在 30-300 万之间，因此星敏感器市场在低轨卫星成本占比在 3%-10%。目前，国内设计、研发星敏感器的主要是中科院成都光电所、 中科院长春光机所、天银星际等，市场格局较为集中。
4.2.1. 时频产品是卫星的心脏，国产替代进行时
高精度的时间频率对卫星通信、导航系统的有效运行至关重要。现代时 间由高稳频率源产生和保持，频率的精度决定了时间的精度。时间频率 体系用于实现时间统一，时间频率产品为行业提供标准时间和授时，分 为频率系列产品和时间同步系列产品两类：其中频率系列产品通过产生 和处理频率信号，生成电子设备和系统所需的各种频率信号；时间同步 系列产品通过接收、产生、保持和传递标准时间频率信号，为各应用系 统提供统一的时间和频率信号。航空航天、军事通信、卫星导航高度依 赖于高精度时间同步，用于通信、电力、高速交通、物联网等领域的时 频精度已达到微秒级，个别领域的需求已达到纳秒级。
原子钟是卫星的“心脏”，卫星互联网建设提供增量市场。卫星导航系统 精确导航定位的关键在于高精度、高稳定性的星载原子钟。星载原子钟 作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准，为导航系统提供精确稳 定的频率源，是卫星导航系统有效载荷的核心部分，其性能直接决定用 户的导航定位精度。卫星导航系统的空间部分和地面部分均需装备高性 能原子钟作为控制核心。未来 10 年，卫星数量的增加将促进星载原子钟 的需求同步提升。目前，世界上只有少数国家能批量生产原子钟，铷原 子钟、氢原子钟在国内已实现了批量化生产，而铯原子钟、CPT 原子钟 在我国主要依靠进口，尤其是中高端晶体器件对国外的产品依赖较大。 天奥电子、航天 203 所、晨晶电子、海创电子等国内制造商的产品在军 品市场已部分实现国产化替代，正逐步向民用市场渗透。
4.3. 地面站建设有序进行，终端普及率加速提升
地面段受益环节分为地面站和终端设备两部分。其中，地面站包括主站 和远端站，主站具有网管和路由的功能，实现与地面网络的协议转换和 互联互通，远端站可与本地局域网相连，也可是单独的发送接收设备。 地面站的基本作用是向卫星发射信号，同时接收由终端用户或其它地面 站转发来的信号，以供终端用户联入“星链”。地面站还可以分为固定地 面站和移动站（静中通、动中通等）。固定地面站是主要构成，包括天线 系统、发射系统、接收系统、控制分系统和卫星运控中心等；移动站相 对简单。用户终端包含上游关键零部件及下游终端设备。
国内地面段设备已经形成成熟产业集群，建设有序进行。根据 NSR 第 4 版《商业卫星地面段》报告预测，到 2028 年，全球商业卫星地面段设 备收入将增长到每年 144 亿美元，未来十年的累计收入为 1450 亿美元， 年复合增长约 3%。从收入结构来看，卫星电视用的机顶盒和天线占据最 大的收入份额，合计超过 70%。目前，国内已经形成地面段设备产业群， 主要集中在京津冀、珠三角、长三角、华中、西部川陕渝等五大产业聚 集区，包括中电科集团等国企及大量民营企业。随着低轨卫星系统大规 模部署，更密集、小型化的地面站建设迫在眉睫，存量的升级更替以及 新增需求促进地面段设备市场进一步高景气度。
国产替代和渗透率提升，国内卫星终端市场将迎来快速增长期。首先， 我国目前通信卫星仍在发展初期，用户规模仍较少，截至 2018 年，国内 卫星通信市场约 30 多万用户，其中语音市场约 8 万户，其余为数据用 户。随着卫星互联网部署，更多业务支撑将带来卫星用户规模爆发式增 长，移动终端面临升级换代及新增的需求。其次，我国卫星产业在终端 方面，特别是在终端的芯片、器件及整机和系统方面整体实力偏弱，但 也已经出现如中电科 54 所、中国卫星、海格通信、华力创通等在某些领 域具有优势的企业群，未来 10 年将充分享受国产化替代红利。若 2022 年开始，每年用户新增 200-500 万户，移动终端市场将达到百亿规模。
4.4. 运营服务市场潜力最大，格局较为确定
运营服务是卫星产业价值链中占比最高的环节，通信卫星运营是重要组 成。随着技术水平的进步、市场需求的增长和商业化程度的提升，卫星 应用领域不断丰富，在通信、气象、遥感、广播、导航等领域均发挥重 要作用，也带动卫星服务和地面设备制造行业的增长速度明显超过卫星 制造业和发射服务业，在整个卫星产业链中所占的比重持续上升。根据 美国卫星产业协会(SIA)统计数据显示，2018 年全球卫星产业总收入为 2,774 亿美元，同比增长 3.3%，其中卫星服务实现收入 1,265 亿美元， 占卫星产业收入的 45.6%。其中，通信卫星运营是卫星服务业的重要组 成，主要包括卫星广播（BSS）、卫星固定（FSS）、卫星移动（MSS）服 务等。通信卫星运营服务一般分为空间段运营服务和地面段运营服务两 部分，空间段运营服务主要是通信卫星转发器租赁业务，地面段主要负 责地面设备接入业务。
卫星互联网扩展应用服务边界，个人、行业物联网应用均具有潜力，市 场规模可达数百亿。基于宽带、高速率、全覆盖等特性，卫星互联网未 来挖掘偏远地区、特殊场景等未接入互联网人群，用户规模可达到亿级 别，形成百亿级别市场；同时，全球物联网产业发展方兴未艾，卫星物 联网可广泛应用于电力、石油、农业，林业、运输业等领域，大大延伸 了物联网的边界，用户和市场规模也可分别达到亿户和百亿元。
行业壁垒较高，格局较为确定。卫星运营及服务属于资本密集型行业， 各项门槛较高，形成规模经济的资本投入巨大且边际使用成本低。首先， 以国内为例，在国内经营通信卫星运营业务属需取得《基础电信业务经 营许可证》，以及具备注册资本、技术、场地等条件；其次，运营商需投 入大量资金构建卫星通信网络和地面配套设施，属于重资产行业；第三， 卫星运营类似电信运营商，运营要求高度专业化，人才储备和技术积累 要求极高。从国际市场来看，全球共有 40 余家主要固定通信卫星运营 商，其中按业务收入规模进行排名的前三位分别是 SES、Intelsat、Eutelsat， 三者业务收入合计达到行业收入总规模的 54.20%，集中现象明显。在国 内大陆，仅有中国卫通、中国电信和中信数字媒体网络有限公司取得相 关资质，其中，中国卫通的市场占有率达到 80%。
和而泰：毫米波相控阵芯片龙头企业
海格通信：全产业链布局构筑竞争优势
中国卫星：国内小卫星研制主导力量
亚光科技：微波射频芯片优质企业
康拓红外：背靠航天五院，提供卫星“大脑”
天银机电：国内恒星敏感器第一企业
天奥电子：时频行业唯一上市龙头，募投项目大幅提升产能
华力创通：布局芯片研发，支撑终端研产
海能达：深耕专网通信领域，5G 通信赋能智慧专网
中国卫通：卫星通信运营产业龙头
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