空天信息產業是邁入全互聯時代涌現的前沿新興信息產業形態，也是支撐產業和社會數字轉型的重要產業，更是引領全球經濟發展主線的重要基礎設施。空天信息產業是移動互聯時代之后的新階段。 

    以衛星通信、衛星遙感、衛星導航為代表的太空領域是軍用和民用發展的重點領域，空天信息已廣泛應用于國家安全、經濟建設和大眾民生的諸多領域，不僅具有軍民共用的特點，也擁有巨大的市場價值。 在軍事上空天信息網絡甚至可以起到類似戰略導彈的致命攔截作用。空天信息網絡面向政府和公眾可提供六項典型場景應用：應急救災保障、信息普惠服務、移動通信服務、航空網絡服務、海洋信息服務、天基中繼服務。

    我國鼓勵空天信息產業的發展大致有兩條主線：其一為相關政策從規劃衛星制造到規劃整體的空間基礎設施建設；其二為鼓勵商業航天大力發展，鼓勵民 營資本參與到建設。此外，航天法已經列入全國人大立法計劃，力爭在未來 3-5 年出臺。從各類相關政 策可知，國家在頂層設計方面已為空天產業蓬勃發展奠定了良好的基礎，同時結合航天任務的規劃數量和航天技術及基礎設施的不斷完善，我國空天信息產業已進入了發展的黃金十年。

近年來空天產業主要政策

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    一、導遙一體的空天信息網絡

    截至 2018 年 12 月底，中國網民規模達 8.29 億人，互聯網普及率達到 59.6%，已經基本建成了覆蓋全國的地面網絡；航天技術發展也取得了巨大成 就，以北斗衛星導航系統和高分辨率對地觀測系統為代表的國家空間信息基礎設施取得長足進步，截至 2018 年 12 月底，我國在軌衛星數量已超過 200 余顆，已經初步建成了通信中繼、導航定位、對地觀測 等系統，通導遙融合發展態勢基本形成；空天信息的全面性、靈活性、時效性和準確性大幅提升，定時、 定位和遙感觀測的綜合應用服務日益豐富。

    覆蓋面上，我國對導航、遙感等天基信息的需求覆蓋范圍已從國內拓展到全球；在速度上，對空間信息的獲取－傳 輸－處理的響應速度趨向實時化，對海量天基信息的傳輸－處理－分發的時效性提出了新的要求。要實 現天基信息全天時、全天候、全地域服務于每個人的目標，根本上解決現有天基信息系統覆蓋能力有限、響應速度慢、體系協同能力弱的問題，需構建更為強大的衛星通信、導航、遙感一體天基信息實時服務系統。

    從反導的角度來看，戰爭中反導的難度已越來越大。以超高音速導彈為例，提升防御超高音速的導彈的成功率需要在 發展準備階段就密切跟蹤，這便需要防御方擁有足夠強大的空天信息網絡。可以從美國太空發展局 （SDA）提交的預算草案可以窺見當前空天信息網絡與軍事需求之間存在的巨大差距。據調查數據顯示，根據美國太空發展局計劃 2021～2025 財年投資 110 億美元，用以部署軍用大型衛 星星座：“國防太空架構”（NDSA）。110 億美元預算主要分為兩大部分：5.82 億美元為基線預算，用于 NDSA 路線圖開發以將國防部現有太空項目融入 NDSA，同時用于導彈防御傳輸層傳感器的研究和樣機 開發；106 億美元用于“衛星層”建設，用于研究、設計、開發與測試大型軍用衛星星座。

NDSA 衛星層建設

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    二、同步軌道衛星和地面通信有固定限制，低軌通信衛星更適合現代通信

    同步軌道衛星（GEO）在地球赤道上空 35786km 的圓形軌道運行，衛星繞地球運行周期與地球自轉同 步，衛星與地球之間處于相對靜止的狀態。為保證衛星與地球同步運作，衛星只能被發射到赤道軌道面 的特定高度，致使可容納衛星數有限且信號不能覆蓋極地地區。由于軌道高度過高，同步軌道衛星的波 束覆蓋區大，使頻譜利用率低。同步軌道衛星通信延遲差達到 250ms，和地面基站相比大大增加。另外， 地球同步軌道衛星的發射困難，技術復雜；由于許多發射衛星的國家沒有赤道附近領土，不可能在赤道 上建立衛星發射場，因此衛星要經過幾次的軌道變換才能成功，難度大大增加。加上地球同步軌道衛星 體積大，重量大，發射時間長，使發射成本高。

    同時地面通信系統覆蓋范圍小的多，4G 基站覆蓋范圍為 1-3km，而 5G 基站覆蓋范圍僅為 100-300 米， 基站建設和運營成本很高。此外，建設基站易受到地形和環境影響，在環境惡劣的沙漠、海洋、極地等 地區地面通信系統建設成本高昂，無法實現全球覆蓋。

    低軌小衛星一般指高度在 500 到 1500 公里范圍內，重量在 1000kg 以下的現代衛星。對用戶而言，軌 道高度的降低使通信延時縮短，數據傳輸率提高。由于低軌衛星可以不受地形和環境限制，因此與傳統 地面基站通信相比覆蓋范圍大大提升，可以真正做到全球無縫接入。低軌衛星傳輸損耗小的特點使用戶 終端小型化成為可能。對運營商而言，衛星體積小、重量輕，發射成本和同步軌道衛星相比大大降低。 另外低軌衛星系統頻譜利用率高最大單向傳輸延時和最大延時差和地球同步軌道衛星相比都大大減少， 與地面傳輸手段的延遲較為接近。雖然目前低軌通信衛星仍存在需要衛星數量多、維護困難等問題，但 隨著以技術手段的進步和以 Space X 公司為代表的可重復使用運載火箭的開發，低軌衛星的發射和管理 成本將大大降低。

NDSA 衛星層建設

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    三、低軌通信衛星技術

    1、困擾早期以銥星星座為代表的低軌衛星系統的技術壁壘逐漸消除

    “銥星”星座系統是美國摩托羅拉公司于 1987 年提出的一種利用低軌道星座實現全球個人衛星移動通 信的系統，它與現有的通信網相結合，可以實現全球數字化個人通信。“銥星系統”區別于其他衛星移動 通信系統的特點之一是衛星具有星間通信鏈路，能夠不依賴地面轉接為地球上任意位置的終端提供連接， 因而系統的性能極為先進、復雜，這導致其投資費用較高。星座的構型為玫瑰星座，衛星均勻部署在南 北方向 677km 高的 6 條極軌近圓軌道上，軌道傾角為 86.4°。每顆衛星載有 3 個 16 波束相控陣天線， 其投射的多波束在地球表面形成 48 個蜂窩區。

    每顆衛星擁有 4 條 Ka 頻段的星間通信鏈路，兩條用于建 立同軌道面前后方向衛星的星間鏈路，星間距離 4021~4042km；兩條用于建立相鄰軌道面間衛星的通 信鏈路（僅適用于緯度 68°以下地域），星間距離 2700~4400km。異軌道面間鏈路的天線可根據加載到 衛星上的星歷信息進行指向調整，波束寬度足以適用緯度控制和衛星位置保持的容差。衛星在軌重量 320kg，工作壽命 5~8 年。

銥星星座構型示意圖

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    由于低軌衛星通信系統也存在固有的缺點，如需要衛星數量較多，由此帶來地面控制、維護系統比較復 雜，對通信而言，影響較大的問題是波束切換和星間切換。低軌衛星相對地球高速運動，使得終端在通 信過程中需要頻繁的切換到其他波束或衛星上才能繼續通話，即使當時設計方案最完整最有前景的的銥 星系統仍無法克服，1）技術方面，受當時設備性能制約，系統切換掉話率高達 15％，嚴重影響通話質量，并且數據傳輸速 率僅有 2.4kb/s，其最小切換時間間隔 10.3 秒，平均切換時間間隔 277.7 秒。由于早期低軌衛星通信系統的帶寬資源不能滿足切換呼叫最低的帶寬要求銥星系統在運行初期的切換成功率只有 85%，經過改進 后仍然只有 92~98%，與陸地移動通信系統的切換掉話率不高于 0.05%的指標相差甚遠。2）成本方面，銥星系統需要在獲得第一筆訂單之前就建成全部系統，風險很高，而地面通信網絡的建 設可以逐步進行，可以在回收一部分投入之后逐步擴建系統； 3）系統能力方面，銥星在系統設計時確實先進，但此后蜂窩電話發展極其迅速，待到銥星服務之后， 技術已經落后，銥星電話的笨重、室內無法使用、通話的可靠性和清晰性低的缺點凸現出來。 但隨著近二十年來通信技術、微電子技術的飛速發展，通信系統信號處理能力、通信帶寬不斷提升，從 目前仍在運行的銥星二代、全球星等低軌衛星通信系統使用情況來看，困擾早期銥星系統的掉線率高等 技術問題已經得到有效解決，為低軌衛星通信的普及應用掃清了障礙。

    2、空天信息產業鏈迅速發展助力成本降低

    在衛星制造成本和發射成本高居不下的時代，低軌道衛星星座不具備經濟可行性。然而，隨著技術的進 步，衛星的體積、質量、成本逐年下降，可靠性、集成度逐年提升。加之近年來，越來越多的企業（包 括民營企業）涌入中小型運載火箭行業，使得火箭發射供給快速提升，成本大幅下降。在此環境下，低 軌道小衛星星座的大規模部署初步具備先決條件。

    美國航天探索公司 Space X，目前已經成功開發出可重復使用的獵鷹 1 號、獵鷹 9 號、重型獵鷹等可重 復使用的運載火箭和擁有載人能力的龍飛船。公司可回收火箭近期發射屢獲成功；2020 年 1 月 30 日， SpaceX 公司用“三手火箭”將第四批共 60 顆星鏈衛星送入軌道，隨著公司技術的不斷發展，獵鷹 9 號火 箭單次發射成本大大降低，使更多低軌小衛星被送入太空成為可能。 未來，隨著以 Space X 為代表的商業可重復使用運載火箭的開發，可以使獵鷹 9 運載火箭的單次發射成 本穩定在 3000 萬美元左右；按照每次發射 60 顆近地小衛星計算，單顆星鏈衛星的發射成本將降低到每 顆 50 萬美元左右，成本大大降低。

Falcon 9 單次發射費用變化

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    同步軌道衛星壽命一般在 10-15 年，而低軌小衛星壽命在 5-8 年，較短的壽命決定了小衛星較高 的更換頻率。隨著衛星發射技術的進步，使以 Space X 為代表的商用衛星發射公司成為可能，而越來越 多的企業進入航天領域，又進一步促進了衛星和發射技術的升級，從而形成了一種“技術進步降低成本 →更多力量參與研發生產→技術進步進一步降低成本”的正向循環。

NDSA 衛星層建設

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    智研咨詢發布的《2020-2026年中國衛星通信行業競爭格局分析及投資潛力研究報告》數據顯示：2019 年中國 4G 用戶規模為 12.1 億戶，目前中國境內 4G 平均網速是 3.61M/s；截至 2019 年 5 月，全國共建成 437 萬個 4G 基站，每個基站可供最多 500 終端接入；中國三大運營商在 4G 網絡上的建設至少在 8000 億規模。隨著 5G 的應用，每個 5G 基站建設費用約是 48 萬元；而由于 5G 基站覆蓋范圍僅為 100-300 米，遠遠小于 4G 基站的 1-3km 范圍，建設成本會比 4G 更高。

    每顆 180kg 的 LEO 小衛星發射價格約是 495 萬美元， 300kg 小衛星價格約是 695 萬美元。以星鏈計劃為例，Space X 計劃發射的 12000 顆 260kg 近地小衛 星總共發射成本約是 873.5 億美元，約合人民幣 6060 億元，小衛星壽命一般為 5-8 年。據調查數據顯示，每 60 顆星鏈衛星可同時支持 40000 用戶終端（每顆衛星支持 600 終端接入）以最低 25M/s 的速度使用。

    未來，隨著以 Space X 為代表的商業可重復使用運載火箭的開發，可以使獵鷹 9 運載火箭的單次發射成 本穩定在 3000 萬美元左右；按照每次發射 60 顆近地小衛星計算，單顆星鏈衛星的發射成本將降低到每 顆 50 萬美元左右，成本大大降低。

    四、低軌衛星競爭

    目前世界各國在加緊爭奪頻率和空間資源的爭奪，站在用戶需求的和大國博弈的角度，目前低軌衛星的 競爭類似之前的 GPS,一個國家一旦選擇不去競爭，就很難再有機會趕超。 2018 年 11 月，我國科技部擬將“與 5G/6G 融合的衛星通信技術研究與原理驗證”課題，列入國家重 點研發計劃“寬帶通信和新型網絡”重點專項中，說明我國也已經認識到衛星通信在未來通信領域的重 要性，表明衛星通信將在 5G/6G 通信時代有廣闊的應用前景。目前我國低軌通信小衛星星座計劃主要有 航天科技集團的“鴻雁星座”和航天科工集團“虹云工程”。

    鴻雁星座計劃：全球低軌衛星移動通信與空間互聯網系統也稱“鴻雁星座”，由是航天科技集團負責建 設和運營，落戶重慶，是我國投資規模最大的國家級商業航天項目，主要依托東方紅衛星移動通信有限 公司開展建設和運營。鴻雁星座一期 60 顆衛星預計 2022 年建成由 60 顆衛星組成的通信網絡并組網運 營，填補中國目前尚無低軌衛星通信系統的空白。二期預計 2025 年完成建設，通過數百顆衛星構建“海、 陸、空、天”一體的衛星移動通信與空間互聯網接入系統，實現全球任意地點的互聯網接入。鴻雁全球衛 星星座通信系統將由 300 顆低軌道小衛星及全球數據業務處理中心組成，具有全天候、全時段及在復雜 地形條件下的實時雙向通信能力，可為用戶提供全球實時數據通信和綜合信息服務。“鴻雁星座”首顆試 驗衛星“重慶號”已于 2018 年底成功發射，并計劃在明年 7 月再發射兩顆試驗衛星，對空間互聯網系統關 鍵技術進行在軌驗證，對移動通信、寬帶互聯網、物聯網、導航增強等功能進行示范驗證，對商業模式 展開積極探索。建成后鴻雁星座將實現信號全球無線覆蓋，為“一帶一路”等區域實現寬帶窄帶相結合的 通信保障能力。

    鴻雁衛星搭載有 AIS 載荷和 ADS-B 載荷，可 AIS 載荷可在全球范圍內接收船舶發送的 AIS信息，全面掌握船舶航行狀態、位置、航向等動態和靜態信息，實現對遠海海域航行船舶的監控管理；ADS-B 載荷可從外層空間對全球航空目標進行位置跟蹤、監視及物流調控，提供航空數據業務，可支持飛機前 艙的安全通信業務，為航空器追蹤及應急處理提供可靠的通信保障，增強飛行安全性及突發航空事故搜救能力。

    虹云工程：虹云工程是航天科工二院目前主要推動的商業航天項目之一，也是航天科工集團公司“五云 一車”（飛云、快云、行云、虹云、騰云和飛行列車）商業航天工程之一，是基于低軌衛星星座而構建的 天地一體化信息系統。據調查數據顯示，衛星將在距離地面約 1000 千米的軌道上組網運行，構建出星載寬帶全球移動互聯網絡。整個計劃部署完成后，將在“一帶一路”，甚至全球實現隨時隨地按 需的互聯網接入，“屆時無論身處何時何地，都能用上航天科工自主研發的„星鏈wifi，實現網絡無差別的 全球覆蓋，無論在海域還是無人島，都能接上互聯網，和外界保持通信流暢。”

    五、國內衛星產業鏈

    1、國內航天和衛星產業鏈具備核心自主能力

    1996 年長征三號搭載美國衛星發射失敗后的合作調查被美國議員做文章，眾議院政策委員會主席考克 斯牽頭下，考克斯報告在美國國會以近乎全票的優勢通過,并直接促成了 1999 年美國國防授權治案將衛 星及相關零部件全部禁止向中國出口,甚至任何包含美國元器件的衛星都嚴禁由中國的火箭發射升空。這項禁令直接導致剛剛成熟的中國對外發射業務基本退出國際市場-因為當時世界上主要的衛星制造商，幾乎沒有不采用美國元器件的。

    北斗和高分成為我國空天信息化自主的標桿

    2020 年北斗迎來全球組網，北斗應用全年鋪開。北斗衛星導航系統是國家重要的時空基礎設施，典型 的自主可控和軍民融合產業。隨著北斗衛星導航系統全球部署，北斗衛星導航系統模式發生了根本改變。 從以前僅僅用于衛星導航系統定位、導航擴展到現在各種社會應用，如位置感知的綜合數據云智慧城市、 戰場自動化感知及戰場自動化指揮。基于地基增強系統的綜合信息服務是近幾年發展起來的一種為用戶提供與位置相關的信息服務的新興產業。其中，北斗綜合信息服務云平臺能為核心服務和應用提供統一 的運行、計算和存儲支撐，形成北斗導航大數據能力。

    3、目前國內已經形成完整的北斗自主產業鏈。

    上游集中在衛星制造、發射、地面配套、地基增強、星基增 強等基礎設施建設，以國家隊為主，但千尋位置、海格通信、合眾思壯等通過介入地基增強或星基增強 系統，未來有望成為位置服務運營商。中游涵蓋基礎部件、終端、解決方案等，以民企為主，相關公司 從終端環節，逐步向前端芯片板塊、后端行業解決方案延伸。目前我國自主芯片、模塊、板卡等產品的 核心性能與國際水平相當，國產北斗導航型芯片模塊累計銷量已突破 8000 萬片，高精度板卡和天線銷 量已占據國內 30%和 90%的市場份額。

    2019 年，北斗產業鏈中游和上游受到芯片、板卡、核心器件、終端設備價格下降的影響，產值增速較 去年進一步放緩，在全產業鏈中占比仍然呈現下降趨勢。下游產值占比增長較快，主要原因在于終端集 成環節競爭激烈，而下游運營服務準入門檻相比較低，促使終端提供商向運營服務商轉變，同時無人駕 駛和高精度服務近年來需求激增，并有效牽引消費級市場相關服務需求的釋放，從而推動下游產業鏈快 速發展，其產值在 2018 年總產值中占比為 41.6%。隨著北斗導航系統全球組網的完成，北斗應用市場 將不斷深化，多廠商布局下游高精度地基增強服務將成為 2020 年亮點。

    六、低軌衛星市場前景

    2019 年全球互聯網滲透率為 58.8%，全球仍有約 31.8 億人口沒有被互聯網普及。其中，亞洲和非洲占據了全球 72.1%的人口但互聯 網滲透率分別只有 54.2%和 39.6%，低于全球互聯網滲透率的平均水平。照此計算，僅亞非兩個大洲就擁有 27.4 億未“互聯”人口，約占全球互聯網未普及人數的 86%。由于地面基站易受地形和環境制約，這 些地面信息系統無法覆蓋的地區和人口將是衛星通信廣闊的市場空間。

    未完成互聯網建設的國家主要是 因為1.人口密度低，建立基站不合算2. 人口密度高卻缺少資金。但是由于聯合國的網速統計標準是256K， 因此即使是被互聯網覆蓋的 41.2%的人口中，仍有部分人口仍處于 2G 和 3G 之間。根據聯合國統計數 字，2018 年 3 月份到 2019 年的 3 月份，互聯網在非低收入國家，滲透率只增長了 1%，在低收入國家， 滲透率只增長了 0.8%；因此現有的全球互聯網建設遇到了瓶頸期，很難再有很大提升。因此，低軌衛星成為當前剛需。

全球互聯網滲透率

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    2020 年 1 月 14 日，預測，衛星市場將在衛星數量、價值和質量上發生根本性的變化，制造和發射的衛星 數量將增加 4.3 倍，平均每年發射 990 顆衛星，而前十年平均每年發射 230 顆衛星。未來十年，將達到2920億美元，比前十年增長28%，前十年的總收入為2280億美元。未來十年在Starlink、OneWeb、 Kuiper、Telesat LEO 和 O3b mPower 等寬帶項目的驅動下，預計 LEO 和 MEO 星座占總需求的 77%； 低軌衛星市場規模巨大，前景廣闊。