天基互联网大风口来袭,低轨卫星强势崛起

天基互联网大风口来袭,低轨卫星强势崛起
2020年03月11日 08:29 乐晴智库

据媒体报道,埃隆·马斯克麾下太空探索技术公司(SpaceX)将通过一个新的融资回合筹集5亿美元资金。据悉,该公司以每股220美元的价格授权出售5.006亿美元股权,这轮融资对SpaceX的估值约为360亿美元,高于去年的333亿美元。值得注意的是,这笔资金约为SpaceX此前期望筹资金额的两倍。

SpaceX去年融资募集了13.3亿美元,用于CrewDragon(龙飞船)、Starlink(星链)和Starship(星际飞船)项目的推进。

Space X是埃隆·马斯克创办的一家私人航天制造商和太空运输公司,定位太空探索业务。致力于轨道飞行,研发实力强大,掌握最先进的火箭发射技术,已发射120颗宽带服务卫星,最远可以将火箭发射到距地球3.5万公里的轨道空间,是全球第一大卫星运营商。

“Starlink”是美国SpaceX公司旗下的低轨宽带通信卫星系统计划。公司计划利用公司自主研发的猎鹰9号可回收火箭,将Starlink卫星送入轨道,组成小卫星互联网星座,并在全球范围内提供互联网接入服务,整个计划(目前已规划11943颗卫星)预计需要约100亿美元。

鉴于SpaceX本身可提供低成本可回收发射能力,因此此计划也被认为更具备实施基础。StarLink将基于由12000颗卫星组建的LEO星座系统向全球提供低延时宽带连接,为了避免形成太空垃圾,Starlink的卫星都将定时升级和替换,老旧卫星将在服役5年后在大气层中烧毁。

据Starlink官网,每颗工作卫星重量260kg;据中新网,若火箭能够回收,低轨卫星发射价格为$5000/kg,故每颗卫星发射成本约为130万美元。

2019年10月22日,SpaceX首席执行官埃隆·马斯克成功通过Starlink发送推特,并表示Starlink已能提供天基互联网服务。

据SpaceNews,SpaceX使用猎鹰9号可回收火箭,分别于2020年1月6日和1月29日各发射了60颗Starlink低轨道宽带卫星。截至2020年1月底,SpaceX共计发射242颗Starlink卫星,是目前全球卫星在轨数量最多的商业卫星系统。

该计划到2027年完成12,000颗的发射目标,后续发射总量共42000颗,并在太空中布局一个巨大的人造卫星星座,为全球每一个角落的卫星接收器提供高速互联网连接。

根据马斯克的预计,未来一旦Starlink投入稳定运营,将为Spacex每年带来稳定100亿美元的收入,在覆盖成本之余将可有盈利资助公司其他项目。

2020年将是SpaceX极其关键的一年,载人飞船、星链和星际飞船将进入关键发展期。Starlink计划有望重塑全球卫星的制造与应用,促进卫星制造从单体小批量向大规模批量生产根本性转变。

马斯克是这样向外界介绍其星链计划:“重点是建立一个全球通信系统。从长远来看,我们真正要做的是在太空中重建互联网。我们的目标是让大部分远程互联网流量和大约10%的本地消费者和商业流量,都通过这个网络传输,而90%用户的本地访问仍然可能通过光纤进行。”

“星链计划”的最终目的是搭建一个全球覆盖的天基互联网。

天基互联网关乎国家安全,美国已先行布局众多天基系统:目前各国的军事卫星主要基于少量的、大型高价值卫星,受攻击后将对军事通信造成致命打击。而低轨卫星的快速研制和发射、及时投入使用,可有效避免这一威胁,同时频段抢夺先发先得,在军事领域具有重要意义。

2018年12月,美国空军战略发展规划和试验办公室与SpaceX公司签约,要在其天基互联网具备全网通信能力之前,先行测试军方可能使用Starlink宽带服务的不同方式。目前Starlink已经可提供区域天基互联网服务,此外美国在轨运营的低轨卫星系统还有铱星、全球星、OBCOMM星三大系统,同时OneWeb、SES、亚马逊等公司正加速在低轨卫星通信系统的建设。

美国国家航空航天局(NASA)与SpaceX的诞生与技术团队组建有着广泛的联系,也是Space X的主要客户之一。SpaceX在2008年与NASA签订16亿美元的商业补给服务的合同后才进入自己发展的全盛阶段。

NASA于2011年授予SpaceX商业载人开发合约,研发并测试拥有载人能力的龙飞船,用以运送航天员往返国际空间站。因而,SpaceX的可重复使用发射系统技术研发项目被广泛认为是NASA相关项目的延伸。

除“Starlink”外,国外当前在建设和运营的低轨宽带通信卫星系统主要还有美国的第二代铱星系统、第二代全球星系统、OneWeb公司的OneWeb星座、美国轨道科学公司和加拿大全球通信公司(TeleSat)共同组建的Orbcomm系统、美国SES公司的O3b计划等。

《“十三五”国家信息化规划》指出十三五是我国由网络大国向网络强国过渡的关键时期,主要从科学规划和利用卫星频率/轨道资源、统筹推进航天领域军民融合、建设陆海空天一体化信息基础设施等方面着力,同时集中突破低轨卫星通信、空间互联网等前沿关键技术,推动空间与地面设施互联互通,构建覆盖全球、无缝连接的天地空间信息系统和服务能力。

卫星产业链完整,上游是卫星制造与卫星发射行业,通过发射卫星收集信息,卫星类型包括通信卫星、导航卫星、遥感卫星等;中游为数据处理,负责对数据进行校正、拼接、检查,便于数据的进一步使用,下游为数据的具体应用。

据《中国卫星通信产业发展白皮书》,2025年我国卫星通信设备行业产值将超过500亿元,相关设备制造市场空间巨大。我国通信卫星制造相关单位包括航天五院(及旗下上市公司中国卫星)、航天科工二院、中科院微小卫星中心、航天科工四院、银河航天等,配套企业主要有航天九院(及旗下上市公司航天电子)等。

全球小卫星星座建设高峰已至,受政策扶持开启商业化布局,国内卫星产业有望进入高成长期,位于产业链上游、具有自主研发实力的卫星制造企业将率先受益。

低轨宽带道通信卫星系统由大量(通常为数百或数千颗)低轨道小型通信卫星组成卫星系统/星座,通常使用Ku、Ka、Q/V等高频频段进行宽带通信。部分低轨宽带道通信卫星系统中包含少量中高轨卫星,其多作为节点/中转星,大部分通信数据链仍在低轨卫星和地面之间完成。

低轨宽带通信卫星产业链主要由卫星制造、火箭发射服务(包括火箭研制)、地面设备制造、卫星系统运营与服务四大环节组成。其中,卫星系统建设初期涉及卫星制造和发射服务两大环节,而地面设备制造和卫星系统运营环节处于产业链下游,需求变化滞后于卫星制造和发射。

卫星发射的高成本一度制约商业卫星的建设和应用,近年来随着火箭发射技术的重大突破,特别是“一箭多星”、火箭回收利用等关键技术的突破极大地降低了发射成本,并增加了有效荷载,提升了卫星发射的整机经济效益。例如美国OneWeb宣称每次能够发射约36颗小卫星,SpaceX计划发射1箭60星。

低轨卫星产业的商业逻辑清晰,5G、6G模式下移动互联网需求强劲,四大产业构建万亿级商业卫星市场,全球焦点汇集,受到全球硬核实力派强支持。根据美国SIA数据,2018年卫星产业链四个子行业:地面设备、卫星应用、卫星制造、火箭发射,其收入总额分别为125.2/126.5/19.5/6.2亿美元。2018年卫星产业总收入为2774亿美元,全球航天经济规模达3600亿美元,市场空间巨大。

在国家政策利好以及相关应用的驱动下,我国低轨卫星项目近年来起步迅速并取得了巨大的进步。我国航天产业链自2015年起开始向社会资本开放,支持性政策不断出台,传统航天军工院所、高校及科研机构、地方政府及民营企业等主体纷纷积极投入卫星产业商业化探索。

虹云工程、鸿雁星座两个国家重大航天工程2018年相继成功发射第一颗卫星并进入轨道,低轨宽带通信卫星系统建设实现零的突破,我国打造天基互联网迈出关键一步,其中鸿雁星座一期60颗卫星预计2022年组网运营,填补中国目前尚无低轨卫星通信系统的空白。

鸿雁全球卫星星座通信系统将由300颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成,具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力,可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。

在我国宏观政策等支持下,近年来我国商业航天领域备受资本青睐,2019年民营火箭公司接连完成大额融资,资本的注入将进一步为商业航空扫清障碍,整合资源实现商业发射产业链的日益完善。

从产业竞争格局看,以航天军工科研院所为代表的“国家队”在卫星技术积累、工程能力和发射资源等方面仍具有明显优势,因此在未来相当长的时间内仍将占据主导地位,民营企业和科研机构受体制束缚较少,有望与国家队形成互补,在先进技术应用、商业模式创新、降本增效等方面占得先机。

卫星发射服务环节由军方控制,航天科技、航天科工、中国电科等国有军工企业在卫星/火箭、地面网络设备、电子元器件等环节技术积累深厚,仍是上述环节的市场中起主导作用,民企企业主要在下游终端设备研制以及加工设备和服务环节起到主要作用。

民企方面,商业航天呈现梯度化发展。按照目前的火箭研制与发射进展来看,蓝箭航天、星际荣耀、零壹空间等已初步崭露头角,在商业航天领域占有一定优势,属于商业航天的第一梯队。而星途探索、九州云箭、灵动飞天、深蓝航天、翎客航天等公司正在奋起直追。第一梯队的三家民企均已具备不同程度的核心动力及研制保障能力,并完成了相关火箭的亚轨道发射或入轨发射,这也是目前领先于第二梯队企业的优势所在。

从央企集团的角度,中国电科集团具备从卫星研制、通信、定位、计算、网安一条龙的产业链,电科旗下杰赛科技、卫士通、四创电子、太极股份等厂商将获关注。目前航天科技、航天科工等集团也制定有各自的低轨卫星系统计划,为了集中力量,不排除未来存在集团间整合的可能,中国卫通等厂商也将抓住机遇加速发展。组网硬件类厂商包括欧比特、中国卫通等;应用层企业主要有航天宏图、超图软件、华力创通、和而泰等。

卫星小型化是近年来的趋势。传统大卫星通常质量大于1000千克,而小卫星一般小于500千克,微型卫星和立方星一般分别为10~100千克和小于1.33克。建造小型卫星的技术挑战包括缺乏足够的电力储存或推进系统的空间,但一般来说,小型卫星的制造成本更低,且可以用更小和更便宜的运载火箭进行发射,同时降低发射成本。

商业航天是一个全新的行业,与传统航天存在很大的不同,商业航天不是简单的将产品推向商业市场,而是采用全新模式重构商业要素和商业模式。民营火箭是一个有政策红利的增量市场,最核心的行业发展背景是在国家军民融合战略下,从国家层面支持商业火箭规范有序发展,充分发挥高效现代的企业运营模式。

对标Starlink,国内布局卫星数量有望以数千枚计算,频率和轨位正在成为稀缺资源,军用和民用的急迫性更加显著,争夺日趋白热化,更迫切的需要加大资源整合力度,加快推进中国版的太空卫星基建计划。

卫星产业的设计和制造自主可控,卫星制造从单体小批量向大规模批量生产根本性转变,通过技术创新、规模化生产、完善配套产业链等方式不断降低卫星制造及发射成本,有望进入高成长期。

卫星互联网以日益凸显的国家战略地位、潜在的市场经济价值、稀缺的空间频轨资源成为全球各国关注的焦点,世界各国纷纷将卫星互联网视为重要发展战略,相继发布卫星通信网络建设计划。

面对有限的频轨资源和动辄上千颗的卫星星座部署,国内外领军企业通过大量的多元合作项目和持续性融资,竞相布局各自的卫星互联网生态圈,以抢占太空互联网宽带接入新入口。以OneWeb、SpaceX、O3b为代表的美国商业卫星公司积极探索创新发展模式,吸纳各路资本,借助商业力量壮大市场规模。

天基互联网一旦建成,万物互联的基础将得以落成。其中,智能导航、自动驾驶和车联网的技术瓶颈将得到突破,成为我们生活中不可或缺的一部分。智能导航、自动驾驶和车联网目前无法应用的最大原因是4G网络下信号传输速度不够快,延时较高,遇到紧急情况无法做出及时反应,在无信号覆盖的区域更是寸步难行。

可以预见,未来10年内天基互联网将进入人类历史上的高速发展期,以弥补5G等地面通信技术无法企及的无人区,“虹云工程”则将以满足飞机、轮船、无人机、无人驾驶、野外场区、作业团队以及一些偏远地区的村庄、岛屿等的网络覆盖需求为首要任务,“让全球无缝覆盖WiFi”,实现真正的“天—空—地”一体化联网应用。

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