中國衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢

中國衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或發(fā)射無線電波，實現(xiàn)兩個或多個地球站之間或地球站與航天器之間通信的一種通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信的概念最早由阿瑟〃克拉克在1945年提出，1965年美國“晨鳥”通信衛(wèi)星成功發(fā)射，衛(wèi)星通信技術(shù)正式進入實用階段。早期的衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、廣播業(yè)務(wù)、電話業(yè)務(wù)等基本通信需求，在航海通信、應(yīng)急通信、軍事通信、偏遠地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用。隨著以高頻段(Ku、Ka等)、大容量、高通量為特點的寬帶通信技術(shù)的成熟，通過通信衛(wèi)星實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入已經(jīng)成為可能。衛(wèi)星在空間中通常繞地球做無動力飛行，衛(wèi)星運動所在的平面稱為軌道面，運動的軌跡稱為軌道。根據(jù)衛(wèi)星軌道形狀、傾角、周期、高度等不同特征，衛(wèi)星軌道可以有不同的分類。對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來說，通常是根據(jù)衛(wèi)星軌道高度進行分類，具體可分為靜止軌道(GEO,GeostationaryEarthOribt)、中軌(MEO,MediumEarthOrbit)和低軌(LEO,LowEarthOrbit)三種。一、低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢衛(wèi)星工作軌道高度和系統(tǒng)復(fù)雜程度的不同，從而帶來單星技術(shù)、規(guī)模、成本上的差異，最終影響系統(tǒng)建設(shè)與運營成本以及系統(tǒng)可靠性。低軌衛(wèi)星通信星座的技術(shù)特點，也將影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量，對地面終端設(shè)備也提出了不同的技術(shù)和性能要求。此外，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以采用蜂窩通信、點波束、多址、頻率復(fù)用等技術(shù)，且通信具有全球覆蓋、低延時等方面的優(yōu)點，可以支持在線游戲、視頻通話等實時或近實時數(shù)據(jù)傳輸，在與地面通信骨干網(wǎng)融合后可能將催生出新的應(yīng)用場景。衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)成本包括衛(wèi)星研制成本、火箭和發(fā)射費用、地面站建設(shè)成本和用戶終端價格等主要部分。對于低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)而言，空間段和地面站建設(shè)可以在現(xiàn)有的技術(shù)框架內(nèi)找到成本控制方案；考慮廣闊的應(yīng)用前景，運營商也可以接受稍高的一次性資本開支。而用戶終端的成本是決定衛(wèi)星系統(tǒng)能否取得商業(yè)成功的關(guān)鍵，目前高軌通信衛(wèi)星的固定終端價格約為3000美元，便攜式終端價格約為28000美元。低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)地面終端的天線需對衛(wèi)星信號進行跟蹤，并保證在衛(wèi)星切換時信號不中斷，增加了終端天線的技術(shù)難度，用戶很難接受數(shù)萬甚至數(shù)十萬美元的終端產(chǎn)品，這對低成本雙拋物面天線或相控陣天線技術(shù)提出了更高的要求。二、衛(wèi)星通信市場發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢目前全球共有627顆通信衛(wèi)星在軌運行，其中美國衛(wèi)星數(shù)量最多，中國在軌通信衛(wèi)星數(shù)量全球第50據(jù)美國憂思科學(xué)家聯(lián)盟(UCS)全球在軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)顯示，全球共有769顆遙感衛(wèi)星在軌運行，包括各類軍用通信衛(wèi)星以及政府部門和企業(yè)所有的民用通信衛(wèi)星。在軌運行的627顆遙感衛(wèi)星由全球36個國家和地區(qū)所有,美國、俄羅斯、法國、英國、中國、日本6個國家通信衛(wèi)星數(shù)量超過20顆，其中美國是全球擁有通信衛(wèi)星數(shù)量最多的國家，目前共有274顆遙感衛(wèi)星在軌運行，中國共有35顆衛(wèi)星在軌運行。高通量、小型化、星座化是未來通信衛(wèi)星發(fā)展的主要趨勢，全球衛(wèi)星通信運營商采購的GE0通信衛(wèi)星的數(shù)量正逐漸減少。在2008-2018年間，GE0衛(wèi)星采購量的最高峰為2009年的30顆，最后采購數(shù)量逐漸減少，2018年運營商采購的數(shù)量僅為7顆。伴隨著第二代“鉉星系統(tǒng)”的組網(wǎng)建設(shè)，以及OneWeb、03b、SpaceX等公司的低軌通信星座開始試驗或發(fā)射組網(wǎng)，LEO通信衛(wèi)星的發(fā)射量則顯著上升。未來低軌衛(wèi)星通信星座的大規(guī)模組網(wǎng)，上游通信衛(wèi)星制造市場衛(wèi)星數(shù)量上的差異將會表現(xiàn)的更加明顯。2018年間全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為2774億美元，較上年同期增加3.28%。從近5年的數(shù)據(jù)看，若不考慮統(tǒng)計口徑的變化，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模保持在3%左右緩慢增長的趨勢。從市場的構(gòu)成情況看，衛(wèi)星服務(wù)業(yè)和地面設(shè)備是衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)中最大的兩塊細分市場，二者規(guī)模占比均在45%左右，2018年的市場規(guī)模均超過1250億美元。衛(wèi)星制造和衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)是其中發(fā)展速度最快的細分市場，增速分別達到25.81%和34.78%o衛(wèi)星電視直播、無線電廣播、衛(wèi)星寬帶等衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)是衛(wèi)星服務(wù)業(yè)收入的最主要來源，占到全年收入的98%以上。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在地面設(shè)備中的占比僅為11%左右,但自2015年以來進入了加速增長的階段，其中2018年收入較上一年增長16.90%,收入的增速也比上年同期高出了2.3個百分點。地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及衛(wèi)星制造、發(fā)射服務(wù)市場規(guī)模的變化表明，全球通信衛(wèi)星行業(yè)正在進行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并且空間段的建設(shè)要略領(lǐng)先于地面段。三、國內(nèi)中外低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀以美國、加拿大為代表的西方科技強國意識到近地軌道和頻譜資源的戰(zhàn)略價值,以及低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的巨大商業(yè)價值，近年來積極支持私營商業(yè)航天企業(yè)在近地軌道開展商業(yè)活動：2018年美國副總統(tǒng)邁克彭斯先后表示，“美國2019財年預(yù)算將支持私營航天企業(yè)增加在近地軌道上的活動，美國政府將作為私營企業(yè)的合作伙伴或消費者，而非競爭者”，“美國政府將改革過時和瑣碎的法規(guī)，以鼓勵開創(chuàng)性的太空，在近地軌道上開展業(yè)務(wù)”。加拿大政府在2018年財政預(yù)算中為戰(zhàn)略創(chuàng)新基金提1億美元，以支持近地軌道(LE0)衛(wèi)星項目。加拿大衛(wèi)星運營商Telesat還將獲得安大略省2000萬美元的投資，力爭成為首批面世的LEO互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商。中低軌通信星座的巨大商業(yè)價值也吸引了科技企業(yè)和資本市場的關(guān)注。2018年美國北方天空研究所(NSR)對全球?qū)拵ㄐ判亲M行了首次盤點，中國電子科技集團公司第五十四研究所劉全對NSR的研究結(jié)果進行了補充和更新，繪制了全球主要的中低軌寬帶通信星座的空間分布示意圖。截止2020年1月17日，全球中軌、低軌衛(wèi)星通信星座數(shù)量共計達到37個，共涉及至少12個國家30家企業(yè),計劃發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)已超過34235顆。四、國內(nèi)主要中低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)《2020-2026年中國衛(wèi)星通信系統(tǒng)行業(yè)競爭格局分析及投資潛力研究報告》數(shù)據(jù)顯示：在空間基礎(chǔ)設(shè)施、天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等重點項目建設(shè)，以及國內(nèi)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展等因素的共同推動下，國內(nèi)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段。目前由各類企業(yè)、高校提出的星座建設(shè)計劃超過10個，“虹云”星座、“鴻雁”星座成功完成試驗星的空中試驗，電科集團“天象”試驗1星、2星在2019年完成發(fā)射。在民營企業(yè)主導(dǎo)的組網(wǎng)計劃中，“天啟”星座已完成5顆組網(wǎng)星發(fā)射，其天啟衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正式上線，銀河航天低軌寬帶通信衛(wèi)星星座首發(fā)星于2020年1月16日成功發(fā)射。五、軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策政策的松綁促進了國內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展，為衛(wèi)星通信行業(yè)的發(fā)展注入了新的力量。2016年12月，中國國務(wù)院新聞辦發(fā)布的《2016中國的航天》白皮書中,進一步提出“鼓勵引導(dǎo)民間資本和社會力量有序參與航天科研生產(chǎn)、空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、空間信息產(chǎn)品服務(wù)、衛(wèi)星運營等航天活動，大力發(fā)展商業(yè)航天”。目前在火箭和衛(wèi)星配套及總體制造，測控、導(dǎo)航和遙感應(yīng)用等環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出了大量的民營企業(yè),截至2018年年底，國內(nèi)已注冊的商業(yè)航天領(lǐng)域公司有141家，其中民營航天企業(yè)123家，成為參與航天活動的新勢力。小衛(wèi)星研制與發(fā)射、網(wǎng)絡(luò)融合、終端天線等方面技術(shù)的進步，使實現(xiàn)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)和商業(yè)化應(yīng)用的成為了可能。通過引入3D打印、模塊化設(shè)計、C0TS元件、智能裝配等先進技術(shù)，降低了衛(wèi)星的研制成本