衛(wèi)星互聯(lián)網行業(yè)專題報告：低軌衛(wèi)星開啟通信變革

衛(wèi)星互聯(lián)網行業(yè)專題報告：低軌衛(wèi)星開啟通信變革衛(wèi)星互聯(lián)網商業(yè)與戰(zhàn)略價值衛(wèi)星分類：通信/遙感/導航三大類根據具體用途類型劃分，應用衛(wèi)星主要可分為通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星和導航衛(wèi)星三類。1）通信衛(wèi)星：用作無線電通信中繼站，通過轉發(fā)無線電信號傳輸電話、電報、傳真和數據等，是世界上應用最早、最廣的衛(wèi)星之一。通信衛(wèi)星又分為高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星，當前歐美及我國均已開啟低軌衛(wèi)星建設。2）遙感衛(wèi)星：通過對地球系統(tǒng)或物體進行特定電磁波譜段的數字化成像觀測，進而獲取觀測對象多方面特征信息。3）導航衛(wèi)星：從衛(wèi)星上連續(xù)發(fā)射無線電信號，為用戶提供導航定位。全球通信衛(wèi)星數量最多，我國以遙感衛(wèi)星為主。根據USC數據，截至2021年末全球在軌衛(wèi)星共4852顆，其中通信衛(wèi)星數目最多，占比64.4%；其次為遙感衛(wèi)星占比21.0%。截止2022年更新數據，全球在軌衛(wèi)星中美國有2994顆，中國499顆。2021年1-9月，我國遙感衛(wèi)星占比超過一半，為53%，而通信、導航衛(wèi)星分別占比13%、10%。衛(wèi)星互聯(lián)網可實現(xiàn)通信全球覆蓋衛(wèi)星互聯(lián)網具有廣覆蓋、低延時、寬帶化、低成本的特點。衛(wèi)星互聯(lián)網不受空間限制、受自然災害和戰(zhàn)爭影響小等特征，使其可以作為地面通信的有效補充，為各類用戶提供互聯(lián)網服務。傳統(tǒng)地面通信骨干網在海洋、沙漠及山區(qū)偏遠地區(qū)等苛刻環(huán)境下鋪設難度大且運營成本高，低軌衛(wèi)星通信核心商業(yè)應用場景主要包括偏遠地區(qū)通信、海洋作業(yè)及科考寬帶、航空寬帶和災難應急通信等，在出境人群中也將有較大便捷通信體驗?；ヂ?lián)網覆蓋存在盲區(qū)，衛(wèi)星互聯(lián)網可有效填補。截止2022年1月，全球互聯(lián)網用戶數量達到49.5億人，互聯(lián)網用戶占總人口比例為62.5%，且移動通信系統(tǒng)僅覆蓋了20%陸地面積，約6%地球表面。隨著低軌衛(wèi)星互聯(lián)網建設，未來可有效用于偏遠地區(qū)、海洋作業(yè)及科考、航空等領域。衛(wèi)星互聯(lián)網是可實現(xiàn)單一組網全球覆蓋的唯一路徑。6G目標：構建天地一體融合通信3GPP未來將向6G逐步演進。3GPP的NTN標準是從2017年R15開始啟動，一直在朝著將衛(wèi)星納入3GPP技術規(guī)范的目標前進著，這一目標將持續(xù)到R20的6G標準工作中。其中，非地面網絡(Non-TerrestrialNetwork,NTN)被廣泛認為是6G網絡的組成部分。6G通信架構包括低軌衛(wèi)星及5G網絡融合：6G由天基平臺、空基平臺和地面平臺組成，由此實現(xiàn)對5G無法觸及的陸地與海洋、天空實現(xiàn)全域覆蓋，構成一個地面無線與衛(wèi)星通信融合集成的全連接世界。軌道與頻譜資源稀缺各國爭相布局低軌衛(wèi)星的性能更適配衛(wèi)星互聯(lián)網發(fā)展。按照軌道高度，衛(wèi)星主要分為低軌（LEO）、中軌（MEO）、高軌（GEO、SSO、IGSO）三類，其中低軌衛(wèi)星由于傳輸時延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活、應用場景豐富、整體制造成本低，較為適合衛(wèi)星互聯(lián)網業(yè)務發(fā)展。根據UCSSatelliteDatabase數據，截至2021年底，全球低軌道衛(wèi)星共有4078顆，占比達80%以上；2020年以來，低軌道衛(wèi)星發(fā)射數量快速增長。稀缺軌道及頻段資源“先占先得”，中美英等國均先后布局。ITU規(guī)定，對稀缺的軌道和頻段資源按照“先登先占”的原則。根據賽迪顧問，地球近地軌道可容納約6萬顆衛(wèi)星，而低軌衛(wèi)星所主要采用的Ku及Ka通信頻段資源逐漸趨于飽和狀態(tài)，未來將逐步演進至Q/V頻段。預計至2029年，地球近地軌道將部署總計約5.7萬顆低軌衛(wèi)星。衛(wèi)星頻段稀缺：Ka/Ku將趨于飽和Q/V頻段將成為下一代衛(wèi)星主要發(fā)展方向：隨著大量在較低頻率波段的規(guī)劃使用，C、Ku、Ka等頻段發(fā)展趨于飽和，早在2016年SpaceX提交頻段規(guī)劃時，Ka、Ku頻段已經漸趨飽和。因而發(fā)展Q、V頻段是未來衛(wèi)星通信的重點。星鏈衛(wèi)星軍事用途重要性凸顯星鏈開始發(fā)揮軍事用途潛力，戰(zhàn)略重要性凸顯。2019年，美國空軍與SpaceX公司簽訂了高達2800萬美元的訂單，隨后合作不斷加強，雙方簽署了價值超過1.5億美元的合同。在俄烏沖突中，“星鏈”帶來的衛(wèi)星網絡支持，使烏軍在通信、偵察等方面獲得較大助力提升了其在網絡通信、地面遭遇、情報信息、精確打擊、無人機支援、反網絡電子干擾等方面的能力。星鏈計劃為美軍提供了多方面的軍事優(yōu)勢。首先，它可協(xié)助美軍搶占衛(wèi)星軌道資源，部署數萬顆衛(wèi)星將影響其他國家的衛(wèi)星發(fā)射計劃。其次，星鏈運營服務可為部隊提供全球覆蓋的軍事通信服務以及全天候、全天時的天基偵察監(jiān)視能力，精確地了解戰(zhàn)場情況。最后，美國航天發(fā)展局（SDA）提出了在外太空發(fā)展軍事力量的建議，星鏈衛(wèi)星可發(fā)射全向波束，進而對其他航天器進行遙測、跟蹤和控制。作為天基長期駐留裝備，星鏈其在戰(zhàn)場偵察、電子對抗、反導攔截、通信保障四個方面表現(xiàn)出的了較大潛在能力。Starlink等海外低軌星座啟示Starlink引領全球低軌衛(wèi)星建設星鏈已開啟規(guī)模發(fā)射低軌衛(wèi)星計劃，且版本逐步迭代。SpaceX于2015年提出Starlink計劃，2019年5月23日獵鷹9火箭發(fā)射首批60顆衛(wèi)星，申請星座總規(guī)模約4.2萬顆，原規(guī)劃一代星鏈部署LEO衛(wèi)星4408顆，VLEO衛(wèi)星7518顆，二代星鏈約3萬顆。其中，二代星鏈較于一代星鏈增加了激光星間鏈路。星鏈版本在逐步技術迭代。星鏈已發(fā)展出試驗星（TintinA/B）、V0.9、V1.0、V1.5和V2.0，共計5個版本“星鏈”衛(wèi)星。其中，V0.9、V1.0和V1.5用于“一代星鏈”星座，V2.0用于“二代星鏈”星座。23年初首批V2MINI版本發(fā)射，采用氬電推系統(tǒng)，擁有效率更高的天線陣列，使用71~86千兆赫無線電頻率（E頻段），容量為一代的4倍，可為用戶提供高速上網服務。星鏈是全球首個成功開啟衛(wèi)星互聯(lián)網大規(guī)模建設的企業(yè)。Starlink星鏈已實現(xiàn)現(xiàn)金流平衡Starlink可提供多種用途付費版商業(yè)模式。星鏈用戶終端是一個相控陣碟形天線，它與Wi-Fi路由器一起工作，以無線方式連接到設備能提供50-250Mbps下行速率、10-20Mbps上行速率及延遲在20-40ms內的寬帶接入服務。月租方面：可提供包括住宅、商用、房車、以及海事四個版本付費模式。星鏈宣布已實現(xiàn)現(xiàn)金流平衡：2023年9月，Starlink宣布已覆蓋全球七大洲、60多個國家和更多市場，連接了超過200萬活躍客戶，預計在今年底用戶數將升至350萬-400萬。2023年11月，馬斯克宣布，其領導的SpaceX旗下的星鏈項目已實現(xiàn)現(xiàn)金流平衡。SpaceX優(yōu)勢：低成本發(fā)射與造星能力衛(wèi)星制造及發(fā)射環(huán)節(jié)構筑星鏈成本優(yōu)勢。Starlink單顆衛(wèi)星造價約50萬美元，主要通過使用減少零部件、簡化優(yōu)化設計，部分采用“消費級”元器件，規(guī)?；a降低制造成本，并通過“一箭多星”和可重復使用技術減少發(fā)射成本。SpaceX公司建立了自己的衛(wèi)星制造流水線，2020年7月份提交給美國聯(lián)邦通信委員會的報告中，位于西雅圖的雷德蒙德制造廠每月至少生產120顆星鏈衛(wèi)星，另外德州奧斯汀也在建設一座嶄新星鏈制造基地。星鏈通過縮短發(fā)射間隔，加快部署節(jié)奏。23年11月初，SpaceX發(fā)射了第119批星鏈衛(wèi)星，星鏈發(fā)射總數目達到了5399顆，平均每3.92天完成一次，馬斯克表示預計接下來3個月每月發(fā)射10次以上，到2024年頻率將提高至每月12次，全年發(fā)射次數達到144次。星鏈將推出直連手機業(yè)務星鏈官網推出“StarlinkDirecttoCell（星鏈直連手機）”業(yè)務。2023年10月，手機直連衛(wèi)星于星網官網推出，預計2024年實現(xiàn)短信發(fā)送，2025年實現(xiàn)語音通話和上網（Data），同年分階段實現(xiàn)IOT（物聯(lián)網）。直連手機的衛(wèi)星最初將在獵鷹9上發(fā)射，此后是星艦。在軌衛(wèi)星將立即通過星間激光鏈路接入星座，以提供全球覆蓋。初期支持的運營商：T-MOBILE(美國)、OPTUS(澳大利亞)、ROGERS(加拿大)、ONENZ(新西蘭)、KDDI(日本)、SALT