衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-從發(fā)射到終端我國(guó)低軌運(yùn)力和衛(wèi)星應(yīng)用

北京智博睿項(xiàng)目管理有限公司北京智博睿項(xiàng)目管理有限公司衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-從發(fā)射到終端我國(guó)低軌運(yùn)力和衛(wèi)星應(yīng)用1、通信衛(wèi)星是主要的衛(wèi)星類型衛(wèi)星是人造天體，通過(guò)太空飛行器如運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)等發(fā)射到太空中，它們?cè)谔罩欣@地球或其他行星運(yùn)行，類似于天然衛(wèi)星。衛(wèi)星按照功能，可分為通信，遙感，導(dǎo)航衛(wèi)星；按照軌道高度，則可以分為高軌，中軌，低軌衛(wèi)星。按照衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)功能，可分為通信衛(wèi)星，遙感衛(wèi)星，導(dǎo)航衛(wèi)星。通信衛(wèi)星用于提供全球通信服務(wù),包括電話，互聯(lián)網(wǎng)，電視廣播等；遙感衛(wèi)星用于觀測(cè)和監(jiān)測(cè)地球的表面和大氣層，收集有關(guān)地球的地理，氣候，環(huán)境和資源等方面的數(shù)據(jù)，這些衛(wèi)星攜帶各種傳感器和儀器，通過(guò)感知地球表面的電磁輻射(如可見(jiàn)光，紅外線，微波等)來(lái)獲取信息；導(dǎo)航衛(wèi)星用于提供定位和導(dǎo)航服務(wù)。按照衛(wèi)星運(yùn)行的軌道高度，可以分為高軌（GEO）,中軌（MEO），低軌（LEO）衛(wèi)星。高軌道衛(wèi)星（GEO）運(yùn)行于地球靜止軌道，距離地表約36000公里高空，并且于赤道上繞行地球，又稱同步軌道衛(wèi)星或地球靜止軌道衛(wèi)星；中軌道衛(wèi)星（MEO）運(yùn)行于中地球軌道，距地表約2000公里至35786公里；低軌道衛(wèi)星（LEO）運(yùn)行于低地球軌道，距地高度為約200公里至2000公里。aceX的星鏈衛(wèi)星是近4年來(lái)在軌衛(wèi)星的主要增量。據(jù)衛(wèi)星追蹤網(wǎng)站orbitingnow，以及UCS數(shù)據(jù)，截至2023，全球在軌運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量為8862顆。近4年來(lái)，全球在軌衛(wèi)星數(shù)量大幅增長(zhǎng)，2020-2023年復(fù)合增速達(dá)35.0%。其增長(zhǎng)的主要來(lái)源是SpaceX公司的星鏈衛(wèi)星的大批量發(fā)射，在2019-23年，SpaceX共發(fā)射了5420顆衛(wèi)星，占總新增在軌衛(wèi)星數(shù)量的82.2%。低軌衛(wèi)星是目前在軌衛(wèi)星中的主要類別。低軌衛(wèi)星按照軌道分類，目前在軌衛(wèi)星中，12%為高軌道衛(wèi)星，3%為中軌道衛(wèi)星，85%為低軌道衛(wèi)星；按照功能分類，在軌衛(wèi)星中，通信衛(wèi)星數(shù)量為7035顆，遙感衛(wèi)星為1264顆，導(dǎo)航衛(wèi)星為155顆，其他功能衛(wèi)星為408顆；按國(guó)別分類，在軌道衛(wèi)星最多的國(guó)家依次是美國(guó)（67%）、中國(guó)（9%）、英國(guó)（8%）。2、發(fā)射能力展望：26年我國(guó)商業(yè)火箭發(fā)射數(shù)量占比或達(dá)半數(shù)現(xiàn)代火箭可以用作快速遠(yuǎn)程運(yùn)輸工具，例如探空、發(fā)射人造衛(wèi)星、運(yùn)載載人飛船和空間站，以及作為其他飛行器的助推器等。20世紀(jì)20年代，戈達(dá)德的液體燃料火箭實(shí)驗(yàn)奠定了現(xiàn)代火箭技術(shù)的基礎(chǔ)，20世紀(jì)中期，美蘇太空競(jìng)賽推動(dòng)了火箭技術(shù)的快速發(fā)展，標(biāo)志性事件包括蘇聯(lián)的“斯普特尼克1號(hào)”和美國(guó)的“阿波羅11號(hào)”。隨著技術(shù)進(jìn)步，火箭逐步朝著更大運(yùn)力和可回收方向發(fā)展，目前，SpaceX等私營(yíng)公司的崛起通過(guò)先進(jìn)制造和火箭可回收技術(shù)創(chuàng)新降低了太空探索成本，推動(dòng)了商業(yè)太空旅行和更多太空任務(wù)。目前具備火箭發(fā)射能力的國(guó)家主要有美國(guó)、中國(guó)、歐洲、俄羅斯、印度等。近年來(lái)全球航天發(fā)射進(jìn)入新的高峰期，2023年，全球運(yùn)載火箭發(fā)射次數(shù)大幅躍升，首次突破200次大關(guān)，達(dá)到223次，較上年增長(zhǎng)19.9%。2023年全球發(fā)射能力仍集中于美中俄三國(guó)，占發(fā)射總數(shù)80%以上，三國(guó)的主力運(yùn)載火箭獵鷹系列、長(zhǎng)征系列、“聯(lián)盟”系列的發(fā)射次數(shù)已占全球70%以上。長(zhǎng)征系列火箭是我國(guó)的主力運(yùn)載火箭。各類型號(hào)包括2號(hào)至11號(hào)及各自改型，其中運(yùn)力最大的火箭為長(zhǎng)征五號(hào)，近地軌道載荷運(yùn)載能力可達(dá)25噸。長(zhǎng)征六號(hào)X改型/長(zhǎng)征九號(hào)/長(zhǎng)征八號(hào)R等改型是我國(guó)正在研制的可重復(fù)使用的各型號(hào)運(yùn)載火箭，具備一子級(jí)/助推器垂直定點(diǎn)返回能力，將對(duì)標(biāo)SpaceX成為未來(lái)低軌衛(wèi)星發(fā)射的重要運(yùn)載力量。2024年我國(guó)長(zhǎng)征六號(hào)丙和長(zhǎng)征十二號(hào)將實(shí)現(xiàn)首飛，全年計(jì)劃實(shí)施100次發(fā)射任務(wù)。據(jù)《中國(guó)航天科技活動(dòng)藍(lán)皮書(shū)(2023年)》，2023年，中國(guó)航天實(shí)施67次發(fā)射任務(wù)，位列世界第二，研制發(fā)射221個(gè)航天器，發(fā)射次數(shù)及航天器數(shù)量刷新中國(guó)最高紀(jì)錄。其中長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭47次發(fā)射全部成功，成功率100%，累計(jì)發(fā)射突破500次，其他商業(yè)火箭發(fā)射20次。2024年，中國(guó)航天全年預(yù)計(jì)實(shí)施100次左右發(fā)射任務(wù)，開(kāi)展230余發(fā)運(yùn)載火箭組批投產(chǎn)，完成多項(xiàng)商業(yè)航天和整星出口合同履約工作。同時(shí)，航天科工將完成長(zhǎng)征六號(hào)丙運(yùn)載火箭和長(zhǎng)征十二號(hào)運(yùn)載火箭首飛任務(wù)，該兩型火箭有望成為我國(guó)商業(yè)和低軌載荷的重要運(yùn)載力量。我國(guó)商業(yè)火箭領(lǐng)域初創(chuàng)企業(yè)涌現(xiàn)，包括藍(lán)箭航天、天兵科技、星際榮耀、東方空間、星河動(dòng)力等商業(yè)航天公司均推出了各自的火箭型號(hào)，涵蓋了液體火箭和固體火箭等各類燃料型號(hào)。據(jù)央視網(wǎng)，2023年我國(guó)民營(yíng)火箭共發(fā)射13次，同比2022年增加160%，預(yù)計(jì)我國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破2.3萬(wàn)億元。海南商業(yè)航天二號(hào)發(fā)射工位能夠滿足9家火箭公司的19型火箭，目前中科宇航、藍(lán)箭航天、天兵科技等許多國(guó)內(nèi)頭部商業(yè)航天企業(yè)都已經(jīng)或計(jì)劃落地文昌國(guó)際航天城，為后續(xù)我國(guó)低軌衛(wèi)星大規(guī)模組網(wǎng)做好準(zhǔn)備，24年預(yù)計(jì)純民營(yíng)的火箭發(fā)射次數(shù)占我國(guó)總發(fā)射量比重會(huì)達(dá)到25%-30%。多型號(hào)可回收火箭有望在近年試飛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)商業(yè)火箭領(lǐng)域至少有六款可回收火箭正在研發(fā)進(jìn)程中，分別是天兵科技的天龍三號(hào)（預(yù)計(jì)24年9月首飛）、深藍(lán)航天的星云一號(hào)（預(yù)計(jì)24年底首飛）、星河動(dòng)力的智神星一號(hào)（預(yù)計(jì)24年首飛）、藍(lán)箭航天的朱雀三號(hào)（預(yù)計(jì)25年首飛）、東方空間的引力二號(hào)（計(jì)劃25年首飛）、星際榮耀的雙曲線三號(hào)（預(yù)計(jì)25年底首飛）。我國(guó)商業(yè)火箭有望成為運(yùn)力主角。目前，我國(guó)已完成發(fā)射的商業(yè)火箭公司有6家，分別是星河動(dòng)力、星際榮耀、藍(lán)箭航天、中科宇航、天兵科技、東方空間，向后展望三年，隨著具備發(fā)射能力的火箭企業(yè)數(shù)量增長(zhǎng)，以及更大運(yùn)力的商業(yè)運(yùn)載火箭列裝，商業(yè)火箭發(fā)射數(shù)量有望快速增長(zhǎng)。我們根據(jù)各家火箭發(fā)射規(guī)劃，對(duì)未來(lái)三年我國(guó)火箭發(fā)射數(shù)量進(jìn)行了測(cè)算，預(yù)計(jì)到2026年商業(yè)火箭發(fā)射次數(shù)將占我國(guó)總發(fā)射數(shù)量的一半以上，到2027年主流商業(yè)火箭公司年發(fā)射能力達(dá)到20發(fā)，62%的發(fā)射都將由商業(yè)火箭完成。商業(yè)火箭運(yùn)載能力有望逐步增強(qiáng)，目前商業(yè)火箭LEO運(yùn)載能力集中在5噸及以下，各家商業(yè)火箭企業(yè)推出的下一代運(yùn)載火箭的LEO運(yùn)力將有所提升。同時(shí)，若以當(dāng)前LEO平均運(yùn)力3噸/枚測(cè)算，到2027年我國(guó)商業(yè)火箭運(yùn)力將達(dá)到450噸，能夠滿足超500顆800kg的低軌衛(wèi)星入軌。終端應(yīng)用展望：多環(huán)節(jié)存在迭代升級(jí)需求高軌衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、遙感等領(lǐng)域。高軌衛(wèi)星距地面35800km，理論上，三顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。一顆衛(wèi)星幾乎可以覆蓋整個(gè)半球，形成一個(gè)區(qū)域性通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為其衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的任何地點(diǎn)提供服務(wù)。但由于高軌衛(wèi)星距離地球較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，需要較大的通信天線，且信號(hào)傳輸時(shí)延較大。衛(wèi)星電話與普通手機(jī)存在明顯差異。為確保信號(hào)能夠傳輸?shù)竭h(yuǎn)距離的衛(wèi)星，衛(wèi)星電話的發(fā)射功率通常較高，最大發(fā)射功率需要在2W以上；普通手機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)的發(fā)射功率在0.1W到1W之間，遠(yuǎn)低于衛(wèi)星通話功率。衛(wèi)星電話的發(fā)射和接收頻段通常在L、S、C、Ku等頻段，普通手機(jī)則主要在2G到5G的頻段。另外，由于高軌衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn)，衛(wèi)星電話系統(tǒng)通常使用多波束天線來(lái)覆蓋不同的區(qū)域，較長(zhǎng)的天線可以提供更高的增益，從而提高信號(hào)的接收和發(fā)送效率，實(shí)現(xiàn)更精確的波束控制和覆蓋。改進(jìn)手機(jī)直接連接模式，直連高軌衛(wèi)星。通過(guò)在普通手機(jī)中增加衛(wèi)星通信芯片，實(shí)現(xiàn)手機(jī)與衛(wèi)星及運(yùn)營(yíng)商基站雙連接的能力，地面移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)模式間的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)與地面基站或衛(wèi)星的通信。如HUAWEIMate60依托天通一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話，是全球首款支持衛(wèi)星通話的大眾智能手機(jī)，提供語(yǔ)音、短信和數(shù)據(jù)服務(wù)。iPhone14利用高通X65基帶芯片及定制射頻模塊，通過(guò)全球星衛(wèi)星通信服務(wù)發(fā)送求救信息，實(shí)現(xiàn)緊急求助功能。衛(wèi)星共享地面蜂窩頻段連接存量手機(jī)，目前已完成初步試驗(yàn)。天地通信使用同一體制能夠使存量手機(jī)終端直接接入衛(wèi)星和地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)，該場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)的前提是4G/5G基站上星，并通過(guò)低軌衛(wèi)星星座以及大口徑大功率衛(wèi)星天線實(shí)現(xiàn)手機(jī)和衛(wèi)星的連接。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星終端逐漸在各個(gè)領(lǐng)域落地應(yīng)用，為陸地、海洋和航空等場(chǎng)景帶來(lái)了顯著的變革。陸地方面，實(shí)現(xiàn)車頂高速通信、車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與車輛數(shù)據(jù)采集；海洋中，無(wú)人船和浮標(biāo)用于監(jiān)測(cè)并回傳數(shù)據(jù)；航空里，載重和巡檢偵察無(wú)人機(jī)在救災(zāi)、巡查中回傳信息輔助決策。如中國(guó)聯(lián)通在2024聯(lián)通合作高效通伙伴大會(huì)上正式發(fā)布“領(lǐng)航者相控陣”衛(wèi)星通信產(chǎn)品，該產(chǎn)品具備電掃技術(shù)與抗干擾強(qiáng)等性能，重量輕、尺寸小，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛且兼容性強(qiáng)，能滿足中國(guó)內(nèi)陸及部分近