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卫星互联网系列研究(一):产业发展概况

发布日期:2023-09-08

来源:贝斯特全球最奢华2222

 

卫星互联网是当前乃至未来相当长一段时期大国竞争的新高地,是我国新型基础设施的重要领域,是构建天地互连网络的重要组成部分。当前,全球主要国家及头部商业企业正积极抢占产业发展先机,构筑竞争壁垒。

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一、卫星互联网基本情况

(一)卫星互联网概念及构成

卫星互联网是一种基于卫星通信技术构建的全球性互联网系统,通过卫星组成的网络实现全球范围的覆盖,满足偏远地区、海洋、航空航天等通信需求。

卫星互联网由通信卫星、地面接收站和用户终端构成。通信卫星是卫星互联网的核心,它通过自身天线与地面终端连接,负责接收用户发送的数据,并将数据发送到目标地点;地面接收站是接收卫星信号的设施,将卫星传输的数据转发到互联网或其他目标设备;用户终端包括个人电脑、智能手机、卫星电话等设备。

(二)卫星互联网特点

1.广覆盖:提供覆盖全球的互联网

卫星互联网通过卫星信号实现全球范围的网络覆盖,克服地理限制,实现偏远山区、沙漠、海洋等人口稀少或地理环境恶劣地区的互联网连接,是地面通信网络的补充和延伸。具备灵活性和快速启动等优势,可以作为自然灾害或紧急情况下的有效通信方式。

2.低时延:降低网络的传输延时

卫星互联网低延时的特点使其成为全球范围内实时通信和数据传输的理想选择。通过利用部署在近地轨道的卫星网络,数据信号的往返传输时间被缩短至几十毫秒的水平。在银河航天首发星测试中,典型的延时值在20~40毫秒之间,可以与地面光纤网络媲美。卫星互联网的低延时对金融交易等对于即时数据传输和快速响应需求高的应用场景具有重要意义;同时,低延时的优势在长距离传输中尤为明显,为全球范围内的通信提供可靠的解决方案。

3.宽带化:提供高带宽容量的宽带服务

通过采用高频段通信技术、多点波束和频率复用等先进技术,卫星互联网的通信能力得到显著提升。一方面高频段通信技术提供更广阔的频谱资源,使得卫星互联网能够实现更高的信息传输速率,满足高信息速率业务的需求。另一方面,多点波束技术使得卫星能够同时与多个地面终端进行通信,提高频谱利用效率和资源分配的灵活性。此外,频率复用技术使得卫星可以同时传输多个频段的数据,提高频谱利用率,降低单位宽带成本。

4.低成本:建设成本低于地面通信设施

相比地面基础设施,卫星互联网的基础设施建设成本较低,无需大规模的物理设备和光纤铺设,其建设不会随着地理距离加长而增加成本。同时,卫星互联网具备快速部署和灵活调整的优势,能够根据需求灵活扩展和调整网络,避免过度投资和资源浪费。此外,卫星互联网采用软件定义技术,能够延长卫星的使用寿命,减少人力和物力资源投入,降低更换和维护的成本。

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二、卫星互联网的发展过程

(一)初创探索阶段:20世纪80年代~2000年

上世纪80年代,以摩托罗拉公司的“铱星”星座为代表,欧美企业纷纷提出卫星星座计划,积极建设覆盖全球的卫星通信网络。这一阶段目标是通过部署低轨卫星,为全球提供语音通信、低速数据传播和物联网等服务。但同期,地面通信系统发展迅速,卫星通信的优势减弱。

(二)商业化发展阶段:2000年~2014年

2000年以后,以新铱星、全球星和轨道通信公司等为代表,将卫星互联网定位为对地面通信系统的补充和延伸,卫星互联网进入商业化发展的阶段。新铱星、全球星通过重新部署卫星星座,实现偏远地区、海洋以及灾难区网络覆盖;轨道通信公司致力于物联网应用,主要应用于跟踪和监测物流、农业和环境等领域的数据,提高效率和可持续性。

(三)快速崛起阶段:2014年~2020年

2014年以后,以OneWeb、SpaceX、亚马逊等企业为代表筹划建设新型卫星互联网星座,该阶段星座规模数量庞大,企图实现全球范围的互联网覆盖,并与地面通信系统进行融合发展,卫星互联网逐步步入宽带互联时代。同时,我国航天科工、航天科技等企业也提出建设卫星互联网星座计划,旨在利用卫星网络为全球提供高速互联网。

(四)快速创新发展阶段:2020年至今

2020年以后,以SpaceX公司一箭多星、可回收、低成本等技术为代表,新的技术和解决方案不断涌现,卫星互联网进入快速创新发展阶段。同期,中国将卫星互联网纳入新型基础设施,并成立中国星网公司,推动卫星互联网的建设。该阶段,卫星互联网建设目标更加明确,技术快速迭代更新,国际竞争和头部企业间竞争进入快车道。

 

 

图1  卫星互联网发展阶段

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三、我国卫星互联网发展现状

(一)政策力度加大,引导产业高质量发展

国家高度重视卫星互联网发展。国家出台一系列政策文件,为卫星互联网产业发展提供政策支持和指导。2014年,国务院发布《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,首次鼓励民间资本积极参与卫星研制、发射和运营商业遥感卫星,标志着我国开始从政策层面鼓励民营企业参与商业航天发展。2020年4月,国家发改委明确将卫星互联网纳入“新基建范畴”,作为新一代通信网络设施的重要组成部分,与5G、物联网、工业互联网等并列。2021年11月,工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》,提出加快布局卫星通信,推进卫星通信与地面信息通信系统深度融合。2023年2月,工信部放开卫星互联网设备进网许可管理,为卫星通信网络的部署建设提供便利。

表1  我国卫星互联网产业发展相关政策

 

 


各地方省市积极抢抓产业发展先机。在国家大力推动卫星互联网的发展之下,部分重点城市如北京、上海、深圳、重庆、武汉、西安、合肥、宁波等,纷纷制定卫星互联网产业支持政策,积极争取成为国内卫星互联网产业的领军者。

表2  我国部分省份卫星互联网相关政策

 

 


(二)星座计划启航,产业上游进入快车道

以星网公司、航天科工、航天科技为代表的国家队和以银河航天、和德宇航为代表的头部民营企业,积极加快星座部署,旨在通过建设大规模的卫星网络来实现全球范围内的无缝覆盖和宽带接入。如GW星座、鸿雁星座、虹云工程、行云工程、银河Galaxy、G60星座等项目。

表3  我国部分卫星互联网星座建设计划

 

 

 


(三)国企民企齐发力,合力推动产业快速发展

我国卫星互联网产业起步晚,面对稀缺且不可再生的轨道资源,正在加快产业布局。一方面,国家积极整合优势资源,2021年在雄安注册成立中国卫星网络集团有限公司(星网集团),致力于建设一个更加庞大的低轨卫星移动通信与空间互联网系统。另一方面,形成以航天科技、航天科工、中国卫星等国家队引领,银河航天、九天微星、航天宏图、和德宇航等民营企业积极参与的多元化卫星互联网产业格局,推动技术创新、商业化发展和行业繁荣。

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四、卫星互联网产业链情况

卫星互联网核心产业的产业链主要包含卫星研制、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四大环节。向上延伸主要为材料、燃料、电子元器件,向下延伸主要为应用环节。

 

图2  卫星互联网产业链

(一)卫星研制环节及代表企业

卫星研制环节包括卫星平台、卫星载荷,具体细分领域如下。

 


图3  卫星研制产业全景图

在卫星研制环节,航天科技、航天科工作为国家队,承担着多个卫星项目,包括高分系列遥感卫星、北斗导航卫星和气象卫星等研发和制造。民营队包括银河航天、九天微星等企业。其中,银河航天是国内商业卫星互联网的第一家独角兽企业,目前已经发射8颗试验卫星,组建星地融合5G试验网络“小蜘蛛网”。九天微星专注于小型卫星的研制和应用,率先实现民营企业百公斤级卫星的自主研制及在轨验证。

(二)卫星发射环节及代表企业

卫星发射环节包括火箭制造和发射服务,具体细分领域如下。

 

 

 


图4  卫星发射产业全景图

2015年以后,涌现出一批民营火箭公司,如蓝箭航天、零壹空间、星际荣耀、深蓝航天、星河动力、天兵科技、中科宇航等,与中国航天科技和中国航天科工一起,推动中国商业火箭的创新和发展。2023年以来,中国民营火箭企业共计成功发射7次,其中,蓝箭航天的朱雀二号(遥二)是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭,展现中国商业航天的实力和潜力。

(三)地面设备环节及代表企业

地面设备主要包括固定地面站、移动式地面站(静中通、动中通等)以及用户终端,具体细分领域如下。

 

 

 


图5  地面设备产业全景图

我国地面设备制造行业综合化程度较高,涉及领域广泛,吸引众多跨行业参与者,市场竞争相对比较激烈。同时,我国卫星地面设备制造产业呈现出明显的区域集聚特点。目前,形成五大产业集聚区,包括京津冀、珠三角、长三角、华中以及川渝陕,其中,北京、上海、深圳、重庆、西安等重点城市展现出良好发展势头。国家队代表企业包括海格通信、普天科技等,专注于通信网络设备、终端产品和解决方案的研发、制造和销售。民营队代表企业包括华力创通、柒星通信、星网宇达等,其中,柒星通信重点研发融合公网、专网通信的网络通信设备与终端产品。

(四)卫星运营及服务环节及代表企业

卫星运营及服务主要包括卫星移动通信服务、宽带广播服务以及卫星固定服务等,具体细分领域如下。

 

 


图6  卫星运营及服务产业全景图

卫星运营及服务环节是卫星互联网产业链中的重要组成部分。国家队中,中国卫通主要运营高轨通信卫星,开展电视广播、海事通信、应急通信等业务;中国星网未来主要负责低轨卫星互联网星座的运营。目前,受限于通信卫星运营牌照申请的壁垒,民营队暂未有企业获得该项运营许可。

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五、卫星互联网产业规模情况

(一)整体产值规模

美国卫星产业协会(SIA)数据显示,2021年全球卫星通信行业规模达到1816亿美元,近5年复合增长率11.98%。中商产业研究院研究数据显示,2021年中国卫星互联网行业市场规模达到292.48亿元,预计2025年将增长至446.92亿元,2021~2025年复合增长率达到11.18%,卫星互联网行业前景广阔。随着卫星通信技术的不断创新和商业化应用的推进,卫星互联网行业将为全球用户提供更广泛、可靠的通信和互联网服务,同时为相关企业和市场带来巨大的商机和经济价值。

 

图7  我国卫星互联网市场规模预测(单位:亿元)

(二)各细分领域产值规模

数据显示,卫星互联网产业链中卫星研制、火箭发射、地面设备和运营服务占总市场规模的比例分别为7.10%、2.20%、45.10%和45.60%,卫星研制和发射是产业链中的关键环节,但仅占据相对较小的市场份额,而地面设备和地面运营则占据相对较大的市场份额,起着关键支撑和运营角色。当前整个产业处于组网阶段,因此卫星研制和发射占据主导,随着组网完成,运营及下游应用将占据主导。


图8  全球卫星产业细分结构图

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六、发展卫星互联网的重要意义

(一)构筑国家综合实力的重要组成

卫星互联网建设和应用可以充分体现一个国家在航天技术、通信技术和网络安全等方面的技术创新能力。同时,卫星互联网的运行和维护对于国家的战略通信和情报侦察具有重要的意义。随着现代战争形态的演变,信息化战争已经成为国家安全的重要方面,卫星互联网可以提供全时、全域、全方位的军事情报,获取高分辨率的目标图像、视频等数据,还可以作为地面通信设备受损后的补充,增强国家的信息化战略能力和安全防护能力,提升国家的综合国力和竞争力。

(二)全面缩小数字鸿沟的关键举措

卫星互联网的推广和应用有助于缩小数字鸿沟,为全球各地的人们提供平等接入互联网的机会。中国幅员辽阔,拥有广阔的海洋领域,同时许多偏远农村地区、西部沙漠地带和戈壁地区等地仍然存在通信盲区。卫星互联网可以提供全球互联网接入服务,不受地理限制,弥补传统地面网络无法覆盖的限制,促进这些地区信息流动和共享,带动经济发展、教育、医疗、应急救援等领域的进步。

(三)深度赋能各行各业数字化发展

卫星互联网的广泛应用将对各行各业产生深远影响,为各个领域创造更多机会和发展空间。在交通运输领域,卫星互联网可以提供实时的交通信息、路况监测、货物监测等,提高交通运输的效率和安全性。在农业生产领域,卫星互联网可以监测农作物的生产情况、土壤湿度、气候变化等因素,优化农业生产与管理。在医疗服务领域,通过远程医疗服务,卫星互联网可以打破地理限制,实现医生远程诊断、治疗和手术等操作,为偏远地区和医疗匮乏地区提供高质量的医疗服务。在灾害监测和救援方面,卫星互联网可以预测和监测自然灾害,提供通信和救援指导。同时,卫星互联网的普及还将为数字经济带来广阔的发展前景,广泛应用于电子商务、在线教育、远程办公等数字经济活动,促进经济的包容性和发展的平衡。

作者:卢跃

 

 

 


 

 

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