卫星互联网:从概念走向现实——卫星系列一
前些日子,支持卫星通话功能的华为Mate60发布,标志着卫星通信面向民用C端应用场景的成熟,这将为卫星互联网市场打开更大的发展空间,相关概念股因此而纷纷大涨。
近期伴随着科技股的整体回落,卫星互联网板块也出现了一些调整。如果卫星互联网是一个史诗级的产业趋势,那么股价的每次回眸都会令人心动。
接下来,我重点回答几个关键问题:1)当我们说卫星互联时究竟在说什么?2)相关产业链包括哪些?3)为什么行业进入到了1-10的快速发展期?
一,当我们说卫星互联网时究竟在说什么
我们常说的“卫星”,全称叫做“人造卫星”,是环绕地球或其他行星在空间轨道上运行的无人航天器。
按照用途可以分为通信卫星、导航卫星、遥感卫星,简称“通导遥”。
1)通信卫星:用作无线电通信中继站,通过转发无线电信号传输电话、电报、传真和数据等,是世界上应用最早、最广的卫星之一。
2)导航卫星:从卫星上连续发射无线电信号,为用户提供导航定位。
3)遥感卫星:通过对地球系统或物体进行特定电磁波谱段的数字化成像观测,进而获取观测对象多方面特征信息。
在全球和美国,通信卫星是产业链第一大组成;而在我国,遥感卫星是第一大组成,目前正在大力发展通信卫星。
也可以按照轨道高低分为低轨道卫星、中轨道卫星、高轨道卫星。
目前,全球低轨道卫星共有4078颗,占比达80%以上。
低轨通信卫星相比于传统的中高轨通信卫星,具有四大特点:
1)低时延:可将时延从200ms降低到几十个乃至十几个毫秒,能够与地面网络相提并论。
2)信号强:相应的地面终端可以更加小型化、轻量化。比如现在华为mate60就可以使用卫星通信功能了。
3)全球覆盖:由数千颗低轨卫星组成的星座可以实现全球覆盖运营
4)生产成本低:低轨卫星需求量大,批量生产使得成本大大降低
目前低轨卫星已成为各国通信卫星发展的主力。2020年以来,低轨道卫星的发射数量呈现爆发式增长。
全球在2020-2021年分别发射1150、1697颗卫星,其中有轨道高度数据披露的低轨道卫星数量分别为1122、1664颗,占比分别为97.6%、98.1%。近年来我国卫星发射也以低轨道卫星为主。
所以,当我们说“卫星互联网”时,主要是指“低轨、通信卫星”。
二,卫星互联网产业链包含四大环节
目前,我国已经基本形成完整的通信卫星产业链,主要包含了卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四大环节。
根据SIA的数据,2022年卫星互联网产业链中卫星制造占比约为 5.62%,卫星发射占比约为2.49%,地面设备占比约为 51.59%,卫星运营及服务占比约为40.30%,中下游部分的地面设备和卫星运营及服务是产业链中最主要的两个部分,合计占据了约92.89%的市场份额。卫星制造和卫星发射虽然在总体产值中占比较小,但仍然是整个产业链中不可或缺的关键环节,也是A股资金关注的重点。
下面具体分析下产业链的各个环节
1,卫星制造:有效载荷是价值核心
卫星由卫星平台和有效载荷组成。
卫星平台指保障卫星和有效载荷在空间正常工作的系统,除更新换代外,卫星平台设计在一段时期内保持相对稳定,以小幅改良调整为主。
有效载荷也称为专用系统,是卫星入轨后发挥核心功能的部分。
在理想状态下,卫星平台的成本占比在20%-30%之间。卫星平台包括姿态与轨道控制系统、电源系统、结构系统、星务系统、测控系统和热控系统。其中,姿态与轨道控制系统涉及的元件和技术最为复杂,因此其成本占比也最高,占据了全卫星平台40%。
载荷会根据卫星的功能进行调整,按卫星的各种用途主要分为:可见光相机载荷、相控阵雷达载荷、通信载荷、红外相机载荷。价值量跟随载荷的功能和数量变化。单一用途的卫星一般装有一种或两种有效载荷,而多用途卫星一般装有几种有效载荷。
随着有效载荷逐步向低功耗、小质量和小体积的方向发展,安装多种有效载荷实现不同的功能是提高费效比的主要发展趋势。
卫星整体研制主要由航天科技、航天科工等国家队承担。
航天科技具备研制各类卫星的能力,技术水平、应用水平及寿命、可靠性逐步达到国际先进水平。
航天科工具备独立研制各类典型空间飞行器及平台的能力,以商业化模式发展航天产业。
部分上市公司参与卫星上游制造环节的元器件研制,而这些公司也是当前市场最认可的正宗“卫星互联网”概念股。
根据我国现有星座规划,2023-2033年预计将有超1.2万颗卫星被发射,卫星制造+卫星发射市场空间可达8313亿元,带动6.06万亿的地面设备市场和4.99万亿的卫星服务市场。
2,卫星发射
卫星发射环节包括火箭制造以及发射服务。
卫星发射的成本,主要由火箭硬件成本、直接操作成本和间接操作成本组成。
火箭硬件成本占发射成本的 75%,发射操作、推进剂等直接操作成本约占 15%、行政管理、发射场工程支持与维护等间接操作成本占10%。
运载火箭主要由结构系统、动力装置系统、控制系统组成,三大系统称为主系统。主系统工作可靠与否将直接影响运载火箭飞行的成败。此外,还有一些不直接影响飞行成败并由箭上设备与地面设备共同组成的系统,例如遥测系统,外弹道测量系统、安全系统和瞄准系统等。
目前,市场资金尚未关注到“卫星发射”环境。但如果卫星互联网板块上涨,卫星发射有望被率先扩散到。
3,地面设备:通信设备组成繁多。
地面设备向卫星发射信号的同时接收卫星转发的信号,是地面与太空之间通信的特殊桥梁。地面设备主要包括固定地面站、移动站以及用户终端。
固定地面站指固定在地面的地面设备。
而移动站是由舰船、飞机甚至汽车搭载的,它们由于载具的移动性而被称为移动站。
用户终端则是指卫星电视、广播、宽带以及移动通信设备等。
4,下游应用:卫星运营及服务:6G融合加速,空天地、通导遥一体化
卫星运营及服务分为地面运营商和应用服务。
我国地面运营商有北斗导航运营商、遥感数据运营商、卫星通信运营商等。
应用服务的场景多种多样,包括:遥感与成像、移动通信、宽带连接、卫星导航、紧急响应与灾害救援、广播、IoT(物联网)与M2M(机器对机器)、卫星远程医疗等。应用服务下游蓝海广阔。
卫星导航是目前我国卫星应用领域规模最大、发展最快、产业化发展最成功的领域。《2021中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》指出,预计到2025年,北斗将带动形成0.8-1万亿元规模的时空信息服务市场:到2035年,将构建起智能信息产业体系,直接产生和带动形成的总体产值规模将超过3万亿元。
这个部分不是重点,暂不做展开,有机会再聊聊卫星导航行业。
三,为什么卫星互联网行业进入到了1-10的爆发期
今年,卫星互联网行业备受关注,不仅因为华为mate60的发布,更重要的是,我国卫星互联网行业本身就进入到了快速发展期。
具体来说,得益于3大力量。
1,轨道和频谱资源有限,卫星战略价值凸显。
轨道和频谱资源是太空战略资源,具有稀缺性、排他性、各国加紧抢占。
根据国际电信联盟(ITU) “先登先占”、“先占先得”的新分配原则,运营商须在2年内发射规划的10%的卫星,5年内发射50%,7年内全部部署完成,若未按时达到要求,则被视为放弃相应的资源所有权。
目前,可用于全球卫星移动通信的黄金频段 L/S 频段被瓜分殆尽;低轨卫星主要采用的Ku、Ka 频段资源也逐渐趋于饱和状态。同时星座之间还要留出一定的频率间隔防止相互干扰,协调难度大。
2021年,国外共实施39次通信卫星发射,成功将1388颗通信卫星送入太空。稳居世界第一的美国2021年成功发射1067颗通信卫星,通信在轨卫星数量达到2236颗。
与之形成强烈对比的是,2021年中国通信卫星发射数量只有17颗,占比1%;通信卫星在轨数量仅仅达到71颗,占比2%,与美国存在着巨大的差距。
2023年7月15日,星网首颗低轨试验卫星发射,开启国内低轨卫星投资浪潮,意味着中国卫星互联网进入到了快速发展期。
首颗星发射直接提升卫星互联网板块的后续催化点密度与持续度。首星上天开展在轨测试,是第二批星大规模招标的前提,招标节奏与发射节奏都将加快,再也不是半年等一个催化的时候了。
目前,市场预估:23 年发射10颗,24年发射160颗,25 年前发射500颗。也就是说,明后年是我国低轨卫星发射的爆发年。
2,“十四五”期间政策密集发布,推动产业链做大做强。
据我国国民经济“十五”计划至“十四五”规划,国家对卫星通信行业的支持政策经历了从“促进产业化”到“推进转型”再到“推动创新发展”的变化。
“十四五”期间,预计我国将围绕通信、导航、遥感等应用方向,逐步完善空间基础设施体系,深化应用创新,增强卫星产业服务实体经济发展的能力。
除此之外,国防安全需求也倒逼我国加快建立自主可控的低轨卫星网络。
目前,商业卫星已参与俄乌战争,卫星已经成为联合作战中取得胜利的重要装备,是平时监视、情报活动的重要装备。
在俄乌战争中,美国MAXAR公司利用WorldView-3卫星和GeoEye-1卫星对战场热点地区进行卫星成像,照片清晰显示了俄军装备。商业卫星在俄乌冲突中的大范围使用也刺激了反卫星武器发展。
由此可见,低轨卫星通信网络隐藏着巨大的军事价值,建立自主可控的低轨卫星通信网络十分迫切。
3,小卫星研制成本低,为卫星组网奠定基础。
近年来,卫星制造技术进步,向小型化、标准化卫星演进,为卫星批量研制和发射以及组网奠定基础。
重量在1000千克以下的卫星统称为“小卫星”。微电子、微机械、纳米技术、集成电路制造等技术的应用,使小卫星在具备研制周期短、造价低、重量轻、体积小、发射方式灵活、星座组网形成“虚拟大卫星”等优势的同时,又能实现高性能、多领域的广泛应用。
除此之外,“一箭多星”、“回收技术”等进步,也使得发射成本显著降低
SpaeX公司依靠可回收式运载火箭猎鹰9号和一箭多星技术,降低发射成本,实现星链卫星密集发射。
目前,我国也积极布局可重复使用火箭研制,发射成本有进一步的下降空间长征八号升级版CZ-8R作为国家队首款目标回收火箭正在研制中,计划2025年首度回收。
当前高通量卫星技术的发展促使卫星互联网通信的性能大幅提升,在用户成本的快速下降背景下,叠加海内外政策催化,全球卫星互联网产业发展进入高速快车道。
小结
1,当我们说卫星互联网时主要是指低轨通信卫星。
2,市场预计,23 年发射10颗,24年发射160颗,25 年前发射500颗。行业进入到爆发期,最受益的是上游的卫星制造,发射等。
3,技术进步、低轨资源竞争、政策推动等因素推动了卫星互联网行业进入到了快速发展期
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