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一天吃透一条产业链——低轨卫星

卫星通信产业链包含卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营和服务四大环节。其中,产业链上游主要为卫星制造及发射,中游为地面

卫星通信产业链包含卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营和服务四大环节。其中,产业链上游主要为卫星制造及发射,中游为地面设备,下游为卫星运营及服务。

1 卫星制造

卫星上游主要是卫星制造,大卫星制造以中国航天科技集团、中国航天科工集团、中国卫星等国有企业为主,民营企业多参与小卫星及微小卫星制造。一般卫星包括卫星平台和卫星载荷两部分。

在制造端,中国已在海南、上海、武汉等多地布局规模化卫星制造工厂。海南卫星超级工厂配套国际星箭协同研发中心,卫星出厂前完成与火箭的组合测试,以 “星箭组合体” 状态就近发射;时空道宇、格思航天等企业也已建成具备数百颗卫星年产能的制造基地,国内卫星工厂产能规模持续攀升,规模化与柔性化生产水平稳步推进。

当前我国卫星制造产能已适度超前布局,但适用于一箭多星发射的卫星堆叠与集成技术尚未规模化应用,卫星产能超出火箭发射体系现有承载能力,待发射节奏匹配后将全面释放,因此当前低轨卫星制造的主要发展方向为降本而非增产。

(1)卫星制造成本主要分为卫星载荷与卫星平台

卫星载荷是卫星入轨后发挥核心功能的部件,主要分为天线(占价值 75%)和转发器(占价值 25%)两大子系统。天线负责空间电磁波与馈电电缆电信号的互转,转发器完成信号的接收、处理与重发;其中 T/R 组件在天线子系统中价值占比达 50%,是整个载荷单价最高的核心器件,此外载荷还涵盖星间链路等部分。相关民营企业有航天环宇/天箭科技(星载天线)、铖昌科技/臻镭科技(芯片)、国博电子/通宇通讯(T/R组件)、富士达/陕西华达(连接器)、国光电气(行波管)、上海瀚讯(整个载荷)等。

卫星平台是为有效载荷在轨正常工作提供支撑、保障和服务的所有分系统集合,通常包含姿态控制、电源、结构、测控、热控与星务管理等分系统(返回式卫星另含着陆系统)。其中姿态控制系统价值占比最高,约占卫星平台总成本的 40%,是平台中价值最大的分系统。

卫星平台控制分系统核心组件有星敏感器、加速度传感器、飞轮和SoC芯片,相关企业有天银机电、航天科技、芯动联科、国机精工和航宇微;测控分系统相关企业有星图测控、航天电子和鸿远电子;供配电分系统趋势是三结砷化镓太阳电池-锂离子蓄电池,相关民营企业有乾照光电;结构分系统中,光威复材、楚江新材、应流股份等民营企业可提供结构材料;热控分系统中,瑞华泰可提供热控材料;数管分系统相关民营企业有智明达、航天智装和鸿远电子。

卫星载荷通常针对特定航天任务定制化开发,而卫星公用平台注重集成化与通用化设计,是规模化生产的主要方向。在卫星生产未规模化的背景下,卫星载荷大幅降本难以实现,成本优化压力主要集中于平台的通用化设计与规模化生产环节。规模化生产可摊薄卫星平台成本,定制卫星中平台与载荷成本各占 50%,批量生产时平台成本占比可降至 30%,商业卫星理想情况下平台占比低至 20% 左右。

(2)规模化部署带来降本空间

目前国内卫星平台尚未形成规模化生产,成本有待进一步摊薄。中国卫星开发了 CAST10、CAST20 等多个小 / 微小卫星公用平台,覆盖 1kg~1000kg 量级卫星。美国卫星平台规模化进度领先,成本占比较低,中国后续形成规模化生产后,有望将卫星平台成本占比降低,使主要制造成本集中于有效载荷。

通过优化卫星总装流程,可将批产星 AIT(装配、集成和测试)周期由 1 年以上缩减为 3 个月,发射场工作周期由 35-55 天缩减为 20 天。

星链的经验借鉴在前,卫星降本空间较大。2023年11月,马斯克在X上发文表示星链计划已经实现了现金流平衡,证明该模式在商业层面的可行性。马斯克声称星链单颗卫星的制造成本已低于50万美元1,相比之下,我国商业卫星制造成本仍处于千万量级--以微纳星空中标10颗遥感小卫星、总价8亿元2为例,单星成本约为星链的10倍以上,显示我国在卫星制造环节仍存在显著的降本空间。

中国有能力在生产端复用星链的规模化生产模式。星链在成本与规模上的突破,得益于其深入贯彻“制造优先、集约高效”的敏捷制造理念。该模式高度契合低轨卫星低成本、大规模制造的需求,中国卫星制造企业可借鉴并复制这一路径,充分融合技术、管理与组织优势,加速推动卫星产能扩张。

美国超前布局低轨卫星领域,其多项专利技术为国内发展提供了参考路径。2008年SpaceX的猎鹰1号火箭首次成功入轨,而到2015年中国商业航天正式起步之际SpaceX已实现猎鹰9号一级火箭的首次成功回收。美国凭借其在卫星领域的超前布局,在卫星在轨规模和成本控制方面建立起显著领先优势。SpaceX在低轨通信卫星领域已布局多项技术专利,其卫星轨迹规划、抗干扰及星间链路等技术已成为行业标杆,也为国内低轨卫星领域的技术突破提供了清晰的技术演进路径。

中国在卫星制造领域持续推动成本优化,于制造端快速缩短与美国差距。长光卫星研制的“吉林一号”低轨遥感卫星系列,通过贯彻“星载一体化”设计理念,在维持高分辨率性能的基础上,依托持续技术迭代实现卫星重量与制造成本的显著下降,并逐步形成规模化制造能力。该降本增效的技术路径与商业模式正延伸至通信卫星领域,千帆星座等低轨通信卫星,通过推进标准化平台设计与工业化批量生产,进一步验证了这一发展逻辑。基于此可判断,中国低轨通信卫星的单星制造成本应呈现出与“吉林一号”相似的快速下降趋势。

(3)相控阵天线可保证低轨通信质量,T/R 组件是其功能核心

有源相控阵天线凭借波束灵活控制能力,成为低轨通信卫星广泛采用的关键技术。该天线通过调控阵列中各辐射单元的馈电相位与幅度,实现波束指向与形状的重构,满足低轨卫星相对于地面高速移动下的快速跟踪与精准波束指向需求,已逐步成为低轨通信卫星天线的主流方案。

相控阵系统最核心的部件为 T/R 组件,价值占分系统的 50%。T/R 组件由发射(Transmit)和接收(Receive)通道组成,是雷达或通信系统实现信号收发放大的核心组件,一颗卫星可能搭载数百至数千个 T/R 组件,当前低轨通信卫星对 T/R 组件的要求是体积小、重量轻、效率高、发热量低。

(4)激光通信成为星间互联的优先选择

星间链路是互联网星座从 “接入网络” 到 “空间网络” 的核心技术,指低轨卫星通信网络空间段内卫星与卫星之间的通信链路。低轨互联网星座卫星规模庞大、轨道面多,单颗卫星覆盖范围有限,需通过星间链路实现同轨面、跨轨面卫星间的数据交换与转发,以扩大通信覆盖范围、提升通信稳定性、降低通信时延,实现空间网络连接需求。

星间链路通信介质主要为微波与激光,其中星间激光通信利用激光束作为载波传递信息,相比传统微波通信,具有通信容量大、体积小、保密性高、无电磁频谱约束等优势,成为星间组网的首选方案。该方式可在实现设备轻量化的同时提供极高传输带宽,显著降低卫星星座系统对地面网络的依赖,减少地面信关站建设数量与部署成本。截至 2024 年 6 月,StarLink 发射的 5600 余颗活跃卫星中有近 3000 颗带有星间激光通信,比例超 50%。

(5)霍尔电推进技术能实现卫星的高性能姿控需求

霍尔电推进属于电推进技术的一种,基于霍尔效应,利用静电场对离子进行加速并产生推力,具有运行电压低、安全性高、推力密度高(1–3mN/cm²)等优势,适用于大功率推进场景。与传统化学能推进相比,霍尔电推进可大幅节约航天推进剂消耗,提升卫星有效载荷承载能力,且推力波动小、输出一致性好,有助于提高航天器姿态稳定度,已成为姿态控制系统的主流技术路径。

截至 2016 年 12 月,国外已有 556 台霍尔推力器部署于 117 颗航天器,美国 LS-1300 平台卫星采用的 SPT-100 型霍尔电推进系统,将姿态误差降低约 80%。为应对低轨卫星星座大规模部署需求,霍尔电推进系统正围绕 “降本增效” 迭代,传统采用氙气作为推进剂,而 SpaceX 率先采用氪气(成本较氙气下降约 40 倍),第二代星链卫星 V2 Mini 版本进一步引入氩气作为推进剂,使单星成本降低 3–5 万美元,且推力提升至初代的 2.4 倍,比冲提高至 1.5 倍,增强了卫星轨道调整效率与全生命周期机动能力。

(6)柔性太阳翼以轻量化特点高度适配低轨微小卫星

柔性太阳电池阵技术是国内外航天器能源系统的主流发展方向。与传统刚性太阳电池阵相比,柔性太阳电池阵采用柔性薄膜基板,电路与基板总厚度不足 1 毫米,收拢时电池板呈压紧状态,大幅提升质量比功率与收拢体积下的功率密度,且具备优异的结构适应性,能贴合航天器复杂外形布局,更高效利用航天器表面空间,提升整体发电能力。

柔性太阳翼的实现依赖多项关键技术突破,其结构部件需在微重力、大温变等空间环境下满足尺寸稳定性、结构刚度与轻量化要求;薄膜封装需耐原子氧侵蚀,柔性电路及接点需兼具高机械柔韧性与抗疲劳特性,砷化镓等柔性电池需在卷绕、展开及长期在轨过程中保持电性能稳定。目前空间柔性太阳翼主要发展出手风琴式、扇形展开式与卷绕式三类主流构型,各类构型在展开可靠性、功率体积比与适应性等方面各具特点,适配差异化航天任务与平台需求。其中卷绕式柔性太阳翼适用微小卫星,但材料及工艺要求较高。

2 卫星发射

(1)运载火箭的技术、成本与产业格局

运载火箭是将卫星等航天器推向太空的载具,依靠自身携带的推进剂燃烧产生反作用力推进,不依赖外界空气,可在大气层内外飞行。主要由箭体结构、推进系统、制导控制系统、安全自毁系统等构成,一般分为 2~4 级,末级设仪器舱与有效载荷,外部配整流罩。按级数可分为单级火箭和多级火箭,按推进剂可分为固体火箭、液体火箭和固液混合型火箭,按是否可回收分为一次性使用火箭、部分重复使用火箭和完全重复使用火箭。

运载火箭的主系统包括结构系统(箭体结构,核心部件含有效载荷整流罩、推进剂贮箱等)、动力装置系统(推进系统)和控制系统(含制导系统、姿态控制系统、供配电时序系统)。

动力系统中,固体发动机结构简单、发射周期最短 24 小时、储存周期数年,但比冲低(2000~3000 牛秒 /kg),适配小卫星;液体发动机比冲更高(2500-4600 牛秒 /kg)、运载能力强、可控性好,其中液氧甲烷发动机推进剂资源丰富、无毒无污染、变推力特性好、维护方便,虽密度和比冲不及液氧煤油,但使用成本及性能维护优势明显,已成为下一代液体运载火箭的理想动力选择。

运载火箭的硬件成本中,发动机和箭体结构占比最高。在一级火箭硬件成本中,发动机占 54.3%,箭体结构占 23.5%;二级火箭硬件成本中,箭体结构占 29.5%,二级发动机占 28.6%,电气设备占 27.2%,阀门机构、火工品、推进剂成本占比相对较小。

运载火箭制造 “国家队” 为航天科技集团、航天科工集团,民企第一梯队包括星河动力、中科宇航、星际荣耀和蓝箭航天等。与运载火箭结构件相关的民营企业有斯瑞新材、宝钛股份等(发动机原材料),超捷股份(整流罩、贮箱等),铂力特、华曙高科(火箭零部件打印工艺)等;从事运载火箭整箭制造的民企包括星河动力、蓝箭航天、星际荣耀、零壹空间等。

我国整体火箭运载能力仍需补短板,民营火箭公司份额较低。2024 年我国 68 次航天发射任务中,商业航天发射(含拼车和搭载)43 次,占比 63.2%;民营火箭公司发射 12 次,占比 17.6%。商业发射中,“长征” 系列运载火箭 24 次,“快舟” 系列 5 次,“谷神星” 一号 5 次等,发射形式以一箭多星为主,占商业发射总次数的 79.1%,“千帆” 极轨 01 组卫星首次实现我国平板式卫星一箭 18 星的堆叠发射。

(2)航天发射场加速建设,推动商业航天发射能力进一步提升

目前我国商业航天发射工位紧张,未来将加快商业航天发射场建设。中国现有四大陆上航天发射场(酒泉、西昌、太原、文昌),其中酒泉卫星发射中心设有商业航天发射工位,海阳东方航天港是我国运载火箭海上发射母港。2022 年 7 月海南商业航天发射场开工建设,2024 年 11 月 30 日,长征十二号运载火箭在该发射场完成我国首个商业航天发射场发射任务。后续海南商业航天发射场 1、2 号工位将形成常态化发射能力,3、4 号工位建设也将加快推进。

我国运载火箭仍以前三代为主,与全球领先技术存在代际差距。长征火箭分为五代,前三代已实现工程化应用,第四代为重复使用火箭,国内尚无工程化型号,商业航天公司有数款可复用火箭正在研制中。

与 SpaceX 的猎鹰 9 号相比,我国商业火箭在运载能力、运载系数等方面仍有差距。猎鹰 9 号为液氧煤油动力,LEO 运载能力 22.8 吨,运载系数 4.2%,子级已实现第 31 次复用;我国蓝箭航天朱雀二号(液氧甲烷)LEO 运载能力 6 吨,运载系数 2.7%,星际荣耀双曲线二号(可复用)LEO 运载能力 1.9 吨,运载系数 2.1%,东方空间引力二号(液氧煤油)预计 LEO 运载能力 25.6 吨,运载系数 2.8%。

可重复使用火箭具有低成本、高频度、大规模、高可靠等优势,将逐渐成为国际航天发射市场主力。火箭回收可节省大量成本,SpaceX 猎鹰 9 号回收并重复使用第一级可节省 80% 资金,若第二级也回收,发射成本将降至目前的 1%。世界主流火箭回收方案包括伞降回收、垂直回收和带翼飞回,其中垂直回收飞行载荷小、着陆精度高,对火箭结构设计改动最小,经济应用价值最高。

我国可复用火箭研发加速推进。美国 SpaceX 的猎鹰 9 号于 2015 年实现第一级火箭垂直回收,Blue Origin 于 2025 年 11 月实现一子级海上垂直着陆回收。国内航天国企和民企陆续开展重复使用和火箭回收实验试车,中国航天科技集团计划 2025 年和 2026 年分别首飞 4 米级、5 米级可重复使用火箭;中科宇航在山东海阳完成海上垂直回收演示验证飞行试验,为我国火箭海上回收提供了技术积累。

(4)国内卫星星座发射计划加速部署

截至 2030 年,预计我国卫星发射数量有望达 16300 颗。G60 星座计划 2027 年底发射 1296 颗卫星,2030 年底前完成 15000 颗卫星全部发射,2028-2030 年均发射超 4000 颗;GW 星座计划 2030 年底前完成 10% 的卫星发射,2030 年后平均每年发射 1800 颗。

(5)运载火箭发射次数有望快速增长,一箭多星技术日趋成熟

我国 “一箭多星” 技术发展迅速,2024-2025 年多次实现 “一箭多星” 发射,2024 年 8 月 6 日长征六号改运载火箭将 “千帆星座” 首批 18 颗商业组网卫星送入预定轨道,后续多次实现 “一箭 18 星” 发射。天兵科技正在探索 “一箭 36 星” 发射,目前地面验证试验已全部完成,有望大幅提升国内商业航天规模化发射能力。2023 年 SpaceX 公司发射火箭 96 次,总计发射 1984 颗卫星,平均一次发射 20.7 颗卫星,我国 “一箭多星” 技术正逐步向国际水平靠拢。

(6)预计 2030 年我国运载火箭市场空间超千亿元

预计到 2030 年,我国运载火箭市场空间达 632 亿美元。基于星网及垣信卫星发射规划(预计发射 16300 颗卫星)、“一箭 18 星” 常态化发射假设,以及 SpaceX 猎鹰 9 号单次发射成本 6975 万美元测算,预计至 2030 年我国运载火箭发射次数将达 906 次,对应市场空间 632 亿美元。

3 地面设备

地面设备主要包括固定地面站(地球站,含信关站、数据中心、运营中心等)、移动站(动中通车 / 船 / 机载站等)、可搬动站(静中通车载站、便携站、背负式等)以及终端设备(手持终端、移动终端等)。

根据美国卫星产业协会(SIA)《2023 年卫星产业状况报告》,地面设备制造业价值量在全产业链中占比 37.76%,占比较高。固定地面站包括天线系统、发射系统、接收系统等;移动站主要由集成式天线、调制解调器和其他设备构成;用户终端包含上游关键零部件及下游终端设备。

我国地面设备的竞争格局是以科研院所为主导、民营企业广泛参与。地球站、移动站及其配套主要设备厂商包括中国电科 39 所及 54 所;基站设备提供商包括灿勤科技、盛路通信、信维通信、复旦微电等;终端芯片及设备提供商包括海格通信、华力创通、电科芯片、盟升电子、星网宇达等。

4 卫星运营

通信卫星运营是指运营商通过运营管理通信卫星,为用户提供通信、视频、数据等传输服务。

根据《电信业务分类目录(2019 修订)》,卫星通信业务类型包括:第一类卫星通信业务(A13)项下的卫星移动通信业务和卫星固定通信业务;第二类卫星通信业务(A-23)项下的卫星转发器出租、出售业务,以及国内甚小口径终端地球站通信业务。其中,卫星转发器出租、出售业务属于运营卫星业务,卫星移动通信业务、卫星固定通信业务及国内甚小口径终端地球站通信业务属于卫星应用业务。

目前我国有中国卫通、中国电信、中国移动、中国联通、中信卫星、中交通信等 6 家企业取得卫星通信相关基础电信经营许可证,其中中国卫通、中国电信和中信卫星取得转发器出租、出售业务经营资质;取得国内甚小口径终端地球站通信业务(增值电信经营许可证)的企业数量相对较多。

精选报告来源:银创产业通

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聚焦领域:新能源/新材料/高端装备制造

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