首个海洋民用业务卫星星座（商业航天-低轨道小卫星星座）

首个海洋民用业务卫星星座（商业航天-低轨道小卫星星座）地面段由地面控制和管理设施组成，主要实现对卫星的实施跟踪、监测，以及控制管理等功能。用户段主要包括用户终端、业务地面站等能将用户直接连接到空间段的设备。 低轨小卫星一般指高度在 500 到 1500 公里范围内，重量在 1000kg 以下的现代卫 星，具有通信、导航、遥感等一种或多种功能。其中，低轨通信小卫星星座的发展最为迅猛，包括我国在内的许多国家都推出了星座计划。 卫星移动通信系统包括三个部分，即空间段（卫星）、地面段（地面控制站）和用户段（用户终端）。由于低轨道小卫星星座中卫星数量众多、相对移动快，因此须将所有卫星组成卫星网络的方式协同工作，即组成卫星星座。通常一个卫星星座由多个位于不同轨道平面的卫星环组成，每个卫星环又由多颗在同一轨道内不同相位上运行的卫星组成，因此星座设计是小卫星应用中的重要问题。

传统航天领域有着较高的技术门槛，而商业航天强调效率、低成本的特点，使得大部分缺少技术积累的新兴航天力量选择卫星应用领域作为切入口。根据《2017年卫星产业状况报告》显示的2016年全球航天产业总收入3391亿美元，我们假设航天产业以年复合增长率10%的速度增长，到2020年，全球航天产业市场总额将达到4965亿美元，对应到中国市场，包括运载火箭、卫星应用、空间宽带互联网等产业，假设按全球市场份额的25%计算，“十三五”期间将达到8000亿元。

小卫星产业带动商业发射市场往低成本转变，广义上小卫星是指质量小于1000公斤的卫星，它具有造价低、研制周期短、可批量生产的优势，并可通过组网的方式，实现传统大卫星的功能。一颗卫星的成本已由几年前的数千万元降至如今的数百万元，随着卫星研制成本的降低，低成本发射的需求呈井喷趋势。预计未来五年全球将发射超过4500颗小卫星，小卫星的高速发展将带动发射市场及高通量小卫星市场的腾飞。

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低轨道卫星系统概况

低轨小卫星一般指高度在 500 到 1500 公里范围内，重量在 1000kg 以下的现代卫 星，具有通信、导航、遥感等一种或多种功能。其中，低轨通信小卫星星座的发展最为迅猛，包括我国在内的许多国家都推出了星座计划。

卫星移动通信系统包括三个部分，即空间段（卫星）、地面段（地面控制站）和用户段（用户终端）。由于低轨道小卫星星座中卫星数量众多、相对移动快，因此须将所有卫星组成卫星网络的方式协同工作，即组成卫星星座。通常一个卫星星座由多个位于不同轨道平面的卫星环组成，每个卫星环又由多颗在同一轨道内不同相位上运行的卫星组成，因此星座设计是小卫星应用中的重要问题。

地面段由地面控制和管理设施组成，主要实现对卫星的实施跟踪、监测，以及控制管理等功能。用户段主要包括用户终端、业务地面站等能将用户直接连接到空间段的设备。

低轨道小卫星星座移动通信系统的工作原理与“蜂窝”式移动通信的原理相似，一颗低轨道卫星就相当于陆地移动通信系统中的一个“基站”，而形成覆盖区域的天线和无线电中继设备都安在卫星上。尽管每颗低轨道卫星所能覆盖的地域比同步卫星小得多，但由于离地表近，其信号强度、可使用频率、数据带宽等都远强于同步卫星。

核心优势

相较于传统的地面基站通信，LEO卫星信号覆盖范围广，可以不受地形和环境限制，可实现真正意义上的全球无缝通信；

信号传输时延小，LEO卫星的传输时延仅为 30～50ms，已经与地面通信手段较为接近（无线蜂窝通信的传输时延为 10～50ms，光纤的传输时延为 10～20ms）；

与传统卫星相比，LEO卫星传输损耗小，便于用户终端小型化；

与传统卫星通信相比，LEO卫星通信支持的用户量大；

一颗或几颗卫星的损毁不会导致整个系统的失效，抗风险、抗打击能力强；

卫星体积小、重量轻、制造成本低，可实现一箭多星；

研制周期短、发射成本低，可灵活发射，战时可进行快速补充。

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小卫星星座系统引导商业发射低成本转变

运载火箭的成本结构

发射运载火箭的费用包括运载火箭的制造成本、占用发射场费用、测控费用和保险费用等。对于运载火箭本身而言，除去研制成本外，其批量生产之后的主要制造成本体现在火箭发动机、箭体结构以及运载火箭上的各类电子设备三大部分。

液体运载火箭

根据美国联合发射联盟 ULA 公布的数据，中型液体运载火箭的主要成本构成为三大部分：发动机、结构、 电子设备，其中，运载火箭的第一级成本构成中，发动机占比达55%，结构占比为22%，电子设备占比为9%； 第二级成本构成中，发动机、结构、电子设备占比相当，约为28%左右。其他设备包括线缆、操纵机构等，占比较低。

对于大型、重型运载火箭，发动机和箭体结构占比将更高；而对于小型运载火箭，电子设备占比将更高。

固体运载火箭

固体运载火箭的主要成本构成与液体运载火箭类似，与液体运载火箭相比，固体火箭的箭体结构较为简单，不需要燃料贮箱，因此固体运载火箭的发动机、电子设备占比相对较高，结构系统占比相对较低。

颠覆性创新-火箭回收技术

由于航天器造价高昂，为了降低成本，可重复利用的航天器是人们最本能的选择。火箭成本最高的部分就是火箭发动机（无论是固体发动机还是液态发动机），特别是一级火箭发动机，其成本占一级火箭总成本的一半以上。而可回收火箭可将一级火箭包括发动机在内的大部分高价值设备回收，经过维修后重新加注燃料即可再次使用。由于一级火箭达到的最高飞行高度和速度有限，因此无需在返回途中高速再入大气层，这也使得其维修成本远远低于航天飞机等再入式航天器。同时，火箭燃料（无论是液氧煤油还是液氢）虽然在重量上占火箭的90%以上，但其成本不到总成本的1%。因此，可回收火箭无疑大大降低了火箭的发射成本。

美国泰坦四号运载火箭（又称大力神四号）发射至近地轨道的有效载荷约为21吨，1999 年发射报价4.3亿美元。相比之下，猎鹰 9 号发射至近地轨道的有效载荷约为 22 吨，其标准报价仅为6200万美元，重型猎鹰发射至近地轨道的有效载荷约为 54.4 吨，发射至地球同步轨道最大载荷22.2吨，发射至火星的最大载荷13.6吨，而其标准报价仅为 9000 万美元，随着未来SpaceX增加一级火箭回收次数，发射成本下降空间仍然可观。但是另一方面，由于一级火箭在降落时需要消耗大量燃料，因此无法将其携带的所有燃料都用于发射阶段，对运载效率和经济性产生一定负面影响。

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国外低轨道小卫星星座

SpaceX 星链（Starlink）计划

2016 年 11 月 15 日 SpaceX 向美国联邦通讯委员会（FCC）提交了 Starlink 小卫 星星座计划，即利用猎鹰9号可回收火箭，于2019年到2024年内将4425颗卫星送到轨道平面，组成小卫星互联网星座，并在全球范围内提供互联网接入服务。

第二代铱星系统（Iridium Next）

铱星公司目前正在开发第二代铱星系统，命名为Iridium Next，由 66 颗卫星组成，此外还有9颗在轨备用卫星和6颗地面备用卫星，共81颗（75颗在轨）。 铱星二代保持了与第一代同样的星座构型，但卫星功能得到大幅升级（将提供 L 频段 1.5Mbit/s 和 Ka 频段 8Mbit/s 的高速服务）。第二代铱星采用48个L频段相控阵天线，覆盖地球表面直径达 4700km，可提供蜂窝模式卫星通信，使其能够适应未来空间信息应用的复杂需求。

截至2018年7月底，第二代铱星系统已有 65 颗在轨卫星，全部 75 颗在轨卫星将于 2018年部署完毕。

OneWeb 计划

OneWeb 公司计划发射 720 颗近地轨道卫星，其运行高度大约为 1200 公里，利用 Ka（20/30 GHz）和 Ku（11/14GHz）频段来提供全球互联网连接。OneWeb 卫星属于微卫星，只有150kg重，大小也和一台小型的冰箱相差无几。所有卫星都由 OneWeb 位于佛罗里达的卫星工厂建造，产量满产后可以达到每月几十颗，未来还计划承接来自其他运营商或客户的卫星制造业务。

全球星系统（Globalstar-2）

第二代全球星系统（Globalstar-2）是由美国劳拉高通卫星服务公司 LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）运营的低轨道卫星移动通信系统。 Globalstar-2 于 2010 年开始建设，2013年2月完成全部 24 颗低轨卫星星座的部署，并计划持续提供服务至 2025 年以后。

O3b 计划

Other three Billion（O3b）计划由通信卫星巨头SES公司主导，谷歌、汇丰等企业参与，意在为无法享受常规互联网宽带接入服务的“其他 30 亿人”提供网络服务。O3b 卫星由泰雷兹—阿莱尼亚公司设计研发，计划由 20 颗卫星构建全球星座通信系统，目前已发射16颗，剩下4颗将于2019年发射。

其他巨头公司星座计划

Facebook 花了数年开发太阳能无人机项目，试图用无人机实现更广区域的互联网覆盖。Facebook 无人机完成了几次试飞，曾在高空停留了近两个小时，但公司最终于 2018 年 6 月宣布放弃该项目。虽然无人机项目失败，但Facebook旗下子公司 PointView 的小卫星计划仍在推进中，并计划于2019年发射第一颗“雅典娜”卫星。

2017 年，波音公司计划搭建一个由 3000 颗低轨道小卫星组成的星座。而苹果公司也在组建负责卫星互联网传输的团队。

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我国低轨道卫星计划

航天科技集团“鸿雁星座”计划

东方红卫星移动通信有限公司在重庆揭牌，负责鸿雁系统建设与运营。2018年11月30日，全球低轨卫星移动通信与空间互联网项目启动大会暨东方红卫星移动通信有限公司揭牌仪式在重庆举行。东方红卫星移动通信有限公司由航天科技集团、中国电信、中国电子、国新国同4家央企及其相关企业共同发起成立，注册资本金 20 亿元人民币。东方红卫星移动通信有限公司将负责建设与运营全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统，提供各种终端产品与服务，构建海、陆、空、天一体化新型天地一体化信息网络，开展面向全球的智能终端通信、物联网、移动广播、导航增强、航空航海监视、宽带互联网接入等增值服务。

鸿雁系统首期投资200亿元，系统建设分三步走。首期投资200亿元，将在重庆两江新区建设项目全球总部，以及运营中心、人才培养基地、配套产业园等。项目计划在年底发射首颗试验卫星，卫星运行轨道高度为 1100 公里，验证低轨频率资源可用性和数据转发服务能力。鸿雁系统建成采取三步走策略，2020年前建成6颗卫星组成的局域网，实现局域网链路验证；到2023年完成60颗星组网，建成天基窄带通信系统，形成全球通话和全球数据采集能力；2024 年到 2025 年集中完成 270 颗卫星补网建设，具备全球宽带接入、语音通信6 个方面的服务能力。

鸿雁系统是国内目前投资规模最大的商业航天项目，将有效带动上下游产业发展。

航天科工集团“虹云工程”

虹云工程计划发射156颗在1000千米运行的低轨小卫星，并使用Ka频段实现每颗卫星达到4G/s 信息传输速率。虹云工程的建设分为三步：

第一步，在 2018 年前发射第一颗技术验证星，实现单星关键技术验证；

第二步，2020 年之前发射 4 颗业务实验星，组建一个小星座，让用户进行初步业务体验；

第三步，到2025年实现全部156颗卫星组网运行，完成业务星座构建。

虹云工程在计划规模和进度上暂时落后于鸿雁星座计划。而且在卫星发射，以及商用航天领域，航天科技集团较航天科工集团在技术和经验上都具有优势。因此，虹云工程相较于鸿雁计划或将面临更多挑战。

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市场痛点与机会

目前小卫星星座的主要矛盾在于发射能力不足和卫星寿命较短。以Starlink计划为例，假设SpaceX能实现低成本发射，按照其计划，到 2020 年，其产能及发射全面铺开后，年发射量将达到前所未有的100-120次（2017年中国共发射18次，美国共发射29次，其中 SpaceX18次）。若按计划在 2024 年完成全部 4425 颗部署，共需要约超过两百次发射，可见Starlink计划对运力需求量之大。如果再考虑到全球其他小卫星星座计划，全球市场上的火箭发射能力和数量是远远不够的，发射运力处于极度供不应求的状态。另一方面，地球同步轨道卫星通常服役寿命约为15年，而低轨道小卫星寿命在5-8年。若每5-8年需要对小卫星进行大规模替换，将对运载能力带来持续的负担。

此外，如果能将高通量功能集成到更轻更小的卫星中，一次能发射的卫星数量将大幅提升，从而缓解运力不足的状况。因此我们认为，制造更小更轻更长寿的卫星是解放运载能力和降低维护成本的另一关键因素。

所以我们认为在数量庞大的小卫星星座计划的需求刺激下，商业航天领域将成为一个巨大的蓝海市场，两类公司将具有最强的竞争力，一类为可以大比例降低火箭发射成本并可以提供大量运力的商业火箭发射公司，另一类是高通量、高集成、长寿命低轨道小卫星制造公司。

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