【安信军工】低轨卫星星座系统，新一代的信息技术设施建设 参照近期发布的同名报告
【安信军工】低轨卫星星座系统，新一代的信息技术设施建设
参照近期发布的同名报告，主要内容如下：
一、低轨卫星星座系统，可视为新一代信息技术基础设施建设
近日，美国太空探索技术公司SpaceX成功发射了第三批60颗太空互联网项目Starlink卫星。Starlink的入轨卫星总数达到180颗，其中大约175颗运行良好，SpaceX成为全球最大的私人卫星运营商事件得到众人关注。SpaceX的星链计划在2020年发射20至24次Starlink火箭，初期计划发射近12,000颗卫星，更加庞大的30,000颗卫星也获得了国际卫星监管机构国际电信联盟的许可证。
国内的低轨卫星星座项目起步不晚，可以追溯到天地一体化信息网络项目。根据中电科介绍，天地一体化信息网络项目由科技部牵头，方案论证与实施由中国电科牵头，是国家“科技创新2030重大项目”，是信息时代的战略性基础设施，能够实现“国家利益到哪里，信息网络覆盖到哪里”，满足国家战略安全、军事行动、应急救灾等领域应用及不断增长的网络信息需求。天地一体化信息网络由天基骨干网、天基接入网、地基节点网组成，并与地面互联网和移动通信网互联互通，建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信”的天地一体化信息网络体系。建成后，将使中国具备全球时空连续通信、高可靠安全通信、区域大容量通信、高机动全程信息传输等能力。
目前，有军工央企布局的“鸿雁星座”、“行云工程”，还有众多商业卫星公司也纷纷提出卫星星座计划。
二、建设低轨卫星星座的意义
卫星的频段、轨道等可用资源有限且有优劣之分，供需矛盾突出。卫星频段由于存在传播损耗，不同的频段传播损耗不同，其中在0.3~10GHz频段间损耗最少，在30GHz附近频段损耗也相对较小，各类卫星应用主要使用这些频段。卫星运行的轨道位置有对地静止轨道、低轨道位置以及中轨道位置等，资源是有限的，并且受天线接收能力限制，同一频段、覆盖区域相同或部分重叠的对地静止卫星必须间隔一定的距离，比如整个对地静止轨道上的同频段卫星通常不会超过150个，当前静止卫星轨道数量已远不能满足世界各国的需求，此外常用的非静止轨道资源也是有限的。
卫星频率轨道资源供需矛盾日显突出已成为不争的事实，各国纷纷抢占卫星频率及轨位。国际规则中卫星频率和轨道资源的主要分配形式为“先申报就可优先使用”的抢占方式，因此一些国家和组织出于自己利益的考虑，先占领轨道位置及频率而后发射卫星。从国际电联（ITU）的登记情况来看，地球静止轨道上C频段通信卫星已近饱和，Ku频段通信卫星也很拥挤。近年来，包括日本、印度、韩国、马来西亚在内的亚太地区的一些国家，纷纷自行或联合制造通信卫星，抢占轨道资源，各国卫星之间出现常常出现“撞车”而需要协调的情况。据不完全统计，2017-2025年，全球非中国地区预计约有17380颗卫星发射升空，抢占卫星频率/轨道资源，争夺太空优势，已成为当今世界卫星发展领域的热点之一。
卫星发展呈现出低轨化、小型化的趋势，低轨卫星具备众多优点。从18世纪至今，全球的卫星发展经历了从传统航天、过渡期再到新航天时代，卫星从大卫星、高轨道、军事应用为主发展至今，小卫星、低轨道、多元化应用成为了大的发展趋势，卫星需求大幅上升。在卫星轨道的选择上，相比采用对地静止轨道（GEO）卫星，采用低轨道（LEO）卫星实现物联网，将能够降低传播时延，提高消息的时效性；减小传输损耗，有助于终端的小型化；通过多颗低轨卫星构成星座实现全球无缝覆盖（含两极），提高物联网的覆盖范围；实现见天通，解决特定地形（如GEO卫星视线受限的城市、峡谷、山区、丛林等区域）内通信效果不佳问题；缓解GEO卫星轨道位置和频率协调难度大的问题。
此外，相比地面物联网，低轨卫星物联网（1）覆盖范围广，可以实现全球覆盖；（2）受天气、地理条件影响小，可全天时不间断工作；（3）抗毁性强卫星星座用途，提高系统可靠性；（4）系统容量大，可支持海量连接。
低轨小卫星的研制周期短、成本低廉，其价值体现在卫星星座组网。从研制周期上讲，小型卫星从立项研制到发射，一般仅需要1年左右的时间；而传统大卫星从研制到发射至少需要5-8年。从研制成本上讲，传统大卫星基本超过5000万美元，而小卫星的研制成本一般低于5000万美元卫星星座用途，质量低于10kg时成本不足100万美元。
三、国内低轨卫星星座计划众多，资源整合是趋势所在
目前，仅已规划的国家队就存在近600颗卫星星座需求，投资规模预计超过500亿。世界航天发射活动创造新纪录，中国体制内星座组网提上日程，近年来我国先后启动如鸿雁、行云等一系列的星座计划：
1) “鸿雁”全球卫星星座通信系统是航天科技集团提出，将由300颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成，具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力，可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。“鸿雁星座”一期预计投资200亿元，在2022年建成由60颗卫星组成的通信网络；二期预计2025年完成建设，通过数百颗卫星构建“海、陆、空、天”一体的卫星移动通信与空间互联网接入系统，实现全球任意地点的互联网接入。“鸿雁星座”首颗试验卫星“重庆号”已于去年底成功发射，并计划在今年再发射两颗试验卫星，对空间互联网系统关键技术进行在轨验证，对移动通信、宽带互联网、物联网、导航增强等功能进行示范验证，对商业模式展开积极探索。（来源：航天科技集团）
2）“行云工程”是航天科工四院旗下行云科技计划的航天工程，计划发射80颗行云小卫星，建设中国首个低轨窄带通信卫星星座，打造最终覆盖全球的天基物联网。首颗技术验证星“行云一号”已于2017年1月9日发射，“行云工程”武汉卫星地面站已建成，计划近期发射“行云二号”01星、02星。（来源：航天科工集团）
3) “虹云工程”是航天科工五大商业航天工程之一，脱胎于 “福星计划”，计划发射156颗卫星，它们在距离地面1000公里的轨道上组网运行，构建一个星载宽带全球移动互联网络，实现网络无差别的全球覆盖。2019，航天科工集团在酒泉成功发射虹云工程首颗卫星。整个虹云工程被分解为“1+4+156”三步，该计划第一步发射第一颗技术验证星，实现单星关键技术验证。最终在“十四五”末，实现全部 156 颗卫星组网运行，完成业务星座构建。（来源：航天科工集团）
此外，国内一些民营企业，如北京国电高科科技有限公司、北京九天微星科技发展有限公司、北京和德宇航技术有限公司等公司，也在低轨卫星物联网系统建设方面开展了实质性的工作。
低轨卫星星座计划以两大航天集团为主，未来不排除星座计划的资源整合，共同建设国家低轨互联网卫星星座，复制“北斗”模式。目前需警惕卫星星座的重复投资建设。著名航天技术专家黄志澄曾提出，卫星互联网星座项目投资巨大，动辄数十亿元，风险和挑战并存，建议采用“北斗模式”，由政府组织投资建设。国外发展卫星互联网星座的均是商业部门，追求的是互联网接入直接或间接带来的巨大经济利益，但是卫星互联网星座除了商业用途之外，不应忽视其具有的公益属性。因此，建设一个具有中国特色、由政府组织协调、企业分工合作的大型卫星互联网系统切实可行，符合中国的核心利益，具备重要的战略价值。
预计未来我国最多只有一个低轨宽带星座系统能够在市场中生存下来。因此，最好能以各家共同建设、共同发展的模式，最大程度节省资源、降低成本。
四、卫星产业链相关上市公司：
1）卫星整机制造：中国卫星
2）卫星通信服务：中国卫通
3）卫星零部件/元器件：航天电子、航天电器、全信股份、天银机电等
风险提示：低轨卫星星座建设不达预期
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