卫星互联网专题（三）：从发射到终端，我国低轨运力和卫星应用梳理

卫星互联网专题（三） 从发射到终端，我国低轨运力和卫星应用梳理 西南证券研究发展中心通信研究团队2024年7月 核心要点 卫星组网即将开启，大国博弈背景下的内需新增量。据财联社，“千帆星座”首批组网卫星发射仪式将于8月5日在太原举行，将以首批1箭18星拉开我国卫星互联网组网大幕。目前，我国已向国际电联申请了GW星座、千帆星座、鸿鹄星座等低轨卫星星座，申请卫星数量总数近4万颗，组网发射即将开启。低轨卫星不仅在民用通信发挥重要作用，在紧急时期也将承担军用特殊任务，如Starlink为美国军方提供了“星盾”的卫星通信服务。因此，我们认为在国家间太空资源博弈的背景下，低轨卫星产业的国产化率有望维持在较高的水平，海量的低轨卫星和商业火箭制造需求将成为我国内需的新增量。 我国低轨运力能否支撑星座建设？商业火箭和智慧发射场将有效提供运力支持。我国国家队主力火箭为长征系列火箭，除部分型号专用于载人航天或深空探测外，大部分火箭型号可用于低轨载荷发射，且在研的长征六号X/长征九号/长征八号R等改型将能够重复使用，将为我国低轨卫星组网提供国家队运力。商业火箭方面，我国目前已有6家商业火箭公司成功实施了火箭发射和载荷入轨，2023年我国商业火箭发射数量达到了13次。我们测算，到2026年我国商业火箭有望完成近百次发射，提供超300吨的近地轨道运力。发射场方面，目前我国拥有酒泉、太原、西昌、海阳、文昌和海南商发等发射中心，在用发射工位超15个，2023年合计完成67次火箭发射，发射周转天数为4天（以发射窗口300天计算）。据《中国航天科技活动蓝皮书》，预计2024年我国将实施100次的发射任务，发射周转天数提升到3天。我们认为，随着商业发射工位的逐步建成、航天发射港集群优势显现、发射场智慧化程度提升，我国发射场的发射周转周期将显著缩短，火箭和发射的产业集群市场空间有望打开。 手机直连卫星带来海量连接需求，终端组件存在升级需求。传统的高轨卫星需要借助专用的卫星电话进行通话，而低轨卫星降低了星地间的链路损耗，手机直连卫星成为商业可行的选项。手机直连卫星的技术路径将由“双模终端”和“存量直连”逐步向NTN协议发展，终端接入技术也将在陆地、海洋、航空等环节落地应用。在技术演进过程中，天线系统、基带和射频、电源管理与热管理等关键组件存在较大的升级需求，相关产业的技术升级有望带来增量投资机会。 相关标的：震有科技、盛路通信、三维通信、信科移动等。 风险提示：低轨卫星星座发射不及预期、商业火箭试飞不及预期、终端技术迭代不及预期等风险。 1 目录 1在轨卫星梳理：通信卫星是主要的卫星类型 2发射能力展望：26年我国商业火箭发射数量占比或达半数 3终端应用展望：多环节存在迭代升级需求 4相关标的 2 1.1人造卫星分类：通信、导航和遥感卫星分布在各类轨道 卫星是人造天体，通过太空飞行器如运载火箭、航天飞机等发射到太空中，它们在太空中绕地球或其他行星运行，类似于天然卫星。卫星按照功能，可分为通信，遥感，导航卫星；按照轨道高度，则可以分为高轨，中轨，低轨卫星。 按照卫星实现功能，可分为通信卫星，遥感卫星，导航卫星。通信卫星用于提供全球通信服务,包括电话，互联网，电视广播等；遥感卫星用于观测和监测地球的表面和大气层，收集有关地球的地理，气候，环境和资源等方面的数据，这些卫星携带各种传感器和仪器，通过感知地球表面的电磁辐射(如可见光，红外线，微波等)来获取信息；导航卫星用于提供定位和导航服务。 按照卫星运行的轨道高度，可以分为高轨（GEO）,中轨（MEO），低轨（LEO）卫星。高轨道卫星（GEO）运行于地球静止轨道，距离地表约36000 公里高空，并且于赤道上绕行地球，又称同步轨道卫星或地球静止轨道卫星；中轨道卫星（MEO）运行于中地球轨道，距地表约2000公里至35786公里 ；低轨道卫星（LEO）运行于低地球轨道，距地高度为约200公里至2000公里。 人造卫星的分类 提供全球通信服务,包括电话，互联网 ，电视广播 地球静止轨道，距 离地表约36000公里 观测和监测地球的表面和大气层,收集有相关数据。 遥感卫星 中轨道卫星 中地球轨道，距地表约2000公里至36000公里 提供定位和导航服务 导航卫星 低轨道卫星 低地球轨道，距地高度为约200公里至2000公里 高轨道卫星 通信卫星 数据来源：百度百科，西南证券整理3 在轨运行卫星数量 1.2卫星星座进入低轨卫星数量爆发期 SpaceX的星链卫星是近4年来在轨卫星的主要增量。据卫星追踪网站orbitingnow，以及UCS数据，截至2023，全球在轨运行卫星数量为8862颗。近4年来，全球在轨卫星数量大幅增长，2020-2023年复合增速达35.0%。其增长的主要来源是SpaceX公司的星链卫星的大批量发射，在2019-23年，SpaceX共发射了5420颗卫星，占总新增在轨卫星数量的82.2%。 低轨卫星是目前在轨卫星中的主要类别。低轨卫星按照轨道分类，目前在轨卫星中，12%为高轨道卫星，3%为中轨道卫星，85%为低轨道卫星；按照功能分类，在轨卫星中，通信卫星数量为7035颗，遥感卫星为1264颗，导航卫星为155颗，其他功能卫星为408颗；按国别分类，在轨道卫星最多的国家依次是美国（67%）、中国（9%）、英国（8%）。 不同功能卫星占比（2023） （右轴） 数据来源：UCSdatabase，orbitingnow，statista，西南证券整理4 1.3导航卫星：通过精密原子钟等载荷完成导航功能 导航卫星是为地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星，是卫星导航系统的空间部分。通过多个卫星与地面接收器交互时间信号，以准确确定地面设备位置的经度，纬度和高度，精度通常在10米范围内。 卫星导航用于定位的有效载荷包括精密的原子钟，导航接收机和天线。这些载荷用于接收地面用户的信号，比对星地时间，确定用户的位置和提供导航服务。其中，卫星数据处理单元数负责处理和管理导航数据，生成和管理时间戳，用于导航信号的时间同步；卫星天线负责将导航信号有效地发射到地球，确保信号覆盖广泛的地理区域；卫星原子钟提供了极其精确的时间基准，确保定位计算的精确性。 全球主要经济体均建设了导航星座。全球主要的导航卫星星座有美国的全球定位系统（GPS），欧盟的伽利略定位系统（GALILEO），印度的印度区域导航卫星系统（IRNSS），中国的北斗卫星导航系统（BDS），日本的准天顶卫星系统（QZSS）。 北斗基本导航授时RNSS结构 导航卫星梳理 星座名称 在轨卫星数量 在轨高度 国家 全球定位系统（GPS） 31 20200km 美国 全球导航卫星系统(GLONASS) 24 19100km 俄罗斯 北斗卫星导航系统(BDS) 30 22000-36000km 中国 伽利略定位系统(GALILEO) 28 23222km 欧洲 印度区域导航卫星系统(IRNSS) 7 36000km 印度 准天顶卫星系统(QZSS) 4 32000-36000km 日本 数据来源：陈忠贵《北斗三号卫星总体设计》，维基百科，灰机wiki，百度百科，西南证券整理5 1.4遥感卫星：搭载传感器载荷实现空间成像 遥感卫星通过搭载的传感载荷实现对地球的观测。遥感卫星是人造卫星的一类，它们能够在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域。当卫星在地 球同步轨道上运行时，它们能够连续对地球表面的特定区域进行遥感观测。 遥感卫星的有效载荷包括各类传感器。光学传感器、雷达传感器、激光雷达、热红外传感器、超光谱传感器、微波辐射计、数据处理单元。这些有效载 荷共同作用，通过捕捉和处理电磁波信号，生成高分辨率的图像和数据，用于环境监测、资源管理、灾害预警等多种应用。 遥感卫星多为中低轨道卫星。截至2024年，海外主要遥感卫星星座有LandsatSentinel(哨兵)、SPOT、Pléiades、WORLDVIEW、Skysat、鸽群FLOCK等星座；国内主要遥感卫星星座有资源卫星、2米/8米光学卫星、1米C-SAR卫星、陆地探测一号卫星、高分卫星、天绘卫星、吉林一号卫星、北京二号卫星、SuperView-1星座、珠海一号卫星、遥感系列卫星。 遥感卫星常见传感器载荷 国内主要遥感星座梳理 载荷名称 作用 光学传感器 光学传感器通过镜头和探测器阵列（如CCD或CMOS）捕捉地球表面的反射光，用于地表观测和环境监测 雷达传感器 通过发射和接收微波信号，生成地表的雷达图像，适用于全天候和全天时观测 激光雷达 通过发射和接收激光脉冲，测量地表的高度和形状，生成高精度的地形图。 热红外传感器 探测地表发出的热辐射，生成热红外图像，用于温度监测和热异常检测 超光谱传感器 通过分光仪将入射光分解成连续的光谱波段，并通过探测器阵列捕捉这些光谱信息，用于精细的地物分类和光谱分析 微波辐射计 探测地表和大气发出的微波辐射，测量温度、湿度和其他物理参数，用于气象观测和海洋监测 数据处理单元 处理单元执行图像处理、光谱分析、数据压缩和传输等任务，处理后的数据通过卫星通信系统传输到地面站进行进一步分析和应用。 星座名称 在轨卫星数量 功能 资源卫星 4 获取全色和多光谱图像数据/立体测绘卫星/民用高分辨星座/获海陆观测数据/地表形变监测 2米/8米光学卫星 3 民用高分辨星座 1米C-SAR卫星 2 获取多极化、高分辨率、大幅宽、定量化的海陆观测数据 陆地探测一号卫星 2 地表形变监测 高分卫星 8 高精度、宽范围的空间观测，主要用于国土普查、农作物估产、环境治理、气象预警预报 天绘卫星 11 传输型三维地表测绘卫星 吉林一号卫星 131 商用高分辨率遥感卫星，应用于农林生产、资源管理、环境监测、土地规划、地理测绘等各领域 数据来源：灰机wiki，百度百科，西南证券整理6 离子推进器 Starlink一代卫星主要载荷分布 主要组件构成 1.5通信卫星：搭载信号处理及天线载荷 通信卫星能够实现地面信号的处理和转发。通信卫星是一种通过通信载荷来传递和放大无线电通信信号的卫星，它建立了地面上发射站与接收站之间的信息通道，在构建全球通信网络和支持远距离通信方面发挥着重要的作用。 通信卫星有效载荷构成：通信卫星的有效载荷主要包括了转发器、天线系统、信号处理单元。通信卫星转发器是一种用于接收和转发卫星通信的电子设备，实现地球站之间或地球站与卫星通信站之间的通信，由接收器、放大器、变频器、混频器等器件组成；天线系统用于接收和发送信号；信号处理单元用是对接收到的信号进行各种处理，以确保信号的质量和可靠性。 星敏感器 相控阵天线 太阳能帆板 组件名称 主要构成 组件作用 转发器 接收器 接收来自地面站的上行信号 低噪声放大器 放大接收到的微弱信号，同时尽量减少噪声 频率转换器 将上行信号的频率转换为下行信号的频率，以避免干扰 功率放大器 进一步放大信号，以便在下行链路上传输 发射器 将放大的信号发送回地面站。 天线系统 上行天线 接收来自地面站的上行信号 波束成形天线 调整天线阵列的相位和幅度,生成多个波束,以覆盖不同的地理区域,提高频谱利用效率 频率复用天线 使用不同的频率或极化方式,在同一频段内传输多个信号,提高频谱利用效率 信号处理单元 - 对接收到的信号进行各种处理,以确保信号的质量和可靠性 数据来源：aorvo，灰机wiki，Starlink，百度百科，西南证券整理7 全球主要中低高轨道卫星星座梳理 1.5通信卫星：搭载信号处理及天线载荷 低轨卫星蓬勃发展，starlink引领低轨通信卫星发射。目前在轨的通信卫星总数为7035颗，其中低轨通信卫星为6915颗，在低轨道通信卫星中，starlink占据主导地位，目前在轨卫星为6118颗；中轨卫星为26颗 ；高轨道卫星为94颗。 现存通信卫星多服务于商业