天上战争打响:卫星互联网,手机的下一代归宿?

偲睿洞察

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· 9月9日

争夺低轨道卫星战略要地。

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天上战争打响:卫星互联网,手机的下一代归宿?

00:00 19:04

图片来源@视觉中国

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文|偲睿洞察,作者|孙越,编辑|Emma

“你知道吗,我在用卫星给你发消息”

估计是华为MATE50和苹果IPHONE14的用户们幻想着拿到手机,开通卫星通讯服务之后,想要发的第一条消息。

而事实上,发送信息的具体内容已被框定好了,是一系列话术“选择题”而非“填空题”,用于快捷地描述当前情况。

这是手机厂商们搞出的差异化的“噱头”,但在某些场景下,会成为救命的稻草:

当探险途中迷路走到无线信号未覆盖的地方,无论是华为还是苹果,都需要上方是一片空旷,手机才能够及时发送你的定位和求救信息。

但华为的北斗短报文和苹果的短信息并不相同,北斗短报文功能使用的是北斗三号导航系统更像是兼职来搞通信的,本职工作还是定位,属于高轨卫星;苹果所用的是低轨卫星通信系统,是踏踏实实搞通信的。

大家往往是在低轨道来布局卫星通信——低轨道传输延时短、路径损耗小,多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖,频率复用更有效。

目前,低轨道通信的战争已经打响——据研究人员透露,轨道仅有6万颗卫星容量,目前星链的计划是4.2万颗,而我国的低轨道通信卫星占的位置还不多。

故,天上的这场战争是必打不可,那么目前我国的星辰大海布局到哪一步了?机会在哪里?

01 必不可失的战略要地

布局天上的通信事业,是各国的共识。

据不完全统计,中国已发射了20余颗高轨道通信卫星,基本满足国家国防和社会的通信需求。

既然已经发射了不少高轨道通信卫星,为何还要布局低轨道?

尽管信号是全球覆盖了,但仍存在着两大问题:

一是传得慢——传输时延大,一般为500ms左右,而低轨卫星由于离地球更近,能够实现50ms以内的时延,速度更快;

二是功能有限——中高轨道仅能提供基本语音和低容量的数据业务;而低轨道能够实现在线游戏或视频聊天等基于实时或近实时数据传输的应用。

而此刻奔赴低轨道的星辰大海是板上钉钉的事:

一个奖品丰厚的百亿赛场,没有国家可以拒绝。

(我国未来卫星互联网产业市场规模及构成预测 图源:中航证券)

而这个赛场又有着“先到先得”的比赛规则——根据《无线电规则》等适用于卫星频率和轨道资源管理的国际规则规定,各国需按照规则向ITU申报其需要的卫星频率和轨道资源,依申报顺序获得优先使用权。

考虑到轨道、频谱资源具有稀缺性、排他性,各国都需要为自己争取一个好位置。

卫星的可用频段可划分为L、S、C、V、X、Ku、Ka等频段,其中优质频段Ku、Ka大部分已经被星链抢占(Ku频率高,增益高,天线尺寸要求比较小,方便小型地面接收设备使用、Ka频段频率更高,可用频段带宽也更大),我国目前申请占据的是V、Ku频段。

申请资源是第一要事,及时把卫星发射进轨道更是落地的关键。

根据ITU协会要求,在卫星频率和轨道申请后的七年内必须发射第一颗卫星,九年内必须发射总数的10%,12年内必须发射总数的50%,14年内必须全部发射完成。也就是说,光报名、光计划也不行,到时间发不上去,名额就会被其他人抢占。

而目前,星链计划在轨卫星数量全球领先——星链计划目前已发射4200颗,预计在2027年完成4.2万颗卫星的发射任务;我国相匹配的“GW”计划预计发射近1.3万颗,除此之外还有鸿雁星座、虹云工程、银河航天等星座计划加总起来有5000多颗卫星。

对标星链的GW计划还在整合筹备之中——据国际电信联盟ITU官网的公示资料显示,我国在2020年已提交了两个巨型卫星星座,总共2阶段7组共12992颗宽带通信卫星的轨道和无线频段使用申请。

争夺低轨道卫星战略要地已然刻不容缓。近几年,我国正加紧布局:

在政策层面,蓝图逐渐落地:

2020年,国家发改委首次明确“新基建”范围——将卫星互联网纳入的新基建计划之中,上一代的新基建是“铁路、公路、机场”,可见其地位之高;

2021年,在“十四五”期间,国家频频发布发展规划,对空间基础设施建设以及通信等防线的应用创新提出进一步的要求,卫星产业服务下游行业应用的能力将进一步强化;

今年7月份,上海最新发布的数字经济发展“十四五”规划,亦提到要分阶段建设全球覆盖卫星互联网;······

在技术层面,也有扎实的储备:

目前大家所追逐的卫星高密度发射降本增效的有效途径一是一箭多星技术,二是火箭回收技术。

而这两项技术,我国也在突破期间——今年2月,长征八号遥二运载火箭搭载22颗卫星成功发射,刷新了历史记录;今年5月,我国的深蓝航天“星云”M1试验火箭成功完成了国内首次液体火箭1公里级垂直起飞以及回收试验,也成为全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司;

除此之外,7月份,我国第一个商业航天发射场在海南文昌正式“开工”,这个有三个国家队成员出资建立的项目,将具备密集发射能力,成为我国第一个市场化运营的航天发射场系统。

最后,资本也助推了一把:

光是今年,专磕低轨宽带通信卫星的商业航天公司——银河航天,得到了110亿元人民币的融资,要知道,近十年来,商业航天赛道不过190亿元,足以见得资本也瞧准了当下奔赴的时机。

故,低轨的通信互联网星辰大海,是必不可失且需加紧布局的战略要地。

02 星辰之路,道阻且长

而提到卫星互联网,就不得不提星链。

星链之所以能大批量生产,依靠着回收技术,一箭多星等技术,将成本控制到位了——在火箭发射环节,火箭发射报价是6200万美元,按照一箭60星来算,平摊下来一颗卫星的发射成本只有103万美元;在卫星制造环节,根据银河航天创始人、CEO徐鸣表示,我国传统的低轨卫星的成本约有上亿元,而实现产业链的星链一颗卫星成本是100万美元。

目前Starlink 在轨卫星数量约 3108颗,全球用户数量接近 50 万。Starlink 提供的基础套餐月费 99 美元,此外用户额外支付 499 美元的硬件成本,光是消费端收入在2.99亿美元。

除了消费端,其他商用场景还包括:

补足偏远地区网络——加拿大政府将“星链”列入其高速互联网建设规划,计划至2026年帮助98%的民众接入高速网络;魁北克省政府则宣布将在今年9月底前为1万农村家庭免费提供“星链”终端;菲律宾亦计划今年底前由政府采购“星链”终端,为偏远地区提供免费Wi-Fi。

在抢险救灾中提供高容量,低时延通信——星链通信带宽约为其他卫星的两倍,信号时延仅为四分之一,并且无需拖车等附加设备,仅需1人、5-10分钟即可架设完成。截至目前,星链参与了不少救援行动:2021年底肯塔基州龙卷风救灾、2021年7月德国莱茵兰-普法尔茨州、今年3月澳大利亚新南威尔士州洪灾救援等。

和军事的合作更不计其数——可以看出,美军对近地轨道卫星的军事应用高度重视,并不断强化与以SpaceX为代表的低轨星座运营商的合作。

不管怎么说,星链商业模式已经明朗——星链提供卫星通讯服务,收取通讯服务费和一口“大锅”的硬件费,能不能回本就看用户数量和卫星的降本技术了。

反观我国的卫星互联网发展,目前还处在爆发的前夜。

中国近地轨道卫星星座计划起步较晚——在2016-2018年间,航天科技、航天科工、中国电科等国家队纷纷提出了各自的低轨互联网星座建设方案,并陆续发射了试验星,有了实质性的进展:

2018年12月,航天科工集团“虹云计划”的首颗技术验证星成功发射;同月,搭载航天科技集团“鸿雁星座”首发星“重庆号”的长征二号丁运载火箭在酒泉卫星中心再次发射成功。

截止2018年底,国内已发布的低轨卫星星座计划超过27项,其中由民营企业发起的星座项目就有14个。根据当年的计划相加,到2025年前,我国将发射约3100颗商业卫星。

但,卫星毕竟是一个大工程,各大工程虽然在部分技术环节上实现了突破,但在关键工艺上和核心零部件上,仍然存在短板,而反观SpaceX、OneWeb,都是借力各自整个国家的工业科技体系为其提供配套——在SPACE X的猎鹰火箭系列,NASA无偿奉献自己的核心技术+10亿美元;在SpaceX整个公司身上,NASA至少投资了50亿美元,而和中国在1992年-2013年神舟十号期间在载人航天工程上的总投资相当。

所以,“中国星座”要想从激烈的国际竞争中突出重围,就必须要有一个由国家统筹协调、各方力量充分参与的大平台。

于是在2020年,一个全国的小目标先探身——上文所提及过的“GW”计划曝光,中国将发射约1.3 万颗低轨通信卫星;2021年,背后的公司正式现身——对标星链的中国卫星网络集团应运而生,是国资委公布的央企名单中仅次于电信、联通、移动之后的又一家通信运营商

据企查查数据显示,中国星网董事长张东辰,曾先后在中国电子科技集团、中国电子信息产业集团任职。星网总经理为杨保华,有中国航天工业总公司、中国航天科技集团公司背景。同时公司自己披露与多个科研所在进行合作······

种种迹象表明,我国“星链”正逐渐走向整合。

03 已有星火闪烁

目前来看,我国的低轨卫星已经展露出快速发展的苗头,而当星辰大海来临之前,我们不妨看看各个环节的可能性。

卫星产业链自上而下分别是卫星制造、卫星发射、卫星地面设备制造及卫星服务与应用,按照空间来划分,前两个归属于空间段、后两个归属于地面段。

(我国卫星互联网产业链及相关上市公司分布 图源:中航证券)

在前期,空间段将占领着绝大部分的比重,而当天上卫星多了之后,按照全球卫星市场的发展规律,地面段市场5年过后就会快速爆发:

(2020-2030年中国卫星互联网各细分市场规模预测 图源:微信公众号:驭势资本)

一般来说,前期的重头戏在空间段的卫星制造上。

根据乐观测算,若是各单位的星座计划都能实现,我国2021-2025年卫星互联网制造市场规模可超过1060亿元,也就是说,低轨道的通信卫星制造市场前景一片大好。

从整个卫星制造环节来看,我国卫星制造主要依赖中国空间技术研究院、上海航天技术研究院、中国卫星等国家队,仅有少数民营企业参与其中。

为了谋求更高质量发展,当前,卫星制造的每一步都走得相当“稳健”——从2011年到2020年,中国卫星一共发射254次,成功率超过95%。

细节体现出这种“谨慎”——相关元器件按照宇航级标准生产,有一套严格的生产规范,如果达不到规范就无法出厂供货。

而目前,星链将工业级芯片带入到了卫星制造之中——星链用的芯片都是工业级芯片,以及地面使用的操作系统等。据国内卫星智能化公司创始人曹德志所说,不管是马斯克的星链,还是早先的猎鹰火箭都向大家展示了,工业级芯片也能应用于太空领域。

在今年,我国也开始尝试工业级芯片:

今年3月5日,我国首次批量研制的六颗低轨宽带通信卫星——银河航天02批卫星成功发射,该批卫星与银河航天首发星共同组成了我国首个低轨宽带通信试验星座。

而之所以能够在众多工程里实现连发六颗,由于采取了更轻的模式——通过敏捷开发、快速迭代模式,规模化研制低成本、高性能的低轨宽带通信卫星。

据银河航天综合电子高级硬件工程师张经龙表示,采用工业级芯片之后,效果显著——能够使成本呈数量级下降,基于此、计算性能有大幅提高,可快速迭代——“银河航天首发星CPU主频为600MHz,02批卫星的CPU主频翻了一番以上,超过1.2GHz。”

故在空间段制造这一块,在国家队整合好之前,银河航天等商业航空公司或许能轻巧上阵,快速抢占资源。

而在地面段运营环节,参考其他国家卫星互联网市场发展数据,将会是空间段市场的六倍,也就是说,地面段运营在2030年有着600亿空间。

我国有5000多家公司布局地面段这一赛道,但目前我国地面制造业仍处在政策驱动期,民营企业成立了多个民营地面站,但主要是为立方星(用于大学开展航天科学研究与教育的小卫星)或是微小卫星提供测控支持,生产难度不高、资金门槛低,竞争激烈是意料之中。

在这之中,大部分公司是地面设备制造和卫星运营服务全做了的。目前偏向于导航的较多,通信应用领域布局企业较少。

故地面段运营市场,谁“会”的多一点,就能多分一杯羹。

拥有卫星导航产业链上中下游制造能力的北斗星通,由于其高精度卫星定位芯片在下游市场测绘、无人机、农机领域的应用,卫星导航业务2021年上半年收入7.7亿元,同比增长24.11%;汽车智能网联实现收入6.66亿元,同比增长55%。

同样,布局地面设备+运营的中国卫通,能够在整体应用行业市场以微弱的优势领先,但在细分的卫星通信市场,能占到80%以上。

最后,再来看看卫星互联网可能的应用情况。

短期来看,由于我国通信覆盖区域较广,偏远地区将以更低成本的5G覆盖为主,故下游市场很有可能集中在应急通信、海洋及科考作业、军用武器装备通信等对网络实时性要求较高、非盈利的国家项目之中。

在这样的背景之下,可回收运载火箭技术、实现终端小型化、集成化等降低低轨卫星互联网成本的技术,将很大程度上影响着,低轨星座向特殊地区通信、空余宽带通信等民用领域拓展的时间。

而我们也可以想象,未来低轨卫星也可以为民所用,有商业化的空间:

根据中航证券测算,航空宽带通信方面,假设每年航空客运人次按照10%增长(参考按照2019年我国航空客运人数6.60亿人次,同比增长8.20%),鉴于当前我国航空卫星互联网规模正处于推广阶段,保守估计航空宽带通信2025年渗透率可到达25%,人员付费意愿比例可逐步增长至40%,假设单人价格为100元测算,我们预计,2025年我国航空宽带通信市场预计为38.60亿元。

并且根据中航证券估计,2025年,我国卫星服务市场规模将达到165.46亿元,其中航空互联网将成为未来几年内我国卫星互联网产业市场规模的主要增长点。

(我国卫星服务细分市场规模 图源:中航证券)

若是再想得远一点,或许低轨卫星能带来更多的惊喜。

在目前的技术水平下,苹果的iPhone14只能实现用户手机通过卫星发送特定文字短消息的功能。那么,是否会有做到手机与卫星直接打电话甚至是微信视频通话的可能?

据万星计划工程技术研究院分析指出,只要能把低轨道卫星天线的孔径从目前的2米放大几十倍、上百倍就可以实现。

目前,已经有一家美国初创企业开始试验——美国初创卫星企业AST  SpaceMobile公司正在研制一颗名为“蓝行者3号”(BlueWalker 3)的卫星,拥有一块高达64平方米的巨型相控阵天线。

也许在未来的未来,在雪山、沙漠上徒步,在大海上漂流,在荒山野岭中探险,一部普通手机能够让你与这个世界永不失联。

而这些,都得先在天上抢到不错的位置,让卫星先飞起来

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  • 低星轨道赛道即将大爆发

    2022-09-12 16:23 via iphone
  • 卫星互联网绝不仅是用于手机通信

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