卫星通信技术 卫星互联网专题报告:卫星互联成为大国战略焦点

2021-03-06 21:05:29

新基础设施范围首次正式公布,卫星互联网纳入新基础设施。中国低轨卫星互联网的发展迎来了巨大的发展机遇。我们估计,到2022年,中国在轨卫星将超过800颗。长远考虑,参考StarLink等海外星座计划,随着产业链各环节的技术成熟和成本降低,预计2027年中国低轨卫星网络总规模将达到3950个。卫星通信分为卫星制造、卫星发射、地面设备和卫星运营四个产业链环节。我们预计,卫星制造、发射和地面设备总投资将达到1690亿元,卫星运营市场将达到6975亿元。

建议重点关注当前卫星制造、地面设备和终端、运营等子产业链环节的核心效益目标。卫星制造,以中国卫星为主,振鑫科技等。地面设备和终端,建议以海格通信和华立创通为主。卫星运营方面,建议以中国卫通为主。

1.卫星互联网被列入新的基础设施类别,突出了其战略地位

1.1通信卫星形成新网络,下游商业应用加速

卫星互联网是利用位于地球上的卫星平台空向用户终端提供宽带互联网接入服务的新型网络。“卫星互联网”是指基于卫星通信的互联网,可以实现全球互联网连接。卫星互联网利用卫星作为中继站转发微波信号,从而实现多个地面站之间的通信。系统由空部分、地面部分和客户端组成。空段由卫星组成,主要负责接收和转发地面站发射的信号,完成地面站与卫星之间以及卫星与卫星之间的通信;地面段主要包括地面站和控制站,负责向卫星发布相关指令;用户端是指各种接收终端,主要用于发送和接收信号。当Tai 空有一定数量的通信卫星时,它们将交织在一起,形成辐射全地球的卫星互联网,为地面和空终端提供宽带互联网接入服务。

卫星互联网是构建天地一体信息网络的重要基础设施,其下游应用场景广阔。与光纤、5G等地面通信相比,卫星互联网不受地理条件限制,对地面设施的依赖程度较低。是光纤互联网和移动互联网的很好补充,广泛应用于导航、导航空、陆地和轨道交通。只有发展卫星互联网,建设天地一体的信息网络,才能实现全球无缝覆盖。目前,卫星互联网以其日益突出的国家战略地位、潜在的市场经济价值和稀缺的空频间轨道资源,成为世界各国关注的焦点。世界各国都把卫星互联网作为一项重要的发展战略,相继出台了卫星通信网络建设计划。

1.2 新基建涵盖卫星互联网,低轨卫星成行业热点1.2新基础设施覆盖卫星互联网,低轨卫星成为行业热点

新基础设施范围首次正式公布,卫星互联网纳入新基础设施。2020年4月20日,国家发展和改革委员会定期举行网上新闻发布会。国家发改委创新与高技术发展司司长吴昊表示,新基础设施建设以新理念为导向,以技术创新为动力,以信息网络为基础,以新一代信息技术演进产生的基础设施为基础,包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施。在这次会议上,首次确定了新基础设施的范围,卫星互联网被纳入通信网络的基础设施。

低轨卫星为行业热点方向,驱动互联互通路径实现。卫星按照轨道高度可分为低轨卫 星、中轨卫星及地球同步卫星,按照吞吐容量可以分位高通量卫星及常规卫星。当前整个 卫星互联网行业正处于转型发展时期,大力发展大容量、高速率的高通量卫星和低轨宽带 星座是行业未来转型方向。其中,低轨卫星凭借低时延、低成本、损耗小、发射灵活等优 点,可以实现卫星互联网降低应用成本、拓宽应用市场的目标,因此成为卫星互联网互联 互通应用的主要部署方向。且由于太空轨道/频率资源日益紧张,先占先得低轨卫星星座是 争取空间战略资源的重要举措,低轨卫星组网成为各国抢占的重要领域。截至2019年,全 球共发射 179 颗通信卫星,其中 GEO 通信卫星仅有 20 颗,其余均为中低轨卫星。未来, 随着新的技术手段出现和市场供求变化而不断发展,低轨通信卫星是未来卫星通信发展的 重要趋势。低轨卫星是业界的热点,带动了互联路径的实现。卫星按轨道高度可分为低轨卫星、中轨卫星和地球同步卫星,高通量卫星和常规卫星可按吞吐能力划分。目前,整个卫星互联网行业正处于转型发展时期,大力发展大容量、高速度的高通量卫星和低轨宽带星座是行业未来的转型方向。其中,低轨卫星凭借其低延迟、低成本、低损耗、发射灵活等优势,可以达到降低应用成本、拓展应用市场的目的,因此成为卫星互联网互联应用的主要部署方向。此外,由于Tai 空的轨道/频率资源日益紧缺,先到先得的低轨卫星星座是争取空之间战略资源的重要举措,低轨卫星组网成为各国抢占的重要领域。截至2019年,共发射通信卫星179颗,其中只有20颗为GEO通信卫星,其余为中低轨卫星。未来,随着新技术手段的出现和市场供需的变化,低轨通信卫星是未来卫星通信发展的重要趋势。

2. 低轨卫星组网助力互联互通,未来市场空间广阔2.低地球轨道卫星网络有助于互联互通,未来市场广阔空

2.1万物互联已成为迫切需要,低轨道卫星是关键解决方案

新兴产业和技术的发展以及国际地位的提高对通信技术提出了新的要求。卫星互联网克服了传统的局限性,在通信领域实现了新的覆盖。目前常用的通信手段主要依靠中继站传输信息,对地面基站的数量和覆盖范围要求较高,容易受到地形、用户容量和突发事件的影响。卫星互联网是实现现代通信的一种方式。作为传统通信的补充手段,它完成了将更多用户连接到互联网的过程。与微波中继通信和光纤通信相比,卫星通信克服了地面网络通信易受地形、移动速度和自然灾害影响的问题,有效解决了山区、海上和in 空用户的互联网服务问题,成为不可或缺的通信方式。

低轨卫星成为复杂场景通信关键一环,多重因素叠加拉动需求。低轨卫星已成为复杂场景通信中的关键环节,多种因素相互重叠驱动需求。

首先,卫星互联网的发展阶段决定了低轨卫星将在全覆盖通信中发挥重要作用。卫星互联网已经发展了大约30年。2014年以来,卫星互联网进入第三阶段。现阶段的发展需要卫星互联网和地面通信系统之间的互补与合作。目前地面通信无法覆盖整个陆地和海洋,而低轨卫星通信可以通过多卫星组网实现全球通信覆盖,包括勘探、采矿、渔业等行业,以及偏远地区、极地考察、海洋资源勘探等复杂地形和场景,低轨卫星也可以完成通信任务。

第二,与高、中轨卫星相比,低轨卫星具有时延低、覆盖面广的优点。根据轨道高度,卫星可分为高轨道、中轨道和低轨道。高轨道卫星通信系统是最成熟的技术,已经成为建立卫星通信系统的传统模式。然而,长传播时延和大链路损耗严重影响了其在卫星移动通信中的应用。中轨道卫星通信系统的传输时延小于静止轨道卫星。然而,由于覆盖范围和通信方式的限制,中轨系统在为地面终端提供宽带服务时会有一定的困难。与中高轨卫星相比,低轨卫星具有低时延、覆盖面广、传输损耗小、成本低、发射灵活、服务类型丰富等特点,在系统容量、单颗卫星制造技术和成本等方面具有不可比拟的优势。

其三:技术进步、成本下降,使得低轨卫星发展成为可能。随着卫星制造技术的进步、 微电子等硬件芯片的发展、通信信号传输能力、规模化生产效应的增强,卫星体积、质量、 制造成本都在不断下降,低轨卫星星座系统的可靠性和集成度也在不断提高。加之近年来, 商业卫星公司和火箭发射公司的不断涌入,使得卫星的研发制造发射的供应量迅速提高, 低轨卫星星座的大规模部署进程加快,使得低轨卫星组网成为可能。第三,技术进步和成本降低使低地球轨道卫星的发展成为可能。随着卫星制造技术的发展,微电子等硬件芯片的发展,以及通信信号传输能力和大规模生产效应的增强,卫星的尺寸、质量和制造成本不断降低,低轨卫星星座系统的可靠性和集成度也在不断提高。此外,近年来,随着商业卫星公司和火箭发射公司的不断涌入,R&D制造和发射卫星的供应迅速增加,低地球轨道卫星星座的大规模部署加快,使低地球轨道卫星联网成为可能。

第四,各国将卫星互联网升级为国家战略,频率/轨道资源竞争激烈。空构建天地一体的通信网络是很多国家的发展方向,卫星已经成为各国在海洋、台湾、[/k0/]等方面促进国家战略利益的重要手段。卫星频率和轨道资源不仅是所有卫星系统建立的前提和基础,也是卫星系统正常运行的必要条件。随着全球卫星应用产业的快速发展,卫星频率和轨道资源的重要性和战略地位日益凸显,卫星频率和轨道资源的国际竞争也越来越激烈。国际规则中卫星频率和轨道资源的主要分配形式是“先声明可以先使用”。因此,低轨卫星的星座布局已经成为各国进行空-天一体化建设和占用轨道资源的重要途径之一。

2.2 国外:起步早并部署多年,星座建设已具规模2.2国外:起步早,部署多年,星座建设已初具规模

美国、俄罗斯、欧洲等国家纷纷出台政策查封空地区。商业航天多年积累的工业体系完整,低轨卫星进入大规模发射部署阶段。美国、欧盟、俄罗斯、日本等发达国家或地区都非常重视卫星互联网系统的建立并部署多年。近年来,许多国家出台了鼓励政策,开展卫星网络建设。根据统一通信系统的数据,自1997年以来,各国发射的低地球轨道卫星数量一直在增加。2018年,各国发射的低地球轨道卫星数量达到294颗,仅2019年前十个月,各国发射的低地球轨道卫星数量就达到198颗。全球卫星通信星座正在全面部署,未来几年将完成大规模组网。

欧美掀起全球低轨通信卫星发展热潮,多家公司已踏入初步建设阶段。2015年,在谷 歌等互联网巨头的推动下,以一网公司、太空探索公司等为代表 的企业不断涌现,其主导的新型卫星互联网星座随之兴起;2014 年 12 月-2015 年 4 月, 全球相关单位向国际电信联盟递交的非地球同步轨道星座申报资料超过 10 份,涉及卫星数量达数万颗。众多商业公司纷纷提出低轨卫星互联网发展计划,其中 OneWeb、Starlink及Telesat处于行业前列,目前已进入建设初期。欧美掀起了全球低轨通信卫星开发热潮,许多公司进入了初期建设阶段。2015年,在谷歌等互联网巨头的带动下,以一家网络公司泰空勘探公司为代表的企业不断涌现,其领先的新卫星互联网星座应运而生;2014年12月至2015年4月,向国际电信联盟提交了10多份非地球同步轨道星座申请,涉及数万颗卫星。很多商业公司都提出了低轨卫星互联网的发展规划,其中OneWeb、Starlink、Telesat处于行业前列,已进入建设初期。

2.3 国内:较欧美仍有差距,持戈试马奋起直追2.3国内:和欧美比,还是有差距的,尽量赶上

国产卫星的规模与美国仍有差距,卫星制造和发射成本仍然很高

就卫星数量而言,美国在世界上遥遥领先。根据UCS数据,截至2019年10月,全球在轨卫星2218颗,其中320颗由中国运营,占14%。分类上,目前在轨通信卫星有829颗,其中44颗在中国运行,占5%,远远落后于美国运行的381颗。

制造、发射成本方面,美国成本优势明显,国内商用卫星仍需奋起直追。成本方面, 根据《2018 中国商业航天产业投资报告》,估计我国商业卫星制造成本约为 376 万美元/ 颗,发射成本约为470万美元/颗;根据《THE FUTURE OF THE SpACE INDUSTRY》, 美国卫星制造成本已下降至 100 万美元左右/颗,重量更小的卫星制造成本甚至可以降至 15万美元,卫星互联网星座领航者SpaceX在最新一次发射中,使用可重复使用的猎鹰九 号火箭将 60 颗 Starlink 卫星运送至太空,单颗发射成本低至 50 万美元。SpaceX 的下一 代重型运载火箭 Starships 每次能够将 400 颗 Starlink 卫星送至相应轨道,相比之下,我 国2015年发射成功的长征六号火箭创造的“一箭20星”为截至目前我国运载火箭单次运 送卫星的最好记录。在制造和发射成本上,美国有明显的成本优势,国内商业卫星仍需追赶。成本方面,根据《2018中国商用航天工业投资报告》,我国商用卫星制造成本估计约为376万美元/枚,发射成本约为470万美元/枚;根据《航天工业的未来》,美国卫星的制造成本已经下降到每颗卫星100万美元左右,更小卫星的制造成本甚至可以降低到15万美元。在最近的发射中,卫星互联网星座的领导者SpaceX使用可重复使用的猎鹰9号火箭将60颗Starlink卫星运送到tai 空,单次发射成本低至50万美元。SpaceX的下一代重型运载火箭Starships一次可以将400颗Starlink卫星送入相应的轨道。相比之下,2015年中国成功发射长征六号火箭创造的“一箭20星”是中国运载火箭单次发射卫星的最佳记录。

政策支持下,国内卫星组网建设初具效果在政策的支持下,国内卫星网络建设已经初见成效

国内相关产业政策频繁出台,为卫星互联网产业发展提供政策支持。近年来,国防科技局、国家航天局、工业和信息化部密集发布相关配套政策文件,积极部署卫星通信产业发展,推动“天地一体”通信短、中、长期发展;同时,鼓励和引导民间资本进入卫星空领域。此外,“一带一路”和“国防和民用技术一体化”等其他政策的实施也不断带来市场增长空。在政府主导和行业推动下,国内卫星互联网行业未来的发展前景值得期待。

低轨卫星通信发展迈出实质性步伐,中国航天迎“超级大年”。2018年,鸿雁、虹云、 行云工程纷纷亮相,标志着我国新型卫星互联网布局启动,构建全球覆盖、天地融合、安 全可靠和自主可控的卫星互联网系统跃跃欲试。2018 年我国全年卫星发射 39 次,首次超 越美国成为全球单一年度发射次数最多的国家。2019 年我国完成卫星发射 34 次,依旧占 据全球首位。低轨卫星通信的发展迈出了实质性的步伐,中国航天事业迎来了“超级年”。2018年,红岩、红云、星运项目相继出现,标志着中国新的卫星互联网布局的启动,渴望打造一个覆盖全球、天地一体、安全可靠、自控的卫星互联网系统。2018年,中国全年发射39颗卫星,首次超过美国,成为世界上单年发射次数最多的国家。2019年,中国完成34次卫星发射,仍居世界第一。

2.4 市场空间:预计到2027年,国内低轨互联网产业空间超 八千亿2.4市场空:预计到2027年,国内低轨互联网行业空将超过8000亿

根据2020年4月27日《天地一体,卫星互联网投资全景解构-神湾宏源通信&军用卫星互联网深度报道二》的报道,估计我国低轨卫星系统技术能力完善,布局时间成熟,应该先网络化再运营。根据相关规划,中国的卫星星座规划包括了很多央企和民营商业公司的项目,如“红岩”星座、“红云”项目、“银河”AI星座规划等。我们估计,到2022年,中国在轨卫星将超过800颗。经过长期考虑,参考StarLink等海外星座计划,预计2027年中国低轨卫星网络总规模将达到3950个,产业链各环节技术成熟,成本降低。卫星通信分为卫星制造、卫星发射、地面设备和卫星运营四个产业链环节。我们预计,卫星制造、发射和地面设备总投资将达到1690亿元,卫星运营市场将达到6975亿元。

3. 从制造到运营,行业呈现金字塔竞争格局3.从制造到运营,行业呈现金字塔竞争格局

3.1产业链主要分为四个环节,运营环节价值最大

卫星互联网产业链分为卫星制造、卫星发射、地面设备制造和运营服务四大领域。根据SIA发布的《2019年卫星产业状况》,卫星产业链中的卫星制造、发射、地面设备和通信运营分别占总市场规模的7%、2%、45%和46%。

1)卫星制造:卫星制造包括卫星总体设计、子系统、单机、零部件制造。通信卫星通常可以分为两部分:有效载荷和卫星平台。有效载荷是执行通信任务的子系统,主要包括天线和应答器;卫星平台是支持一个或几个有效载荷的支持系统的组合。

2)卫星发射:卫星发射服务业包括发射服务和运载火箭服务,主要包括卫星发射、发射跟踪与控制服务、发射场建设等。运载火箭一般由2-4枚火箭组成,整个火箭主要由火箭体结构、推进系统、制导控制系统、安全自毁系统、外测遥测系统等组成。

3)地面设备:卫星地面设备制造业包括网络设备和用户终端设备,其中网络设备主要包括网关站、控制站和VSAT、网络运营中心和卫星新闻采集;大众消费设备主要包括卫星电视天线、卫星广播设备、卫星宽带天线、卫星电话和移动卫星终端、卫星导航单机硬件等。

4)运营服务:通信卫星运营服务一般分为空段间运营服务和地面段运营服务,主要包括卫星广播、卫星固定和卫星移动服务。FSS是利用卫星在固定位置的地面站之间提供的无线电通信服务。MSS是指船舶、飞机、车辆及其他使用卫星的移动载体的无线电通信服务;BSS是指利用卫星向公众发送或转发信号并直接接收信号的无线电广播服务。

3.2产业链上游环节格局相对垄断,下游应用端完全竞争

卫星通信产业呈现金字塔式价值链。卫星制造发射产业具有技术密集型、资本密集型、高度集成和总装化的特点,市场份额相对集中,自然垄断特征明显。地面设备和通信服务进入壁垒相对较低,市场需求大,参与者多,竞争激烈。

1)产业链角度:卫星制造领域,主要有美国、欧洲、中国、俄罗斯等国家和地区约20家大中型系统集成商,为卫星运营商提供通信卫星;在卫星运营领域,主要有国际通信卫星公司、国际移动卫星公司等约40家运营商,提供通信服务和转发器租赁,处于产业链的核心;地面设备制造领域,主要有伟信、哈里斯、吉列等数百家公司,为卫星运营商和终端用户提供地面支持系统和应用服务;在卫星服务领域,主要有DirecTV、Sirius -XM等数千家公司,为终端用户提供各种解决方案和增值服务;

2)从产业价值链来看,卫星制造和卫星发射服务的息税前利润率不到10%。地面设备制造业的息税前利润率约为5%~10%。卫星运营业的息税前利润率约为50%~80%,卫星服务业的息税前利润率约为5%~30%。卫星运营服务业具有最高的商业价值,因此成为最活跃的产业发展和各方角力的“主战场”。卫星通信产业链的营收占比和利润率自上而下递增,说明产业链下游和面向最终用户环节的营收和利润更可观。

国内制造企业仍以国企及科研院所为主,民企参与多集中在下游。目前卫星产业链尤 其是卫星制造及发射环节,市场仍是以中国航天科技集团下属科研院所为主要参与主体。军民融合上升为国家战略后,中科院以及很多高校和一些民营企业已开始介入,部分民营 企业积极参与,大部分产品以原材料、部组件为主。国内制造企业仍以国企和科研院所为主,下游大多涉及民营企业。目前,卫星产业链尤其是卫星制造和发射环节,中国航天科技集团公司下属的研究所仍然是市场的主要参与者。国防和民用技术一体化成为国家战略后,中科院、很多大学和一些民营企业开始介入,一些民营企业积极参与,大部分产品以原材料和元器件为主。

4. 重点标的:中国卫星、振芯科技、海格通信、华 力创通、中国卫通4.主要目标:中国卫星、振信科技、海格通信、华立创通、中国卫通

建议重点关注当前卫星制造、地面设备和终端、运营等子产业链环节的核心效益目标。卫星制造,以中国卫星为主,振鑫科技等。地面设备和终端,建议以海格通信和华立创通为主。卫星运营方面,建议以中国卫通为主。

4.1中国卫星-国内卫星组装和上市的领先制造商

中国卫星是中国航天科技集团第五研究所控股的上市公司。是一家专门从事小型卫星和微型卫星研发、卫星地面应用系统和设备制造、卫星运营服务的航天高科技企业。公司控股股东为空技术研究院,是国内通信卫星的主要研究单位。作为第五研究院唯一的上市平台,公司是中国小卫星发展的领导者,专业从事小卫星和微型卫星的开发、卫星地面应用系统和设备的制造以及卫星运营服务。现已发展成为集设计、开发、集成、天地运营服务于一体的产业化集团公司,现拥有十余家子公司,形成了航天东方红、航天之星等一系列知名品牌,成为国内卫星组装行业唯一的上市龙头企业。2019年,公司实现收入64.63亿元,同比下降14.77%,实现归属于母亲的净利润3.36亿元,同比下降19.64%。该公司目前的估值水平略高于过去五年的中央水平。

4.2振鑫科技——航天DDS领域的领导者

经过十几年的发展,公司产品覆盖北斗导航整个产业链和自主高端组件。公司成立于2003年,自成立以来,一直专注于北斗产业链的上下游,不断扩张。目前主要业务是北斗芯片设计和终端集成、北斗业务运营、电子元器件设计和安全监控。在北斗芯片和电子元器件领域,公司拥有核心技术,是国内第一家自主研发北斗射频、基带芯片和高性能DDS器件的公司。目前公司产品覆盖北斗整个上下游产业链,已成长为国内北斗行业的龙头企业。2019年,公司实现营业收入4.72亿元,同比增长6.32%;归属于母亲的净利润500万元,同比下降71.63%。该公司目前的估值高于过去五年的中央水平。

4.3海格通信——卫星通信终端优势企业

公司实现了北斗的全产业链布局,巩固了军事市场优势,不断拓展民用市场。公司是为数不多的进行“芯片、模块、天线、终端、系统、运营”全产业链布局的企业,尤其在终端领域。公司紧跟北斗系统的应用和建设步伐,开发北斗三号系统终端。公司在巩固军事市场主导地位的同时,不断拓展民用市场,布局搭建高精度定位服务平台,完成CORS站、高精度板卡、导航地图引擎的开发,定位精度达到厘米级,在行业内具有比较优势。我们相信,公司作为一家“全产业链布局”、“军民兼顾”的北斗厂商,将充分受益于北斗产业的发展。2019年,公司实现收入46.07亿元,同比增长11.20%,实现归属于母亲的净利润5.19亿元,同比增长19.32%。该公司目前的估值接近过去五年的中值水平。

4.4华立创通——中国领先的卫星通信终端

公司卫星应用业务主要依托北斗导航产品和天通移动卫星通信产品。公司是最早完成北斗军用基带芯片和天通卫星集成基带处理芯片开发和量产的厂家之一。在北斗卫星导航领域,公司形成了基于互联网平台的芯片模块、终端、测试仪器、解决方案等完整的产业链布局;在天通移动卫星通信领域,公司主要产品分为芯片模块产品、终端产品、测试产品和应用管理平台。目前,公司正在开发北斗-3基带芯片,并已取得初步成效。未来,公司将继续专注于北斗领域的技术研究和产业拓展,卫星应用领域的产业化将逐步深化。2019年,公司实现营业收入6.41亿元,同比下降5.62%;归属于母公司的净利润为-1.48亿元,由盈利转为亏损,主要是由于公司减值了约1.8亿元的大额商誉。公司目前估值低于过去五年估值中心水平。

4.5中国卫通——中国唯一的商业卫星电信运营商

中国卫通是中国航天科技集团公司从事卫星运营服务行业的核心专业子公司,是中国唯一拥有民用通信和广播卫星资源的卫星运营企业。公司成立于2001年,2019年6月在上海证券交易所上市。长期以来,中国卫通以实现卫星通信广播服务惠及更多社会群体为使命,努力建设安全可靠、服务多元化、布局科学的天地一体的卫星运营服务体系,大力发展卫星空段间运营和卫星应用服务,通过投资/建设/运营通信广播卫星及配套系统为用户提供通信/广播电视传输。2019年,公司实现营业收入27.34亿元,同比增长1.49%;归属于母亲的净利润为4.46亿元,同比增长6.73%。该公司目前的估值高于上市以来的中央水平。

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