2023年卫星互联网产业研究：卫星互联网蓄势待发

1.卫星互联网概述

1.1.人造卫星概述

人造卫星（Artificial Satellite）是指，环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。人造卫星基 本按照天体力学规律绕地球运动，但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太 阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途 最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的 90%以上。 按照卫星轨道高度的不同，卫星可以分为低轨卫星（LEO）、中轨卫星（MEO）和高轨地球同 步通信卫星（GEO）。LEO卫星轨道高度500km~2000km，MEO卫星轨道高度2000km~36000km， GEO 卫星轨道高度为 36000km。

1.2.卫星通信技术概述

卫星通信技术（Satellite communication technology）是一种利用人造地球卫星作为中继站来 转发无线电波而进行的两个或多个终端之间的通信技术。自 20 世纪 90 年代以来，电子信息 技术的迅猛发展推动了卫星移动通信的进步。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输 质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球移动通信必 不可少的一种重要手段。

1.3.卫星互联网基本构成

卫星互联网，是基于卫星通信系统，以 IP 为网络服务平台，以互联网应用为服务对象，能够 成为互联网的一个组成部分，并能够独立运行的网络系统。可以通俗地理解为地面基站被搬 入空中的卫星平台，每颗卫星都是天上的移动基站，可以为全球范围内用户提供全覆盖、高 带宽、灵活便捷的互联网接入服务。 卫星互联网主要由空间段、用户段、地面段、公用及专用网络四部分等组成。在若干个轨道 平面上布置多颗卫星，由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上 连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务区域，服务区域内用户至少被一颗卫星覆 盖，用户可以随时接入系统。低轨卫星通信可以在用户段直接与地面终端连接，也可以通过 地面关口站与地面公共网络连接。

2.早期卫星移动通信受技术制约未能发扬光大

2.1.低轨卫星适合移动通信，早期由于技术原因应用受限

2.1.1.低轨卫星特点适合移动通信

地球同步轨道卫星（GEO）在通信、电视转播等方面的应用已经趋于成熟，其缺点也很明显， 如体积大、重量大，距离地球遥远，通信延迟长，频谱利用率低，终端发射功率大，不易小 型化等。 相对 GEO 卫星通信系统，低轨卫星通信系统有诸多优势，对用户而言，通信时延缩短，数据 传输率提高，终端重量、体积、发射功率与普通陆地移动通信终端接近，还可以与陆地通信 系统兼容，真正做到全球无缝接入。因此，随着卫星制造技术的进步和市场需求的逐渐旺盛， 低轨卫星通信系统被认为是最有应用前景的卫星移动通信技术之一。

2.1.2.受制于技术原因，早期低轨卫星在通信领域应用有限

低轨卫星通信系统也存在固有的缺点，如需要卫星数量较多，由此带来地面控制、维护系统 比较复杂，对通信系统而言，影响较大的问题是波束切换和星间切换。 上世纪 60 年代，人们就尝试利用低轨卫星进行通信，轨道高度在几百公里左右，但是由于低 轨卫星相对地面某一点不是固定的，因此地球站必须有复杂的跟踪系统，同时由于低轨卫星 覆盖面积相对较小，因此必须由多颗卫星组成网络才能实现全球覆盖，并且为了保持持续通 信，一条通信链路需要在多颗卫星之间切换，增加了系统的复杂程度。因此，从 1963 年开 始，人类利用地球同步轨道卫星进行卫星通信，与低轨卫星相比数量少，并且易于控制，1964 年美国发射的 SYNCOM 3 型卫星标志着地球同步轨道通信卫星时代的到来。 上世纪 90 年代，尽管航天技术有了长足进步，但低轨卫星通信技术问题仍没有得到完全解 决。以铱星系统为例，其最小切换时间间隔 10.3 秒。实现切换需要一系列信令操作过程，频 繁的切换加重了系统的信令负荷。铱星系统在运行初期的切换成功率只有 85%，后来经过改 进达到 92~98%，与陆地移动通信系统的切换掉话率不高于 5×〖10〗^(-4)的指标相比相差甚 远。

2.2.铱星系统

2.2.1.系统方案

铱星系统是美国摩托罗拉公司提出的一种利用低轨道卫星群实现全球卫星移动通信的方案。 铱星系统的原始设计是由 77 颗小型卫星，均匀有序地分布于离地面 785km 上空的 7 个轨道 平面上，通过微波链路形成全球连接网络。因为其与铱原子的外层电子分布状况有一定的类 似，故取名为铱星系统，后期为减少投资规模，简化结构以及增强与其他 LEO 系统的竞争能 力，摩托罗拉公司将其卫星数降低到 66 颗，轨道平面降至 6 个圆形极地轨道，每条极地轨 道上的卫星仍为11颗，轨道高度改为765KM，卫星直径为1.2m，高度为2.3m，重量为386.2kg， 寿命为 5~8 年。

2.2.2.技术缺陷和成本过高导致破产

铱星系统耗资约 50 亿美元，1990 年 6 月首次公布，1990 年 12 月向美国 FCC 提出许可证申 请，在 1992 年 9 月得到 FCC 的许可证。当时铱星系统是设计方案中最为完整、具体，进展 也很快，是十分有前景的方案，但系统仍存在不足，一是技术方面，受当时设备性能制约， 系统切换掉话率高达 15％，严重影响通话质量，并且数据传输速率仅有 2.4kb/s；二是成本方 面，与 GSM 等系统终端相比，暴露出业务收费高、有地区差异、手机价格高等问题，导致 1998 年底才投入运行，之后公司于 2000 年左右就宣告破产。

2.2.3.新铱星公司

铱星公司破产后，被新的铱星公司（Iridium Satellite LLC）以 2500 万美元收购，并于 2001 年 3 月 28 日由新的铱星公司重新提供服务。他们在市场定位、经营策略、增加业务种类、增 多用户层面、降低手机价格、增加终端种类以及推行与主要电信供应商合作的发展战略等诸 多方面进行了重大的调整，并付之实施，取得了卓有成效的业绩,并且发射了补充卫星。2006 年在轨卫星数达到 78 颗，为 20 多个国家提供紧急救援、机要通信等服务力。

2.2.4.铱星二代系统

新铱星公司于 2007 年提出铱星二代（Iridium Next）计划，铱星二代保持了与第一代同样的 星座构型，该计划同样由 66 颗卫星组成，系统性能进一步提升，并拓展了一些新业务。新铱 星公司委托 SpaceX 为其发射 75 颗卫星，包括 66 颗轨道卫星，以及 9 颗轨道备用星，发射 合同总价值 4.92 亿美元，目前已经发射完成。Iridium Next 移动用户的最高数据速率可达 128kbps，数据用户可达 1.5Mbps，Ka 频段固定站不低于 8Mbps，Iridium Next 主要瞄准 IP 宽 带网络化和载荷能力的可扩展、可升级，这些能力使得它能够适应未来空间信息应用的复杂 需求，但对于当前日益增多的移动互联网需求，尤其是 5G 通讯时代的来临，铱星二代系统 数据传输能力仍显不足。

2.3.全球星系统

2.3.1.系统初期建设

全球星（Globalstar）系统是美国 LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）公司于 1991 年 6 月向美国联邦通信委员会（FCC）提出的低轨卫星移动通信系统。根据计划，全球星系统计 划在 1997 年底发射 12～16 颗卫星，并于 1998 年发射其他的卫星。全球星（Globalstar）系 统采用低成本、高可靠的系统设计，一个关口站只需要 35 万美元。手持机的价格只相当于目 前广泛使用的蜂窝手机的价格，故其服务对象更适合为边远地区蜂窝电话用户、漫游用户、 外国旅行者，以及希望低成本扩充通信的国家和政府通信网和专用网。按目前全球星 （Globalstar）系统合作伙伴的分布情况来看，它可以为 33 个国家提供服务。

2.3.2.系统升级换代

为了适应移动终端对数据传输量不断提高的需求，全球星系统于 2010 年开始建设 Globalstar2 系统，并随着 2013 年 2 月 6 日最后 6 颗星的成功发射，从而完成了由 24 颗卫星组成的低 轨移动卫星通信星座的部署。Globalstar-2 卫星质量为 700kg，采用 2 片 3 联太阳能帆板，初 始功率为 2.2kW，末级功率为 1.7kW。卫星轨道高度为 1414km，轨道倾角 52°。卫星采用 简单、高效、可靠性强的“弯管式”转发器设计，提供的服务包括一键通与广播、先进的短 报文能力（MSS）、移动视频、GEO 定位、多频段与多模手机、GPS 集成数据等。

Globalstar-2 卫星系统推出了基于卫星的 WiFi 服务，也叫 Sat-Fi。Sat-Fi 路由器与卫星相连形 成热点，用户直接通过智能手机安装 APP 连接后就能上网，可以实现话音、邮件、短消息等 业务，一台 Sat-Fi 设备最多允许 8 名用户同时接入，可提供最大发射功率为 100mW，有效覆 盖范围为约 30.5m。

3.国外公司加紧布局卫星互联网

3.1.技术进步使得基于低轨卫星通信技术的卫星互联网成为现实

铱星系统、全球星系统建成初期，面临与地面移动通信的有力竞争，在通话费用、终端成本、 数据传输速率等方面都不占优势，因此难以大规模普及，多应用于紧急救援、海事通信、军 用通信等特殊领域。随着航天科技和电子信息技术的进步，降低了卫星研制、量产和发射的 成本，而卫星通信资费的降低和数据传输速率的提升又带来了大量的互联网接入和大数据需 求，如此广阔的市场需求，为低轨卫星通信的再次崛起提供了基础。 在网络稳定性方面，随着卫星测控、星间通信等技术的进步，困扰早期铱星系统的掉线率高 等技术问题已经逐步得到解决，使得以低轨通信卫星为基础的卫星互联网能够实现全球覆盖， 成为卫星互联网的天基通信基站。 在网络带宽方面，受制于电子信息技术的局限，早期的铱星网络只能支持语音及短信功能， 无法满足用户常用的网页浏览、视频传输等宽带应用场景，但是随着电子信息技术的进步， 卫星的通信能力不断提升，目前已经有多种支持互联网应用场景的高通量卫星投入使用，使 得通过卫星搭建覆盖全球、满足用户宽带通信需求的卫星互联网成为现实。

3.2.抢占近 30 亿“未连接市场”，多家公司积极布局卫星互联网

据 Statista 公司的测算，截至 2023 年 7 月，全球互联网普及率为 64.5%，仍有约 28 亿人口尚 未连接互联网。从世界各区域来看，欧洲、北美、南美的互联网普及率超过了 80%，远超世 界平均水平，但是在南亚、非洲互联网普及率不到 50%，低于世界平均水平。这些地区是“一 带一路”经济带的重要地区，但由于地理状况、基础设施水平等因素限制，互联网普及率仍 处于较低水平。

3.3.OneWeb 系统

3.3.1.基本情况

OneWeb 的前身是 WorldVu Satellites 公司，创始人是格雷格·怀勒（Gregory Thane Wyler）， 于 2012 年在英国伦敦创立了这家企业，初步目标是建设由数百颗卫星组网的低时延低轨宽 带互联网星座，目标是“让地球上所有人在任何地方都能无缝上网”。 2014 年，OneWeb 推出第一代低轨星座设计方案，包含 648 颗在轨卫星与 234 颗备份卫星， 总数达 882 颗。这些卫星将被均匀放置在不同的极地轨道面上，距离地面 1200km 左右。卫 星高速运动，不同卫星交替出现在上空，保障某区域的信号覆盖。后期公司考虑增加卫星数 量，计划数量达到近 2000 颗。投入运行后，One Web 星座不仅能覆盖美国，亦能覆盖全球还 没有连接互联网的农村边远地区。One Web 的目标是，到 2027 年建立健全的、覆盖全球的低 轨卫星通信系统，为每个移动终端提供约 50Mbps 速率的互联网接入服务。 2016 年 1 月，OneWeb 公司、欧洲空客防务及航天公司合资成立 OneWeb 卫星公司，开启卫 星生产工作。2017 年 6 月 25 日，OneWeb 拿到了美国低轨道卫星通信网络运营执照，获准 在美服务落地。

2019 年 2 月，OneWeb 首批 6 颗互联网卫星成功升空。 2020 年 3 月，OneWeb 宣布破产，后期得益于英国政府、印度巴蒂企业、休斯网络系统和软 银集团的投资，该公司于 2021 年底从破产中复苏。截止 2022 年 12 月，OneWeb 在轨运行卫 星数量超过了 450 颗。 OneWeb 业务将主要以 B2B 为主，不会直接向家庭出售服务。该公司将寻求与电信运营商、 互联网服务提供商，以及任何其他向企业或家庭销售互联网服务的组织合作。

3.3.2.与 Eutelsat 合并，对抗 Starlink

财联社报道，2023 年 9 月 29 日，法国卫星公司 Eutelsat 与英国 OneWeb 宣布，两家公司已 经完成了合并，成为了欧洲最大的卫星公司，以更好地与马斯克的星链项目(Starlink)展开竞 争。两家公司联合声明称，已经完成了全部股份的合并，合并之后的公司名为 Eutelsat Group。 新公司的总部和上市地点仍将设在巴黎。 Eutelsat 表示，新公司的收入预计能够在中长期内以两位数的复合年均增长率增长，在 2027 年达到约 20 亿欧元。而资本支出预计在 2024 年至 2030 年间每年约为 7.25 亿至 8.75 亿欧 元。 新公司的定位是成为太空通信领域的全球领导者，希望将 Eutelsat 的高通量地球静止轨道卫 星(GEO)与 OneWeb 的低轨道地球卫星(LEO)的优势结合起来，为客户提供低延迟和无处不在 的高密度网络。 Eutelsat Group 首席执行官 Eva Berneke 表示:“Eutelsat Group 是全球卫星通信领域唯一能够 提供无处不在的连接服务的 GEO-LEO 运营商，实现全球互联互通是一项重要而激动人心的 挑战。我们可以满足更广泛的客户需求，随着我们继续创新，开发未来几代卫星技术，我们 可以为客户和股东创造巨大价值。”

3.4.Starlink 系统

3.4.1.规模宏大的星链（Starlink）系统

2015 年，SpaceX 公司计划将约 1.2 万颗通信卫星发射到轨道，并从 2020 年开始工作，这一 项目被命名为“星链”（Starlink）系统。 美国联邦通信委员会（FCC）于 2018 年 3 月批准 SpaceX 部署 4425 颗第一代“星链”卫星， 2018 年 11 月，FCC 批准剩余的 7518 颗卫星发射计划。2020 年 5 月，SpaceX 向 FCC 提交了 第二代“星链”卫星部署计划申请，希望额外部署 3 万颗卫星，FCC 在 2022 年 12 月决定， 批准部署其中约 7500 颗卫星，其余暂缓决定，以回应“有关轨道碎片和太空安全的担忧”。

“星链”一代卫星，第一阶段 4425 颗卫星发射计划分为两步，首先向 1150km 轨道高度发射 1600 颗卫星，然后再发射 2825 颗卫星并将它们分别安置在 1110km、1130km、1275km 和 1325km 这四个轨道高度上。4425 颗卫星会在 83 个轨道平面上运行，能提供类似光纤的网络 速度，且覆盖面积大大提升。此外，整套系统具有很大的弹性，可以针对特定的地区，动态 地集中信号到需要的地方，从而提供高质量的网络服务。

SpaceX 原计划于 2025 年最终完成“星链”一代卫星的部署，为地球上的用户提供至少 1Gbps 的宽带服务和最高可达 23Gbps 的超高速宽带网络，这一计划预计成本超过 100 亿美元。这 些卫星均采用标准产品化设计，且用同一款火箭猎鹰 9 号发射。

3.4.2.星链卫星不断改进，以适应不同阶段需求

从 2018 年以来，星链发射了多种类型卫星，以满足不同阶段、不同功能的需求，并且从发展 趋势来看，星链卫星功能不断完善，性能逐步增加。

SpaceX 公司最早于 2018 年 2 月发射了 Microsat试验星，主要用来验证系统方案及器件选型， 后期又推出了星链 V0.9、V1.0、V1.5 等多种型号卫星。 目前，SpaceX 公司正在研制星链 V2.0 卫星，未来用于卫星与地面手机用户的直连。

3.4.3.卫星发射超数量突破 4800 颗

据腾讯网报道， 2023 年 7 月 15 日，搭载第 5 组第 15 批（G5-15）54 颗星链 V1.5 卫星的猎 鹰九号运载火箭发射升空，将卫星送入近地轨道。星链 V1.5 卫星采用平板式设计，配备单个 太阳翼，采用氪离子霍尔效应电推系统，设计寿命超过 5 年，单星发射质量约 300 千克。该 星用户链路使用 Ku 波段，单星通信容量约 17～20 Gbps，即每秒传输 2.1∼2.5GB 数据量。 本次发射是 2023 年“星链”星座第 25 次组批发射。至此，“星链”卫星升空总数达到 4822 颗，其中 2023 年升空 1156 颗。

3.4.4.星链已经在多国投入运营

目前星链用户需要使用地面接收天线接收星链卫星信号，例如安装在屋顶等位置，同时也可 以在汽车、船舶等移动平台上安装。 根据星链官网的数据，星链地面用户通信可以实现 220 Mbps 的下载速度、25 Mbps 的上传速 度，通信延迟为 25-50 毫秒。目前，Starlink 接收器硬件的购买价格为 599 美元，上网服务费 为每月 110 美元。

据新浪网报道，2022 年 5 月，SpaceX 公司向美国联邦通信委员会（FCC）提交的一份文件显 示，该公司基于卫星的高速互联网服务“星链”在全球拥有超过 40 万用户。SpaceX 表示， 2022 年初用户数量为 14.5 万，2022 年 3 月用户数量为 25 万，呈现快速增涨趋势。 星链的 用户包括个人消费者和企业用户，并且星链的覆盖范围已经显著扩大，已在 32 个国家提供 服务，并计划在 2023 年将服务扩展到亚洲、非洲和中东地区。

3.4.5.由星链拓展到星盾，开始进入国家安全领域

2022 年 12 月，SpaceX 公司在其官网上首次发布了星盾（Starshield）项目。星盾利用 SpaceX 的星链技术和发射能力来支持国家安全工作。星链是为消费和商业用途设计的，但 Starshield 是为政府用途设计的，最初主要关注三个领域：（1）地球观测领域，星盾发射搭载多种传感器载荷的遥感卫星，并将处理后的数据直接提供给用户；（2）通信领域，星盾通过星盾用户 设备为政府用户提供有保证的全球通信；（3）托管有效负载，星盾开发卫星数据总线以支持 最苛刻的客户有效载荷任务。 在安全性方面，星链已经提供了有效的端到端用户数据加密。星盾使用额外的高等级加密技 术，能够托管分类有效载荷并安全地处理数据，满足最苛刻的政府要求。 互操作性方面，星链的卫星间激光通信终端，是当今唯一在轨道上大规模运行的通信激光器， 可以集成到合作伙伴卫星上，以便能够整合到星盾网络中。 可扩展性方面，星盾可扩展的低地球轨道架构提供了多种在轨资源的连接及拓展功能，而 SpaceX 经过验证的火箭发射能力能够为后续航天器的发射提供有效手段。 据 CNBC 报道，2023 年 9 月，美国太空军（U.S. Space Force）授予 SpaceX 一份价值 7000 万美元的合同，其中包括提供商业合同中未包含的“独特条款和条件”的星链互联网服务， 该产品线的服务是星盾（Starshield）项目的一部分，是已知的第 1 例星盾服务合同。

3.4.6.星链的手机直连功能已经提上日程

1）当前星链系统尚不具备直连手机功能

当前，星链通信系统在地面端，需要使用接收天线接收/发射信息，地面卫星天线是相控阵天 线，在卫星经过链接范围时会自动对准卫星，因此并不需要转动天线即可将波束对准卫星与 之建立联系，由于是低轨卫星，这些卫星消失在“视野”中之前建立的链接并不长久，不过 会有下一颗卫星“接任”。星链的地面天线后还有一个接入的网关，该设备类似一台无线路由 器，可以通过有线或者无线的方式接入其他设备，比如手机、笔记本电脑或者台式机等，也 可以是一需要上网的任何设备。 受卫星通信频率、天线尺寸等因素限制，当前星链系统只能支持体积较大的地面接收终端设 备，无法支持手机与卫星直连。

2）联合 T-Mobile 准备推出星链 2.0 版本，未来将支持手机直连

据腾讯网报道，2023 年 10 月，星链官网全新推出星链直连手机业务（Starlink Direct to Cell）。 未来普通消费级手机可以直接连接星链卫星，使用其相关服务。该业务适用于现有的 LTE 手 机，无需更改硬件、固件或特殊应用程序，即可通过星链卫星发送文本、语音和数据。此计 划是 SpaceX 公司与电信运营商 T-Mobile 联合推出，预计 2024 年实现短信发送，2025 年实 现语音通话和上网（Data），同年分阶段实现 IOT（物联网）。

在本方案中T-Mobile公司提供了地面频谱资源，SpaceX公司则通过携带巨大天线的星链V2.0 卫星实现与地面普通手机的互联。 马斯克透露，星链 V2.0 卫星的体积将明显大于此前版本的星链卫星，其长度将达到 7 米。将 使用星舰（Starship）进行该型卫星的发射，但他同时表示如果星舰无法按时交付，将由猎鹰 9 火箭发射星链 V2.0 卫星，但需要对卫星外形进行修改，以适应其整流罩。 星链 V2.0 卫星的通信载荷在原先 Ku、Ka 天线和星间激光链路的基础上，将增加一个面积达 到 25 平方米的中频 PCS 频谱（mid-band PCS spectrum）天线，以实现与地面手机的直接通 信。每个中频 PCS 频谱天线将在地面形成一个通信单元格，通信带宽为 2-4Mbits，单元格中 的手机将可以通过直连卫星实现通信。

未来，卫星与手机的直连服务将可以覆盖任何客户可以看到天空的地方，这意味着即使离开 地面基站覆盖范围，也可以收发短信并最终实现手机通话 2023 年 8 月 11 日，太空探索技术公司再次发射 22 颗星链 V2 Mini 卫星，星链 V2 Mini 版的 通信能力是星链 V1.5 版的 4 倍。和星链 V1.5 版相比，星链 V2 Mini 版增加了更多强大的相 控阵天线，并为网关站的回程链路增加了 E 波段。星链 V2 Mini 版的单星重量达到了 800 公 斤左右，几乎是星链 V1.5 版的三倍。星链 V2 Mini 版的尺寸也更大，宽度超过 4.1 米。星链 V2 Mini 版的太阳翼向两侧展开，太阳翼展开之后整星宽度约 30 米；星链 V2 Mini 版卫星的 总面积达到了 116 平方米，是星链 V1.5 表面积的 4 倍多。而星链 V2 版的总表面积将在星 链 V2 Mini 版基础上再翻一倍。

3.4.7.星链依托 SWARM 微小卫星进入物联网领域

2021 年 8 月， SpaceX 收购了专注于微型卫星的 Swarm 公司。SpaceX 不仅将获得 Swarm 的 技术，还获得了 FCC 的卫星和地面站许可证。 Swarm 公司的目标是生产价格低廉的微型卫星。该公司开发了它所描述的"太空中最小的商 业运营卫星"，每个卫星的尺寸为 11 x 11 x 2.8 厘米。每颗卫星仅重 400 克，它们可以批量放 入发射部署器中，比传统的设计更容易释放，成本也仅仅是传统小型卫星发射入轨的很小一 部分。

与 Starlink 不同的是，Swarm 的目标不是为游戏、媒体流和浏览提供高速通信服务，相反， 该网络旨在用于物联网（IoT），有可能应用于农业、海事、能源和其他领域的数据流量需求 较小的设备。例如，分布在农场周围的远程传感器可以传回关于当地降雨和土壤状况的更新 信息；部署在海上的传感器可能有助于形成天气预报。 尽管目前已经存在使用卫星连接的物联网网络，但 Swarm 旨在大大降低其价格。例如，一个 单独的 Swarm Tile 是 119 美元；每个设备的月服务费仅 5 美元。

4.卫星互联网发展进入战略机遇期

4.1.世界各国轨道频谱资源竞争激烈

轨道和频谱是通信卫星能够正常运行的先决条件，单颗低轨卫星覆盖范围小，必须增加数量 以实现全球覆盖，因此，面对有限的轨道、频谱资源，Oneweb、SpaceX、亚马逊等行业巨头， 以及 Google、Facebook 等互联网企业均加入了低轨通信卫星竞争阵营，纷纷推出自己的低轨 通信卫星建造计划，甚至 SpaceX 的 Starlink 计划卫星数量达到惊人的 42000 颗，未免有“跑 马圈地”的意味，目前，国外已经公布的低轨通信卫星方案中，卫星总数量约为 31467 颗， 卫星轨道高度主要集中在 500~1500km 之间，频段主要集中在 Ka、Ku 和 V 频段，在轨道高 度十分范围有限、频段高度集中的情况下，卫星轨道和频谱的竞争将愈加激烈。由于轨道和 频谱在国际电信联盟的有效占有时间有限，不如期发射卫星会导致原有轨道和频谱失效，因 此，预计下一阶段各家公司将抢先发射卫星，以实际占有轨道和频谱，轨道和频谱的争夺将 愈演愈烈。

4.2.边际成本低，适合基础设施薄弱地区实现通信网络覆盖

传统的地面蜂窝移动通信（Cellular Mobile Communication）是采用蜂窝无线组网方式，在终 端和网络设备之间通过无线通道连接，进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终 端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。 单个蜂窝通信基站覆盖面积小，在密集城区的 4G 基站，覆盖半径一般只有几百米，因此为 了实现广泛覆盖，需要建设多个通信基站。大量的基站联合起来，再加上其他的一些传输， 控制节点，就组成了一张蜂窝移动通信网。

根据工信部的数据，截止 2022 年底，全国移动通信基站总数达 1083 万个，全年净增 87 万 个。其中 5G 基站为 231.2 万个，全年新建 5G 基站 88.7 万个，占移动基站总数的 21.3%。我 国 4G 网络建设时期，移动通信固定资产投入超万亿元人民币。 由于地面通信基站需要电源、光纤网络等设施的配套，因此在一些偏远山区、沙漠、海岛等 区域建设地面通信基站需要更多的资金投入，并且由于这些区域用户数量较少，投入产出比 亦较低，因此，利用地面通信基站难以实现通信服务的无死角全覆盖。

相比之下，卫星具有更大的覆盖范围，例如一颗“星链”卫星在 550km 轨道上可以覆盖地面 506km 的半径范围，相当于约 64 万平方公里土地面积，比地面通信基站的覆盖范围大数个 数量级，并且，利用星间通信等措施，可以实现多颗卫星之间的通信，从而在太空中构成一个卫星互联网，实现全球覆盖。再结合地面站，就可以实现太空网络与地面网络的融合，从 而实现多维度的网络通信，做到真正意义上的全球无死角覆盖。 从边际成本上来看，卫星互联网由于其覆盖面积广，在拓展新区域用户时，不需要建设大量 地面基站及相应配套设施，尤其对于基础设施比较薄弱的地区，或者地广人稀，分布面积大， 但用户数量少的戈壁、海岛等地区，使用卫星互联网不需要大量地面基础设施投入，因此比 地面基站具有更大的边际成本优势。 卫星互联网在应用初期将主要弥补地面通信的盲区，如海洋、高山、荒漠等区域，后期随着 卫星互联网卫星数量以及通信带宽的不断拓展，有望逐步向农村等地广人稀的区域拓展用户。

我国“一带一路”经济走廊主要分布于亚洲、非洲、欧洲等地区，根据 Statista 公司的测算， 南亚、东非、西非、中非等地区互联网普及率不及 50%，低于世界平均水平，北非、东南亚、 西亚、中亚等地区互联网普及率大约为 70%左右，虽然高于世界平均水平，但是距离欧美等 发达地区 90%以上互联网普及率仍有较大差距，未来互联网需求空间广阔。 互联网覆盖率低的区域通常也是通信基础设施建设较为落后或地广人稀的地区，如果使用传 统通信手段覆盖欠发达地区或者无人区，需要建设大量的通信网络、电力网络等基础设施， 投资较大，如果使用卫星互联网进行覆盖，则会省去大量地面光缆、电力系统等配套基础设 施投入，成本更具优势。

4.3.中国力量加入卫星互联网竞争阵营

4.3.1.我国现有卫星通信以广播通信为主，卫星移动通信客户逐步增涨

我国目前的卫星通信系统主要有卫星广播通信、卫星宽带互联网和卫星移动通信三种类型。 在卫星广播通信领域，我国卫星广播通信建设时间早、客户数量多，是目前卫星通信服务的 主要模式，我国发射了中星、亚太系列等多颗广播通信卫星，通信业务实现了亚洲、欧洲、 非洲、太平洋等区域覆盖。 在卫星宽带互联网领域，我国高通量宽带卫星发展刚刚起步，整体技术水平、系统容量和服 务能力与国外先进卫星系统尚有差距。2017 年发射的首颗高通量 Ka 宽带卫星“中星 16 号”， 容量达到 20Gbps，主要面向远程教育、医疗、机载和船舶通信、应急通信等领域的互联网接 入，不能面向个人移动用户。 在卫星移动通信领域，2016 年我国发射的天通一号卫星是我国自主建设的首个移动通信卫星 星座，支持最低 1.2Kbps 电路域话音、最高分组域 384Kbps 的数据业务，标志着我国卫星移 动通信进入了新纪元。

中国卫通是我国卫星广播通信的主要运营商，公司拥有亚太系列、中星系列等多颗通信卫星， 形成了卫星运营服务、行业系统集成、综合信息服务三大主业协同发展格局，在国内卫星通 信方面发挥了重要作用。

4.3.2.天通一号卫星实现卫星移动通信

天通一号卫星系统由航天五院研制，2016 年 8 月 6 日，天通一号 01 星成功发射，实现了我 国移动通信卫星零的突破，是我国 S 频段大容量地球同步轨道移动通信卫星的首发星。2020 年 11 月 12 日、2021 年 1 月 20 日，天通一号 02、03 星相继发射升空。 天通一号是我国首个移动通信卫星星座，填补了国家商用卫星移动通信服务空白，该系统是 我国空间信息基础设施的重要组成部分。系统由空间段、地面段和用户终端组成，空间段目 前由 3 颗地球同步轨道移动通信卫星组成。 组网运行后，天通一号实现亚太地区全覆盖，提升了国家应急通信保障能力，也扩展了我国 国土及周边海域各类手持和小型移动终端语音与数据通信覆盖面，能够满足更多用户多样化 通信需求，提供全天候、全天时、稳定可靠的话音、短消息和数据等移动通信服务。 在面向社会提供服务方面，中国电信运营的手机号段 1740 用户，在卫星服务区内使用天通 卫星手机或终端就能进行语音、短信、数据通信及位置服务。

早期的天通手机，如 2018 年大唐公司出品的天通手机，为了增强天线接收灵敏度，需要外置 天线，体积、重量相比大众智能手机更大、更重，便携性不佳，更类似于专业领域的卫星电 话，难以进入大众消费领域。 2023 年 8 月，华为公司发布的 Mate 60 Pro 手机，通过技术改进，成功将卫星通信器件小型 化，成为全球首款支持卫星通话的大众智能手机，从而使得卫星通话手机进入大众电信消费 领域。

从天通卫星工作频段来看，天通卫星工作在 S 频段，接收频率为 2170-2200MHz，发射频率 为 1980-2010MHz。相比之下，日常使用的地面移动通信 TDD-LTE Band 38、39、40 三个频 段频率分别为 2570-2620MHz、1880-1920MHz、2300-2400MHz，从频段上来看，天通卫星的 S 频段与地面移动通信网络频段接近，从而为手机直连卫星提供了技术基础，未来随着天通 卫星通信器件的普及，卫星通信功能有望在更多的大众智能手机上得到应用。

4.4.卫星互联网建设提上日程

我国疆域辽阔，自然地形复杂。在面对偏远山区的自然村落时，与地面基站相比，“从天上” 解决成本更低，并且能够同时解决海上通信问题。 2016 年 12 月的《十三五国家信息化规划》中明确提及“通过移动蜂窝、光纤、低轨卫 星等多种方式，完善边远地区及贫困地区的网络覆盖。” 2020 年 4 月，国家发改委将“卫星互联网”列入“新基础设施”名单，与 5G、人工智 能、工业互联网、新能源充电桩并行。 2021 年 4 月 28 日，经国务院批准，组建中国卫星网络集团有限公司，列入国务院国有 资产监督管理委员会履行出资人职责的企业名单。 据新华社报道，2023 年 7 月 9 日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭， 成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，从而标志着我国在 卫星互联网领域迈出了重要一步。 2023 年 10 月 8 日，工信部信息通信管理局发布《关于创新信息通信行业管理优化营商 环境的意见（征求意见稿）》，提出“分步骤、分阶段推进卫星互联网业务准入制度改革， 不断拓宽民营企业参与电信业务经营的渠道和范围。”

在民间投资方面，据《华尔街日报》报道，2018 年底中国已有约 80 家太空技术初创企业投 入这一领域，太空已成中国商界的“新边疆”。以银河航天为代表的民间资本低轨卫星公司， 2018 年连续完成 A 轮三次融资，投资方包括顺为资本、晨兴资本、IDG 资本、高榕资本、源 码资本、君联资本等。按照银河航天徐鸣的估算，如果要让全球每一个角落都能联网，投入 低轨道通信卫星的成本，有机会降到基站建设成本的 1%。

4.4.1.“鸿雁”星座

1） 方案组成

“鸿雁”全球卫星通信系统由中国航天科技集团公司提出，该系统将由 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”星座首期投资约 200 亿元，是 我国首个国家级的、投资规模最大的、具有里程碑意义的商业航天项目，将实现“沟通连接 万物、全球永不失联”。 项目创新运营高效的商业模式，聚集全社会资源，打造覆盖芯片、终端、系统集成、运营服 务及人才培养等环节的完整产业链条，创新卫星及运载火箭规模化研制模式和流程，培育新 经济增长点，将带动上下游超千亿元产值规模。

2）首发星成功入轨

据新华网报道，2018 年 12 月 29 日，长征二号丁运载火箭成功将“鸿雁”星座首颗试验星送 入预定轨道。首发星是“鸿雁”星座的试验星，由深圳航天东方红海特卫星有限公司制造， 采用了该公司研制的 CAST5 高性价比微小卫星平台，该星具有 L/Ka 频段的通信载荷、导航 增强载荷、航空监视载荷，可实现“鸿雁”星座关键技术在轨试验，同时研制了地面系统与 终端，卫星入轨后可陆续开展卫星移动通信、物联网、热点信息广播、导航增强、航空监视 等功能的试验验证，为后续的“鸿雁”星座的全面建设及运营提供有力支撑。 “鸿雁”星座还有一个重要应用就是提供航空数据业务，可支持飞机前舱的安全通信业务， 为航空器追踪及应急处理提供可靠的通信保障，同时支持后舱宽带互联网接入服务。中国航 天科技集团目前已与中国民航局签订合作协议，共同开展“鸿雁”星座系统空管应用研究及 机载宽带通信服务合作。

4.4.2.“虹云”星座

1）方案组成

“虹云”星座是中国航天科工大力推动商业航天发展的“五云一车”（飞云、快云、行云、虹 云、腾云和飞行列车）项目之一，旨在构建覆盖全球的低轨宽带通信卫星系统，计划发射 156 颗卫星，它们在距离地面 1000km 的轨道上组网运行，以天基互联网接入能力为基础，融合 低轨导航增强、多样化遥感，实现通、导、遥的信息一体化，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。

2）首颗技术验证卫星“武汉”号顺利发射

据新浪网报道，2018 年 12 月 22 日，“虹云”工程首星在酒泉卫星发射中心成功发射，进入 预定轨道，标志着中国打造天基互联网也迈出了实质性的第一步。该星由中国航天科工在武 汉的国家航天产业基地生产，该基地将成为具备卫星批产能力的智能化卫星生产线，以支撑 2022 年左右整个星座卫星的批量生产，为“虹云”工程后续星座组网建设奠定基础。 “虹云”工程首星首次将毫米波相控阵技术应用于低轨宽带通信卫星，能够利用动态波束实 现更加灵活的业务模式。除通信主载荷外，虹云工程首星还承载了光谱测温仪和3S（AIS/ADSB/DCS）载荷，将实现高层大气温度探测和船舶自动识别系统（AIS）信息、飞机广播式自动 相关监视（ADS-B）信息和传感器数据信息采集（DCS），实现通、导、遥的信息一体化，可 广泛应用于科学研究、环境、海事、空管等领域。

5.降低卫星制造成本是大规模部署卫星互联网的前提

5.1.早期卫星成本高昂，限制卫星星座大规模建设

低轨卫星的研发、制造、发射等成本高昂，已成为制约业内公司可持续发展的重要因素。1997- 1999 三年间，铱星（Iridium）、全球星（Globalstar）和轨道通信（Orbcomm）等卫星移动通 讯公司密集发射卫星完善产业布局，但三家公司在随后几年里因成本管控不当先后申请破产 保护。铱星公司 66 颗卫星组成的通信系统总成本共计 50 亿美元，持续的高成本运营不堪重 负，最终由于无法偿还贷款而宣告破产，同期竞争对手全球星、轨道通信卫星也面临破产威 胁。 2007 年，铱星公司启动了铱星 2 代（IridiumNEXT）星座用来替换原有铱星，铱星 2 代仍然 是 66 在轨卫星，总造价约 30 亿美元，仅为一代的 60%，却有着更好的数据速率和语音质量， 也兼容老一代的通信终端和业务。 星链计划卫星数量庞大，因此卫星造价对于星链计划能够顺利实施至关重要，SpaceX 也采取 多种手段降低卫星制造成本。按照摩根士丹利分析师的估算，早期星链卫星制造成本约为 100 万美元/颗，发射成本 5000 万美元/次，猎鹰 9 运载能力达到 60 颗/次。根 SpaceX 公司 COO 格温·肖特维尔曾透露称：在复用一级火箭和整流罩的乐观状态下，单颗 Starlink 卫星制造 成本有望低于 50 万美元，单次发射成本降至 1500 万美元。根据这一标准，完全部署 4.2 万 颗 Starlink 卫星，需投入卫星制造成本 210 亿美元，发射成本 105 亿美元。

5.2.通过批量化生产降低卫星成本

星链发射前，围绕地球运行的在轨卫星共约有 1400 余颗，估计还有 2600 多颗卫星已经不再 工作，只是漂浮在太空之中，加上这部分已经退役的卫星，人类已发射的卫星总数约为 4000 多颗。相比之下，星链计划发射的通信卫星数量将超过人类已发射卫星总数。 由于以往卫星批次数量少，因此难以大规模批量制造，随着低轨卫星星座中卫星数量的大幅 增加，为批次建造卫星提供了前提，从而能够通过批量化制造来降低单星成本。 早期，OneWeb 引入了汽车制造的概念，将卫星各系统模组化，在生产线大量使用自动化设 备。在此模式下，OneWeb 的“卫星工厂”每周能生产 16 颗卫星，年产量达到 648 颗卫星。 批量化生产可以降低卫星的生产成本，2015 年时设定的目标是使每颗通信卫星的造价降低至 50 万美元。

在国内，小型卫星的制造商同样采取“流水线”式的制造模式来降低卫星成本。 据澎湃网报道，2021 年 11 月 26 日，“G60 星链”产业基地启航仪式在上海举行。该项目由 松江区、联和投资、临港集团三方共同打造，将建设长三角首个卫星制造的“灯塔工厂”。 “G60 星链”产业基地一期项目占地面积 120 亩，建筑面积 20 万平方米，将建设数字化卫星 制造工厂、卫星在轨测运控中心、卫星互联网运营中心。其中，卫星工厂的设计产能将达到 300 颗/年，单星成本将下降 35%。预计于 2023 年投入使用。项目规划分三期建设，“十四五” 期间完成“152”工程：即建成 1 个全球低轨卫星通信星座，建成面积超 500 亩的卫星互联网 产业集群，形成规模超 200 亿的卫星互联网产业创新应用生态。 2021 年 1 月，中国航天科工集团有限公司二院空间工程公司，完成了我国首条批产卫星智能 生产线的研制、生产及安装工作，正式转入现场试运行阶段。卫星从原材料出库到整星检验 合格入库，需经历舱板级部装、卫星总装、整星电性能测试、通信载荷测试、机械精度测试、 太阳翼安装与性能测试、质量特性测试、振动试验、真空热试验、检漏试验等十余道工序。 如果关键工艺环节全部由机器来替代，生产效率能够提高 40%以上。从单件小批量手工生产 到高度自动化生产，在保证卫星装配测试过程满足技术要求的同时优化了工艺流程，该产线 有望达到年产 240 颗以上小卫星的设计产能目标。

据中国空间技术研究院官网报道，2022 年初，天津航天产业基地全面建成，该基地采用柔性 制造模式，年产卫星数量可达 200 颗以上，并已启动试生产工作。该中心是一座高水准、现 代化的“星星工厂”，按照“脉动式”节拍化生产，由中国空间技术研究院通信与导航卫星总 体部负责抓总建设。项目于 2019 年启动建设，主要目的是适应国内卫星星座建设项目蓬勃 发展的需求。

5.3.抗辐照加固器件成本较高，制约卫星成本

5.3.1.太空环境对电子器件的影响

运行在太空中的航天器由于没有地球大气层的保护，将会受到更多空间粒子的辐照，如重粒 子、质子、α粒子、中子等，航天器中的电子设备受辐照影响容易出现性能下降甚至失效的 情况。 太空辐射环境对电子设备的效应主要分为两类，一类是辐射总剂量 TID(Total Ionizing Dose)， 另一类是单粒子效应 SEE(Single-Event Effect)。单粒子效应指单个高能粒子撞击引起的电子 器件状态的瞬时扰动，或是永久性的损伤。单粒子效应又可以分为单粒子翻转 SEU(SingleEvent Upset)和单粒子闭锁 SEL(Single-Evcnt Latchup)两类。

5.3.2.抗辐照加固技术综述

抗辐照加固技术可分为两大类：工艺加固（Radiation Harden By Process,RHBP）和设计加固 （Radiation Harden By Design, RHBD）。 工艺加固是通过构建特殊的工艺线来实现抗辐照加固。在半导体衬底材料方面，通常的作法 是将半导体硅衬底替换为硅绝缘体衬底（绝缘体上硅，SOI）或蓝宝石衬底（蓝宝石上硅， SOS）。抗辐照加固衬底的优点是，如果有一个器件被高能粒子击中，加固衬底能够有效地减 少杂散电流向其邻近器件扩散。在封装材料方面，一般采用陶瓷封装替代塑料封装等。

工艺加固存在以下两个问题：一是目前生产工艺线厂商少、工艺线产量小，进而成本很高， 不具备广泛的适用性；二是因为专用工艺线具有抗辐照能力，工艺线流程更加复杂，导致电 路在性能上不及通用工艺线。 设计加固对器件工艺没有特殊要求， 主要通过优化电路和系统设计进行加固来提高集成电 路可靠性。因而，设计加固是目前国内外集成电路进行抗辐照加固的主流技术。常见的电路 加固方法有增加保护性有源结构， 增大敏感节点对间距等。在系统设计方面，常采用的方法 有纠错检错方法、多冗余技术等。

5.3.3.抗辐照工艺加固案例

1） 微芯科技耐辐射单片机

Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）于 2019 年面向航空航天业，推出了基于 Arm® 内核的单片机——SAMV71Q21RT 耐辐射单片机和 SAMRH71 抗辐照单片机，将商用现货 （COTS）技术的低成本和大型生态系统优势与宇航级器件可调节的防辐射性能相结合。基于 汽车级 SAMV71 单片机打造的 SAMV71Q21RT 耐辐射单片机和 SAMRH71 抗辐照单片机， 采用了广泛使用的 Arm® Cortex®-M7 片上系统（SoC），有助于提升空间系统的集成度，在 降低成本的同时提升性能。两款器件均可使用 SAMV71 的完整软件开发工具链，从而显著缩 短开发时间、降低成本。 初步开发工作在 COTS 器件上完成后，所有在这个阶段开发的软件都可以被移植到采用高可 靠性塑封和宇航级陶瓷封装的耐辐射或抗辐照单片机上。SAMV71Q21RT 耐辐射单片机可重 用全套 COTS 掩模组，具有一定的引脚兼容性，从而可立即实现 COTS 器件到合规宇航级器 件的移植。 SAMV71Q21RT 的耐辐射性能是低轨地球卫星星座、太空机器人等太空应用领域的良好选择， SAMRH71 的抗辐照性能则更适合陀螺仪、星体跟踪器等更为重要的子系统。SAMV71Q21 RT 耐辐射器件可耐受累计达 30 Krad（Si）的总电离辐射剂量（TID），同时具有闭锁抗扰能力， 且不会被重离子破坏。

2）意法半导体耐辐射系列芯片

与发射到地球静止轨道的高轨道卫星相比，低轨道卫星受到的大气保护更多，受辐射程度更 低。此外，低轨道卫星设计寿命较短。虽然低轨道卫星对电子元件的性能和质量保证要求与 传统卫星相近，但抗辐照能力要求较低。从历史上看，航天用元器件一直被安装在密封的陶 瓷封装内，以通过严格的 QML 或 ESCC 认证和生产流程测试，导致这些通常小批量生产的 元器件成本相对较高。

意法半导体(STMicroelectronics)面向新一代小型低轨道(LEO)卫星的设计和量产，开发了系列 抗辐照加固功率、模拟和逻辑芯片，这些芯片采用低成本塑料封装，为卫星电子电路提供重 要功能应用。意法半导体 2022 年 3 月发布了该系列的首批九款产品，可用于整个卫星系统， 例如，发电配电、星载计算机、卫星遥感跟踪器、收发器等卫星系统。意法半导体今后几个 月继续发布新品扩大该系列，增加更多功能，以进一步扩大设计师的选择范围。 意法半导体的新型 LEO 抗辐照加固塑料封装元器件可以直接用于航天器，在产品认证和制 程方面进行了产品优化，具有规模经济效益。新产品不需要用户进行额外的认证或筛选测试， 因此消除了巨大成本和风险。

3）国内抗辐照芯片

在国内，北京微电子技术研究所和中科院微电子所都开发了抗辐照芯片产品。 北京微电子技术研究所隶属于中国航天科技集团公司第九研究院，是国家重点军用电子元器 件研制单位。以领先的抗辐照加固集成电路设计技术为基础，面向全球提供高端宇航电子元 器件产品、高性能抗辐照 IP 及 ASIC 设计服务、高可靠陶瓷封装设计及封装服务、高性能集 成电路测试和可靠性验证等服务。抗辐照 FPGA、抗辐照 AD/DA、抗辐照 SRAM、抗辐照总 线和 65nm 抗辐照加固 IP 等多款产品和技术已经为全球多家宇航公司提供了产品与技术服 务。 中科院微电子所在抗辐照 SOI 技术与应用方面开展了长期研究。SOI 技术与体硅技术相比， 具有如下特点：全介质隔离：器件寄生电容小、速度快、静态功耗低；抗单粒子能力强；抗 电离总剂量能力面临挑战；抗 ESD 能力面临更大挑战。微电子所针对 SOI 中的埋氧层为电 路的抗总剂量辐照能力的问题，开发了变掺杂的斜角分层沟道注入技术，使 SRAM 抗总剂量 能力提升至大于 300krad(Si)。在工艺方面，开发了 0.18μm 和 0.35μm 抗辐照 SOI CMOS 关 键工艺模块，通过各工艺步骤的协同优化，贯通了抗辐照 SOI 完整工艺流程。

可配置 SOI 技术。传统 SOI 器件受到隔离氧化物电荷俘获和寄生双极放大等效应影响，其抗 总剂量、单粒子和瞬时剂量率水平难以进一步提高，无法满足深空探测等型号任务更加严苛 的芯片抗辐射能力需求。2022 年，中科院微电子所基于自主开发的可配置 SOI（CSOI）成套 工艺，成功研制出无抗辐射短板的 SRAM 存储器芯片，实现抗总剂量 9 Mrad(Si)、单粒子闩 锁免疫、单粒子翻转阈值 99.8 MeV*cm2 /mg 等核心抗辐射指标，其综合抗辐射能力高于国内 外工业和学术界 SRAM 存储器水平，已在相关型号中开展应用和搭载验证。

5.3.4.抗辐照设计加固方法

对于宇航电子器件，还可以采用各类纠错检错方法进行“软加固”，以提高器件的可靠性。 编码纠错检错方法（Error Detection And Correction，EDAC）是一种用于检测和纠正数据传输 中错误的编码技术，在数据存储或传输过程中，由于各种原因（如噪声、干扰等），数据可能 会发生错误，导致传输的数据不完整或者不准确，为了避免这种情况发生，通常会使用 EDAC 技术来对数据进行编码和检测。 EDAC 技术通过在数据中添加冗余位来是实现错误检测和纠正。例如，向存储器中写入数据 时，EDAC 模块会自动计算写入数据的 EDAC 结果，然后写入到相应 EDAC 储存单元中，在 读取存储器数据时，EDAC 模块将该 EDAC 储存单元的用户数据读出，进行相同的 EDAC 计 算得到存储数据的 EDAC 结果，并与写入时产生的 EDAC 结果进行对比，从而发现数据是 否存在错误。常见的 EDAC 编码方式有海明码、BCH 码、RS 码等。

EDAC 技术广泛应用于存储器、通信、计算机网络等领域，尤其是汽车 ECU、雷达、通信设 备等领域，电磁环境复杂，为了保证其存储器中数据和程序代码的完整性和可靠性，EDAC 技术被广泛应用，从而提高数据传输的可靠性和稳定性。但是 EDAC 技术也会增加数据传输 的延迟和复杂度，在实际使用中需要进行权衡和选择。

5.4.采用商用货架器件并结合系统冗余技术有望降低卫星成本

5.4.1.采用商用货架器件（COTS）降低装备成本

商业货架器件 (Commercial-off-the-shelf，COTS)，是指在市场上销售的产品，并在制造商的 产品目录中以确定的价格出现，而且可直接从制造商或通过制造商的销售网供应给任何公司 或个人使用。COTS 器件有标准的件号和描述其机械、电气和环境性质与极限的技术规范。 COTS 产品可分成消费品/工业用、军用和航天用等类。 自上世纪 70 年代以来，由于计算机、电信设备和电子消费品的兴起，集成电路以及电子器件 的销售量大幅增涨。在同一时期，集成电路在军用设备中的应用保持平稳，使得军用电子器 件在电子器件行业中的占比进一步降低，无法影响电子器件行业的发展。摩托罗拉、英特尔 和飞利浦等公司关闭了它们的军用电子元件生产线，显著减少了密封封装的军用规范部件的 供应量，特别是最新的和技术上最先进的集成电路紧缺。 以航天领域为例，空间飞行器普遍使用专用的抗辐照加固处理器，虽然经过多年研发，但通 常比商用处理器性能仍落后一至两代，且差距越来越大。截止到 2021 年，美国最先进的计算 单机模块是 BAE 系统公司开发的 RAD 5545 模块，其核心采用了先进的 45 nm 抗辐照加 固 SOI 工艺，但是总体性能远远落后于商用处理器。

在军工、航天等领域专用芯片落后的局面，迫使防务工业考虑采用商业技术的电子部件。美 国国防部于 1994 年制订政策，鼓励采用最好的商业部件，以便在军用设备中早日使用经济 上负担得起的前沿电子技术产品。商用货架器件在采购价格、性能、资源等方面更具有优势。

近年来，由于商业需求在航天领域的不断发展，商业载荷需求呈现爆发式增加。传统的以科 技载荷为需求的 3~5 年的载荷研制周期不能满足商业航天的业务需求，而且航天级器件一般 因为供货周期长，价格昂贵而且性能往往落后于地面上的同级别器件的原因，所以采用高性 能商业级现货器件代替传统航天级器件作为商业航天公司在成本控制领域发展的一个方向。

5.4.2.采用系统冗余设计提高系统可靠性

采用工艺加固的芯片可以提高其抗辐照能力，但是成本高昂。采用设计加固可以一定程度提 高器件可靠性，但对于提高系统硬件可靠性能力有限。商用货架器件价格低廉，但是抗辐照、 环境适应性不及抗辐照器件，可靠性较低。 为此，可以使用商用器件降低直接成本，再采用系统冗余技术，通过增加器件数量并采用一 些系统容错设计方法，从而提高系统可靠性。常用的系统冗余设计方法主要有双机冷备份、 双机热备份、三模冗余重组、两热一冷冗余设计等。

1） 双机冷备份结构

双机冷备份结构设计原理，正常状态下采用的主节点上电，备份节点不上电。双 机冷备份结构在仲裁切换模块正常，没有发生故障时，主节点正常工作进行运算处理，计算 单元内的备节点不会发生故障；当主节点发生故障时，激活备份节点，对主节点进行替换； 当备份节点也发生故障时，系统失效。

2）双机热备份结构

双机热备份重构设计原理，采用的双机热备份，热备份与冷备份不同在于正常 情况下，计算单元内的备节点也有可能发生故障。双机热备份在仲裁切换模块正常，主节点 正常工作时，计算单元工作正常；当备份节点也发生故障时，系统失效。

3）三模冗余重组结构

三模冗余重组结构设计一般应用在大容量可重构 FPGA 上，采用的三 模表决的仲裁策略，正常状态下 3 个节点均正常工作，系统正常输出；当其中 1 个节点发生 故障，另 2 个节点正常工作时，仲裁切换节点屏蔽故障节点的影响，系统通过内嵌的故障诊 断、识别，然后进行故障清理等手段让故障节点恢复正常，在不影响计算单元工作的情况下， 将其接入系统，恢复到三模表决的工作状态；当出现 2 个节点及以上节点发生故障时，系统 失效。当仲裁切换节点出现故障时，由于无法进行仲裁或者仲裁出错，系统失效。

4）两热一冷冗余结构

两热一冷冗余结构设计原理，采用１个双节点热备份加一个节点冷备份的架构， 正常状态下两个热节点均正常工作，系统正常输出；当其中１个热节点发生故障，仲裁切换 节点激活冷节点，与正常节点重新构成双节点热备。考虑仲裁切换节点出现故障的时间，其 工作状态分为：首先仲裁切换节点出现故障，当其中１个热节点发生故障，系统只能以单节 点状态工作；其中１个热节点首先发生故障，之后仲裁切换节点出现故障，系统以双节点热 备份状态工作。

5）不同类型器件的容错技术总结

利用上述航天器的星载器件冗余涉及方法，可以对不同类型 COTS 器件开展容错设计，以提 高系统可靠性。根据常用的 COTS 器 件类型，容错技术大致可以分为存储器容错技术、SRAM 型 FPGA 容错技术和 DSP、CPU 容 错技术。

5.4.3.航天领域商用器件应用案例

随着商业卫星领域的飞速发展，在前期 COTS 器件容错技术试验的基础上，COTS 器件得到 了更为广泛的应用。因为商业卫星一般发射数量较多，且以小卫星为主，因此商业卫星公司 对卫星成本问题更加敏感，纷纷采用 COTS 器件降低成本。低轨卫星受到的辐照相对高轨卫 星较少，因此更加有利于 COTS 器件在卫星互联网中的广泛使用。 从上世纪 90 年代起，美国开始大力推进 COTS 器件在空间工程中的应用，美国国家航天局 （NASA）提出新千年研究计划，将商用器件的卫星应用作为一个重点课题，此外还推出一 系列研究计划，对市面上多种商业器件进行抗辐照验证研究工作，同时美国也发射了多颗卫 星对 COTS 器件的技术研究进行了较多的试验验证工作，如 ARGOS 卫星、TACSAT-2 卫星、 以及 CFESat 卫星等。 美国 CFESat 卫星是 2007 年发射的低轨试验卫星(轨道高度为 560 km) 。通过此卫星，基于 SRAM 型 FPGA 的可重构计算机能够运行于低轨卫星得到了验证。FPGA 采用 Xilinx XQVR1000，通过外延层工艺增强 SEL，SEL 的 LET 为 125 MeV /mg /cm2，TID 约为 100 K Rad( Si) ，因此 FPGA 主要受单粒子效应的影响，其容 错技术同时采用了硬件三模冗余技术和校验码技术。

在国内，根据《基于 COTS 的高性价比微小卫星研制管理模式研究》的介绍，在 2015 年和 2016 年，深圳航天东方红海特卫星公司分别发射开拓一号和脉冲星试验卫星，对基于 COTS 器件的微小卫星技术进行了探索和实验，形成了一套关于 COTS 器件应用的产品保障方法， 这两颗卫星均采用大量的 COTS 器件，比如工业级 PC104 计算机、电池、太阳阵列以及多个 星上单机产品，而且这两颗卫星成功发射后稳定运行，成功对 COTS 器件进行了空间试验验 证。

6.未来我国卫星互联网产业规模有望超千亿

6.1.全球航天产业高速发展

据 Euroconsult 公司的报告显示，2022 年，各国政府航天领域预算呈加速增长趋势，达到 1030 亿美元，比 2021 年增长 9%，创下政府航天投资的历史新高。尽管疫情对公共财政产生了影 响，但其影响并未对 2020-2021 年政府太空预算产生负面影响。 在各国政府航天预算中，民用设施预算总额为 550 亿美元（占总支出的 54%），而 2022 年航 天领域国防支出增加到 480 亿美元（占总支出的 46%）。民用航天项目支出主要受太空探索、 空间通信等项目推动，另一方面，各国对国防相关航天计划的投资创下了新高，原因是地缘 政治紧张局势日益加剧，需要发展新的航天能力。民用航天项目和国防项目开支的差距继续 减少，根据 Euroconsult 的预测，由于各国国防航天项目预算持续增长，预计到 2031 年国防 航天项目开支有望与民用航天项目开支持平。

在航天领域投资方面，2022 年，美国仍然高居全球首位，美国政府在太空方面的投资占世界 总额的 60%，为 620 亿美元。中国航天领域投资约为 119 亿美元，仍居第二位。日本、法国、 俄罗斯航天领域投资分别为 49 亿、42 亿、34 亿美元，位居第三至第五位。

Euroconsult 在其《Space Economy Report 2022》报告中指出，航天领域按照上游航天器制造 和下游应用领域的不同，出现显著差异。 在上游制造领域，卫星通信和对地观测需求不断增长，并且由于通信卫星和遥感卫星寿命相 对较短，因此卫星更新速度要求更高，这两类卫星市场份额占上游制造市场总量的 59%。卫 星导航市场是一个政府控制的市场，卫星数量较少（全球约 120 个导航卫星），但价格昂贵， 具有更长的寿命，因此导航卫星的制造市场明显低于通信卫星和遥感卫星，仅占上游制造领 域的 4%左右。 在下游应用领域，卫星导航服务是第一大应用市场，由于导航卫星通过广播式时间编码传输， 即使在卫星数量很少的情况下，仍然可以服务广大用户，因此卫星导航市场约占卫星下游应 用市场的60%。卫星通信占据下游应用市场的38%，并且由于卫星移动通信需求的不断增长， 未来卫星通信市场规模有望进一步增加。卫星遥感市场所占的份额较小，主要原因是目前遥 感市场以 BtoB 为主，缺乏广泛的 BtoC 市场，因此下游市场空间只有 2%左右。

根据 UCS 卫星数据库的统计，从卫星种类来看，小型卫星数量呈现爆发式增长。自 2019 年 5 月以来，SpaceX 公司的“星链”系统发射多枚小型低轨通信卫星，截止 2022 年 8 月，“星 链”系统已经发射 3009 颗小型通信卫星，在轨运行 2750 颗。在“星链”带动下，2021 年共 发射 1624 颗小型卫星，远超过中大型卫星数量。

根据《中国航天科技活动蓝皮书（2021 年）》介绍，2021 年，全球年度发射成功率 92.5%。 其中，美国开展 51 次航天发射，发射载荷总质量 403.34 吨，超过其他各国发射航天器质量 总和；中国航天共执行 55 次发射任务，发射次数居世界首位，发射航天器数量 115 个，总质 量再创新高，达到 191.19 吨，同比增长 85.5%。

iiMedia Research（艾媒咨询）数据显示，在政策和资本等多方加持下，2015-2021 年中国商业 航天产业保持着 22.3%的年均复合增长率。2020 年中国商业航天市场规模已经突破 1 万亿 元；预计未来 3 年，产业将继续以超 20%的增长率进行扩张，预计 2022 年将突破 1.5 万亿 元，2024 年有望达到 2.3 万亿元。

6.2.“6G=5G+卫星网络”，卫星助力开启移动通信新时代

从上世纪 90 年代开始，随着移动卫星通信的发展，关于卫星与地面移动通信相互融合的讨 论与尝试就从未停止。近年来快速发展的通信卫星采用基于统一的 IP 交换技术，实现与地面 互联网的融合互通。在市场策略上，通信卫星星座摒弃了铱星系统建设运营初期独立建网、 与地面移动通信相竞争的策略，转而与电信运营商开展合作，但当前的铱星二代等低轨卫星 通信系统在数据传输方面远远落后于地面移动网络，无法满足用户日新月异的数据传输需求。 随着 5G 时代的即将到来，国际通信组织以及业内人士已经开始对 6G 时代进行展望，当前 得到的共识是，5G/6G 时代将是卫星通信与地面通信网络相融合从而真正实现全球通信，包 括 3GPP、ITU 在内的国际标准化组织成立了专门工作组，我国科技部也开始着手开展卫星 通信与 5G/6G 相融合的问题，卫星移动通信的时代即将开启。

6.2.1.“6G=5G+卫星网络”概念已经提出

2017 年 11 月，英国电信集团（BT）首席网络架构师 Neil McRae 对 6G 通信进行了展望，他 认为 5G 将是基于异构多层的高速因特网，早期是“基本 5G”（将在 2020 年左右进入商用）， 中期是“云计算+5G”，末期是“边缘计算+5G”；6G 将是“5G+卫星网络（通信、遥测、导 航）”，有望在 2025 年得到商用，利用“无线光纤”等技术实现超快宽带，并在 5G 的基础上 集成卫星网络来实现全球覆盖，可以为 6G 用户提供网络定位标识、多媒体与互联网接入、 天气信息等服务。 2018 年 11 月，国际电信联盟（ITU）正式成立 Network 2030 研究组（ITU-T FG on Network 2030），该机构旨在探索面向 2030 年及以后的网络技术发展，包括保持向后兼容的网络新概 念、新构架、新协议、新解决方案，以及支持现有的和新的应用。Network 2030 研究组主席， 华为网络技术实验室首席科学家 Richard Li 就 2030 年以后的新互联网愿景进行了介绍，其中 利用卫星实现空天一体化、全球覆盖是其中重要一项，并对 Starlink、OneWeb 等低轨卫星通 信系统进行了介绍，说明卫星通信在未来通信、互联网领域的重要性已经得到普遍认同。

6.2.2.我国已着手对与 5G/6G 融合的卫星通信技术开展研究

2018 年 11 月，科技部发布《国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项 2019 年度 项目申报指南建议》征求意见，提出的“专项总体目标”之一是“开展新型网络与高效传输 全技术链研发，使我国成为 B5G/6G 无线移动通信技术和标准研发的全球引领者，在未来无 线移动通信方面取得一批突破性成果”，其中“与 5G/6G 融合的卫星通信技术研究与原理验 证”是重点项目之一，提及的卫星类型主要是 GEO 和 LEO，GEO 主要用于电视信号等广播 类信号传输，LEO 则应该主要是用于卫星移动通信，说明我国已经认识到卫星通信在 5G/6G 时代的重要性，并着手开始研究，以引领国际通信未来发展。

6.2.3.低轨卫星通信与 5G 融合是近期发展趋势

随着 5G 技术的日益成熟，包括国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union） 在内的国际标准化组织成立了专门工作组着手研究卫星与 5G 的融合标准化问题，业内的部 分企业与研究组织也投入到星地一体化的研究工作当中。

1）ITU 的卫星与地面 5G 融合方案

针对卫星与地面 5G 融合的问题，ITU 提出了星地 5G 融合的 4 种应用场景，包括中继到站、 小区回传、动中通及混合多播场景，并提出支持这些场景必须考虑的关键因素，包括多播支 持、智能路由支持、动态缓存管理及自适应流支持、延时、一致的服务质量、NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）/SDN（Software Defined Network，软件定义网络） 兼容、商业模式的灵活性等。

2）3GPP 的卫星与地面 5G 融合方案

第三代伙伴关系项目（3rd GenerationPartnership Project，3GPP）在 2017 年底发布的技术报告 中指出，3GPP 工作组 SA1 对与卫星相关的接入网协议及架构进行了评估。已针对卫星与 5G 新空口（New Radio, NR）技术一体化开展研究，并将该一体化技术命名为“非地面网络（NonTerrestrial Network，NTN）”。NTN R14 至 R16 的研究项目（Study Item，SI）考虑在漫游、广 播/组播和物联网（Internet of Things，IoT）等 5G 网络中集成卫星接入业务，识别了 NTN 场 景、架构、NTN 基本问题和相关解决方案，以及 12 个潜在用例 。2019 年底，基于 5G 新空 口的非地面网络和物联网非地面网络的第一个工作项目（Work Item，WI）在 R17 获得批准。

未来一段时间内，地面网络将始终是 5G 通信的主体，卫星通信将是对地面网络的有效补充， 如铱星系统那样，企图用卫星互联网完全取代地面基站，在短期内是不现实的，但随着科技 的不断发展，不依赖地面网络的卫星通讯系统或许在未来成为现实。

3）华为公司 6G 展望

2022 年，华为公司发布《6G：无线通信新征程》，该报告表示空天一体化将是 6G 的重要特 征之一，6G 将整合地面网络和非地面网络，提供全球覆盖，给当前未联网的区域提供网络连 接。随着卫星制造和发射成本的降低，众多低轨或者超低轨卫星将应用于非地面网络。 低轨卫星组成的卫星互联网实现全球覆盖，也会产生一些新的能力和优势，比如，可以解决 传统地球同步轨道卫星、中轨卫星系统固有的通信延迟问题，低轨卫星系统的定位也更精确， 不仅对自动驾驶有着决定性的作用，在地球感测与成像方面也发挥重要作用。大型低轨卫星 星座通信要实现比长距离光纤通信更低的时延，需要满足特定的区域特征。

6.3.卫星互联网产业规模有望超千亿

6.3.1.卫星互联网组网建设规模有望超百亿

基于低轨通信卫星的卫星互联网，所需卫星数量庞大，建设成本高昂。例如，铱星系统由 66 颗卫星构成，耗资规模约 50 亿美元；星链系统如果按照原有计划至少投入约 100 亿美元；日 本 LeoSat 星座共 108 颗卫星，耗资约 36 亿美元；我国“鸿雁”星座由 300 颗卫星构成，计 划投资约 200 亿元人民币，“虹云”星座由 156 颗卫星构成，按此推断投资也将超过 100 亿 人民币。因此，如果国内“鸿雁”、“虹云”以及 G60 等通信卫星计划能够如期开展建设，未 来我国在卫星互联网组网建设上的投入有望超过 300 亿人民币。

6.3.2.卫星互联网全产业链市场规模有望超千亿

根据美国卫星工业协会（SIA）发布的数据，2022 年全球航天产业收入 3840 亿美元，其中卫 星产业规模 2810 亿，占比为 73.18%，非卫星产业（如载人航天等）产业规模 1030 亿美元， 占比为 26.82%。 从卫星类型来看，商业通信卫星份额约为 84%，遥感卫星约占 10%，试验卫星和军用卫星各 占 2%，导航卫星约占 1%。由此看来，通信卫星在各类卫星中所占比例最高，是各国重点发 展的卫星类型。 卫星产业内，卫星制造业收入为 158 亿美元，占比约为 5.62%；卫星发射产业收入 70 亿美 元，占比约为 2.49%；地面设备产业收入 1450 亿美元，占比约为 51.60%；卫星服务产业收 入 1130 亿美元，占比约为 40.21%。卫星组网（包括卫星制造和卫星发射）占卫星产业的价 值量占比为 8.11% 根据前面估算，“鸿雁”、“虹云”、“G60”等卫星通信系统组网费用投入有望超过 300 亿人民 币。由此测算，未来带来的卫星互联网产业总体规模有望达到 3600 亿元。

7.卫星互联网产业链分析

7.1.卫星系统组成

卫星一般由卫星平台与载荷两大系统构成，卫星平台系统包括结构分系统、推进分系统、热 控分系统、电源分系统、测控分系统、控制分系统六个部分，载荷系统根据搭载的设备不同， 决定了卫星的功能和分类。例如，通信卫星搭载通信转发器，遥感卫星搭载光学仪器或 SAR 雷达，导航卫星搭载原子钟等典型有效载荷。

根据艾瑞咨询的测算，不同类型卫星载荷与平台占比不同，批量化生产卫星可以有效降低卫 星成本，尤其对于卫星平台系统，由于其结构、参数、性能相对稳定，适合大批量生产，从 而能够降低制造成本。 定制卫星载荷与平台价值量基本相当，批量卫星平台成本会大部降低，只占整星成本的 30% 左右，未来实现商业化之后，卫星平台价值量占比有望降低到整星价值量的 20%。 卫星平台中，姿轨控制系统（包括推进分系统与控制分系统）占比最大，约占平台成本的 40%， 其次是电源系统，约占平台成本的 22%。

7.2.卫星互联网产业链构成

卫星组网领域：在低轨卫星通信产业链中，卫星组网包括卫星制造与卫星发射两部分，将是 全产业链最先受益的部分。卫星制造方面，主要涉及航天五院、航天八院、中科院微小卫星 公司以及银河航天等卫星整机制造商，以及航天电子、康拓红外、铖昌科技、亚光科技等配 套企业。火箭发射主要涉及航天一院、航天八院、航天科工火箭公司、星河动力等火箭制造 企业。 地面设备领域：地面设备包括卫星地面接收站、移动终端等。卫星互联网的终端类型将有固 定式和移动式两种，一部分地面终端将是类似星链地面接收装置的固定式接收装置，再通过 局域网、Wifi 等形式连接用户终端，另一部分将是类似天通手机的移动直连终端，直接与卫 星连接。 在移动终端方面， 前期华力创通、中兴通讯、大唐电信都已开发了天通卫星手机，但是这类 手机体积、功率较大，难以进入大众智能手机市场。2023 年，华为公司成功推出了 Mate 60 Pro 具有天通卫星直连功能的大众智能手机，后期随着消费市场的逐步壮大，其他厂商有望 也开发出具有手机直连功能的卫星通信手机，加入卫星直连手机的竞争阵营中。

卫星与地面通讯服务领域：三大传统运营商仍是地面通信的主体，其中中国电信依托天通卫 星支持卫星通信服务，走在了三大运营商卫星移动通信的前列。在卫星通信方面，中国卫通 是国内目前最大的卫星通信运营商，具有先天优势，目前公司以广播通信服务为主，并逐步 开拓卫星移动通信市场，公司未来发展值得期待。

7.3.卫星互联网产业链价值量分析

在产业链受益方面，卫星制造和卫星发射相关的卫星组网领域将会首先受益，未来卫星组网 完成后，终端设备、通信服务方面的公司将逐步受益。 根据前面估算，“鸿雁”、“虹云”、G60 等卫星通信系统组网费用有望超过 300 亿人民币，由 此测算，未来带来的地面设备与卫星服务产值有望分别达到 1908 亿、1487 亿元，行业总体 规模有望达到 3600 亿元，产业链相关企业将充分受益于卫星互联网的蓬勃发展。 卫星互联网将带动卫星制造与发射产业链长期发展。由于小型卫星寿命一般为 5 年左右，因 此卫星互联网组网完成后，每年还需对卫星网络进行补星，按照卫星 5 年寿命计算，每年维 持卫星网络的费用约为卫星组网费用的 20%，因此大规模部署卫星互联网将带动卫星制造和 卫星发射产业链的长期发展。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）