卫星互联网行业研究报告：星地一体未来可期

卫星互联网行业研究报告：星地一体未来可期技术突破+政策支持，卫星互联网产业持续催化产业成熟：SpaceX发射提速，“星链计划”验证商业模式可行性SpaceX打造全球最大星座Starlink，计划到2027年部署4.2万颗卫星。Starlink（星链）是美国SpaceX推出的低轨卫星互联网星座项目，通过搭建低轨卫星网络为全球提供高速、低延迟的宽带接入服务。2002年6月，埃隆·马斯克(ElonMusk)出资1亿美元，成立SpaceX公司，短期目标是实现低成本的太空运输方式，长期远景设想是实现向火星殖民。2015年，美国SpaceX首席执行官埃隆·马斯克宣布，SpaceX将向近地轨道发射约1.2万颗星链卫星，组建一个巨型低轨道卫星星座；2019年10月，SpaceX公司公告将向FCC追加申报3万颗卫星，总数量将达到4.2万颗，将于2027年建成。截至2023年11月，Starlink卫星累计发射超过5000颗，SpaceX已成为世界上最大的卫星通信运营商。Starlink商业模式可行性得到验证。据《华尔街日报》报道，SpaceX在2023年第一季度的收入为15亿美元，总利润达到5500万美元，首次实现盈利，此前2021~2022年公司分别亏损9.68/5.59亿美元。同时根据Starlink官网，2023年5月Starlink用户数已达到150万以上，考虑到当时距离Starlink开启个人宽带商业服务不到三年，我们认为Starlink所代表的卫星互联网商业模式已得到初步认证。SpaceX发射持续加速。在2022年，SpaceX共发射了61枚火箭，创下了一家私人公司在一年内进行最多轨道任务的纪录。SpaceX首席执行官埃隆·马斯克（ElonMusk）计划在2024年创下更大的纪录。马斯克在推特社交平台发文表示，SpaceX每隔三天就从佛罗里达发射一次火箭——实际速度是在过去311天内进行了80次发射，接近每3.8天进行一次发射。马斯克表示，公司计划在2024年实现每隔两天进行一次发射。如果SpaceX能够在全年保持这种速度，那将意味着2024年将进行大约180次发射，这个数字可能将近翻倍于公司在2023年的发射数量。政策支持：国内卫星互联网发展有望提速星网招标落地，中国“星链”组网加速。2021年4月26日，中国卫星网络集团有限公司（星网公司）成立，由中国电子信息产业集团、中国航天科工集团等牵头成立，国务院国有资产监督管理委员会代表国务院履行出资人职责，主要职责是整合、统筹我国低轨卫星星座计划。首批招投标落地，大批量发射在即。2022年10月20日，首次招标落地，标志着中国低轨通信卫星事业进入实质性爆发阶段。我国成功发射卫星互联网技术试验卫星。2023年7月9日19时，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并顺利进入预定轨道，成为我国卫星互联网领域的重要里程碑，中国星网正式进入建设阶段。工信部积极推进卫星互联网业务准入制度改革。2023年10月7日，工信部公开征求对《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）》的意见。意见稿指出，有序扩大电信业务对外开放，探索在自由贸易港等地区先行先试，试点扩大开放增值电信业务。统筹推进电信业务向民间资本开放，加大对民营企业参与移动通信转售等业务和服务创新的支持力度，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。我们认为，本次意见稿为卫星互联网业务准入制度改革提供了明确的指导方向，有利于我国卫星互联网产业进一步加速扩张。多个地方政府加快推动卫星互联网建设。2023年3月6日，重庆市人民政府印发《关于加快推进以卫星互联网为引领的空天信息产业高质量发展的意见》，提出到2025年，重庆市构建空天地一体化、通导遥深度融合的空天信息服务体系，创建国家级卫星互联网产业创新中心，卫星互联网产业园形成品牌和规模效应。到2030年，全面建成卫星互联网综合应用示范区，推动3-5家企业上市，引进培育上百家“专精特新”企业，形成千亿级空天信息产业集群，成为具有全国影响力的空天信息产业基础设施主阵地、原始创新策源地、产业发展集聚地、应用服务新高地。2023年11月20日，上海市政府官网发布《上海市促进商业航天发展打造空间信息产业高地行动计划（2023—2025年）》，拟深入贯彻航天强国、数字中国国家战略，抢抓商业航天发展重要机遇，加快上海市构建面向未来的商业航天发展格局，努力实现空间信息产业高质量发展。重点包括：1）形成从火箭、卫星、地面站到终端的全覆盖产业链。发展新一代中大型运载火箭、低成本高集成卫星、智能应用终端三大拳头产品。形成年产50发商业火箭、600颗商业卫星的批量化制造能力，以打造“上海星”“上海箭”为目标，提供卫星研制、运载发射、在轨交付与管理链式服务模式。2）完善从专项资金、产业基金到扶持政策全方位保障的产业生态。到2025年，上海要新引进和培育10家商业航天重点企业，培育5家具备科创板上市条件的硬核企业，扶持一批民营“专精特新”优势企业，实现空间信息产业规模超2000亿元。技术突破：华为mate60pro开启卫星通信市场新纪元2023年8月29日中午，华为官宣推出mate60pro并同步线下开售，为全球首款支持卫星通话的大众智能手机。此机型通过“天通一号”卫星系统的通信服务，可以在无法接收到地面3G/4G/5G信号的情况下（如沙漠、森林）直连卫星，建立通信链路，实现通话、短信和数据传输功能，同时还支持自由编辑卫星消息，选择多条位置信息生成轨迹地图。目前用户如果需要使用卫星通话功能，需要开通电信的专属卫星套餐：根据中国电信官网，直连卫星功能月租10元，（1）语音包50分钟200元，或100分钟300元，或200分钟500元；（2）若不订购语音包，则接打电话9元/分钟，短信发送5元/条，短信接收免费。Mate60pro的卫星通话资费套餐标志着我国卫星通信正式落地商用。华为此前于2022年9月推出的Mate50系列智能手机，为全球首款支持卫星消息的大众智能手机，该机型通过北斗系统的通信服务，支持卫星短报文消息，为免费功能。华为于2023年3月发布MateX3系列机型对“捅破天”卫星技术进行了升级，支持双向卫星通信功能。该技术能够在手机无信号（极端环境、天气等）的情况下，通过北斗卫星发送和接收消息。根据华为官网，以Mate60为例，每月有发送和接收共计30条免费额度，月末最后一日24时清零。在2023数字科技生态展上，中国电信发布自主研发的5G卫星双模手机——天翼铂顿S9，搭载天通卫星通信芯片和国产5G芯片紫光展锐T8205GSoC，不仅可以打卫星电话，还能打量子密话。天翼铂顿S9利用线极化天线技术，将卫星天线集成到金属边框上，同时，利用部分硬件复用模式，将卫星通信和5G通信融合到常规手机形态中。行业现状：海外龙头领跑，中国发展加速卫星互联网战略地位凸显，低轨卫星轨道资源稀缺卫星互联网指基于卫星通信的互联网，通过一定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，构建具备实时信息处理的大卫星系统，是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络。通信目前正从地面走向天空，卫星互联网将随着技术逐步成熟，作为地面通信的重要补充，与地面网络融合发展。卫星系统包括空间段、地面段、用户段：空间段由不同轨道、用途、频段的卫星构成；地面段指在地球表面的无线电通信站，包括地面站、机载站和船（舰）载站，负责卫星信号接收处理以及卫星姿态的控制等；用户段包括不同类型的用户设备。信号传输的流程是用户段发出基带信号经过发射地面段处理变为射频信号后发送到空间段，再由空间段对收到的射频信号进行低噪声、变频、功率放大等处理后发送到接收地面段，再对其处理变成基带信号后，发送到用户段。按照轨道高度，卫星可分为同步轨道GEO、中轨道MEO和低轨道LEO卫星等。高轨卫星以与地球自转相同的速度绕地球运行，使得卫星始终保持在相同的位置上，可以提供稳定的覆盖范围，3颗卫星即可实现全球覆盖。虽然高轨卫星技术成熟、寿命长等特点，但是存在时延高、损耗大，轨道资源极其稀缺的特点。与传统的地球同步轨道卫星相比，低轨道卫星广域覆盖能力比较强、覆盖偏远地区的性价比更高，同时还具有建设成本低、高带宽和低时延的优势。根据国际电信联盟制定的《无线电规则》，卫星轨道和频谱资源具有排他性和时效性，卫星星座建设存在明显的“先发优势”。（1）轨道和频谱资源的排他性：地球静止轨道GEO只有一条，各国之间需要公平协商分配，而其他轨道（低轨道LEO、中轨道MEO）则需要各国按照“先登先占”的原则进行协调分配。根据赛迪数据，地球近地轨道可以容纳的卫星数量为6万颗。而仅考虑SpaceX的Starlink星链、亚马逊的kuiper、韩国三星的太空互联网计划以及英国OneWeb，总规划低轨道卫星发射数量已超6万颗。此外，根据卫星工业协会（SatelliteIndustryAssociation）估计，在轨的商业航天器数量将在2029年超过10万个。无论是从经济还是国家战略角度考虑，发展低轨道卫星已经刻不容缓。（2）时效性：根据国际电信联盟规定，卫星运营商须在第一颗卫星投入使用的监管期结束后的2年内发射10%的卫星，5年内发射50%，7年内全部部署完成，若未按时达到要求则被视为放弃相应的资源所有权。海外：Starlink占据绝对优势由于卫星轨道资源和频谱的稀缺性，各国均早已开始竞争性发射卫星从而占据先发优势。美国作为空间航天的全球霸主，早在上世纪80年代便通过计划Iridium项目开始布局卫星发射，根据著名太空工程分析机构BryceTech数据统计，2013-2022年所有小卫星中74%的小卫星为美国发射，我国虽然在发射数量绝对值上排名第3，但发射份额仅为6%。此外，根据我们对各个国家已有的星座计划发展进程梳理发现，美国在轨低轨道卫星数量同样最多。我国在2015、2018年分别推出鸿雁、虹云、银河等星座项目，计划发射近1500颗低轨卫星，但目前尚未进入到大规模发射和组网阶段。低轨卫星发展迅猛，成为产业发展主流方向。随着海外卫星互联网高速发展，卫星星座计划层出不穷，卫星设计、通信协议、卫星发射等相关技术不断创新，商业模式和市场机制持续完善。从卫星数量看，相较于20世纪90年代附近的铱星、全球星、轨道通信每个星座不到100颗的数量，近年来迅速发展的Starlink、OneWeb、Kuiper组网卫星数量均在数千甚至上万颗。从卫星工作频段看，低轨卫星星座实现由以C/L/S/VHF频段为主的窄带通信向以Ka/Ku/V为主的宽带通带转变。海外卫星企业正加速打造新卫星星座或升级现有星座，卫星互联网产业进入发展快车道。OneWeb涅槃重生，专攻卫星运营。OneWeb的前身WorldVu成立于2012年，并于2020年开始构建其星座。受全球宏观因素影响，OneWeb于2020年3月宣布破产，后经英国政府、印度巴蒂企业、休斯网络系统和软银集团的巨额投资，2021年开始复苏。OneWeb作为面向电信运营商的卫星容量批发商和卫星终端提供商，满足电信运营商的基础设施需求，间接服务个人消费者和商业客户，典型的业务提供方式包括提供卫星网络接入、拓展地面网络两种。因此，OneWeb可以集中资源从事卫星运营业务，将客户营销与政府流程性事务交由当地运营商负责。从OneWeb的规划来看，其星座建设可分为三个阶段：（1）发射648颗Ku/Ka频段卫星，星座容量可为7Tbit/s;（2）增加720颗V频段卫星，组成与初期星座的轨道高度相同的“亚星座”，星座容量达到120Tbit/s;（3）增加1280颗V频段卫星，运行在更高的中地球轨道，星座容量达到1000Tbit/s。铱星星座财务情况稳健，盈利能力持续增长。据铱星公司2022年年报，铱星星座的用户数量已达到199.9万；同时公司2018年以来收入稳健增长，从2018年的5.23亿美元增长至2022年的7.21亿美元，CAGR为8.36%，其中2022年同比增长17.33%，并且实现872万美元利润。SpaceX领跑全球，计划实现360°覆盖。Starlink（星链）是美国SpaceX推出的低轨卫星互联网星座项目，通过搭建低轨卫星网络为全球提供高速、低延迟的宽带接入服务。2002年6月，埃隆·马斯克(ElonMusk)出资1亿美元，成立SpaceX公司，短期目标是实现低成本的太空运输方式，长期远景设想是实现向火星殖民。2015年，美国SpaceX首席执行官埃隆·马斯克宣布，SpaceX将向近地轨道发射约1.2万颗星链卫星，组建一个巨型低轨道卫星星座；2019年10月，SpaceX公司公告将向FCC追加申报3万颗卫星，总数量将达到4.2万颗，将于2027年建成。截至2023年11月，星链计划已成功发射超过5000颗卫星，远超其他参与主体，SpaceX已成为世界上最大的卫星通信运营商。SpaceX优势一：全球布局，实现无死角覆盖。2015年，马斯克提出部署4.2万颗卫星，由分布在1100-1300km高度的4425颗低轨卫星和分布在高度不超过346km的7518颗超低轨卫星构成。2018年，SpaceX发射2个试验星，但均脱离轨道。2019年，SpaceX正式开始大规模的卫星发射计划，当年两次发射共计120颗卫星，其中50颗脱离轨道。2020年，星链计划创纪录地发射了800+颗卫星，并成功将脱离轨道地卫星数量控制在5颗，发射成功率大大提高。此后的2021~2023年，星链计划核心技术趋于成熟，卫星发射高速推进，最近的一次发射在2023年11月4日，SpaceX公司的猎鹰9号火箭B1058从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地40号发射台升空，将23颗星链卫星送入低地轨道。截至2023年11月，星链计划已成功发射超过5200颗卫星，远超其他参与主体。SpaceX优势二：回收利用降成本，一箭多星高效率。SpaceX在卫星发射规模上遥遥领先，核心优势在于先进的重型火箭技术以及对卫星供应链的整合。首先，单颗卫星的发射成本等于制造成本加上平均发射成本（即：发射成本/卫星数量）。2023年11月4日，SpaceX公司的猎鹰9号火箭B1058从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地40号发射台升空，将23颗星链卫星送入低地轨道。目前，B1058共执行了13次星链任，2次运输任务，1次专用通信卫星任务，和1次向国际空间站补给的任务，总共将844颗卫星送入了轨道。在完成了11月4日的这次发射中，B1058成功降落在海上降落台“重力不足”上，并返回了卡纳维拉尔港，准备冲击第19次飞行。此前SpaceX公司只用了45天的时间就将这枚火箭从第17次飞行到第18次飞行之间进行了翻新。极高的单次载重和火箭回收技术大大降低了卫星的平均发射成本。平均下来，SpaceX猎鹰火箭每公斤发射成本只有2700美元，而被认为世界上第二便宜的商用火箭发射费用也在1万美元/公斤左右。此外，受益于对供应链的整合，SpaceX将卫星的制造成本也压缩到了极致，SpaceX号称一颗卫星的造价仅50多万美元，而一般传统的卫星造价要在两三百万美元以上。SpaceX通过回收实现单次降本70%，可回收降本路径得到验证。SpaceX的猎鹰9号火箭是商业航天时代可回收技术的代表，用了不到10年的时间实现了从首飞到一级回收、一级复用、整流罩回收和整流罩复用。根据《“猎鹰”9火箭的发射成本与价格策略分析》（刘洁、丁洁、李翔宇等）数据，全新火箭的成本在5000万美元，而在回收一级和整流罩后的复用火箭的单次发射成本仅在1500万美元，仅为全新火箭成本的30%，即使考虑到重复使用次数的限制，可回收路径依旧可以实现有效降低火箭成本。未来随着SpaceX探索火箭二级的可回收技术，我们认为未来火箭单次的发射成本将会进一步下降。SpaceX优势三：技术加持“高鲁棒性”，为星间通信保驾护航。（1）激光链路：星间链路包括无线电波链路、光链路两类。传统的商业卫星使用微波或无线电频率信号在星间和星地间进行通信，而星链计划采用光链路，由于卫星之间的距离相对较短，并且在太空中也不会受大气对光的吸收或折射。这一改动使得星间链路频段变宽，通信容量增加，且功率的降低也减少了天线所需的尺寸。星上通过路由，地面终端与卫星之间通过P2P通信协议实现数据传输。卫星的通信数据采用自研的硬件实现数据加密并分布式储存在多个数据信息块中，而这些技术细节信息均对外保密。（2）氪离子推进系统：“星链”卫星是第一个采用氪离子推进系统的航天器。卫星配备一个高效的氪离子推进系统，此推进系统能够在运营期间进行抬升轨道高度、维持轨道形状等轨道机动，并能在寿命末期进行降低轨道、完成离轨操作的机动。其原理是先将气体电离，然后通过电场力把离子加速，向后喷出，以此来产生推力。理想的气体是氙气但成本高昂。氙原子质量大，可以提供更大的冲击力，同时又具有惰性和高存储密度，适合长期储存在卫星上。但由于成本过高，星链选择了更加便宜的氪气，提供更好的比冲，具有极其明显的价格优势和成本节约。（3）自主碰撞规避系统：星链卫星自主机动以降低碰撞出现的可能。卫星使用从地面传输的空间碎片威胁信息数据以及自身携带的4个动量轮系统配合离子推进系统来实现自动规避空间碎片和其他航天器的功能。这种自主规避防撞功能能够最大限度地降低人工出错的概率，超出行业标准一个数量级，让卫星在一个可靠的、无碰撞的空间环境中稳定运行。（4）单一太阳能电池列阵：卫星采用单个太阳能电池列阵设计，极大地简化了系统，太阳能电池采用标准部件，并易于集成到制造过程中，方便集中发射。SpaceX优势四：与政府紧密合作，构筑多元商业体系。纵观SpaceX的发展历程可以发现，SpaceX的发家之路离不开美国政府的大力支持：2006-2018年，SpaceX从美国政府得到的项目订单高达80亿美元，是当时公司营收的主要来源；技术方面，NASA在火箭、飞船和卫星等各领域都给予了支持；发射场地方面，除了其自建的“星舰基地”（Starbase）外，范登堡空军基地SCL-4E发射工位、肯尼迪航天中心LC-39A发射工位、卡纳维拉尔角空军基地SCL-40发射工位均向美国政府租借，美国空军和NASA对其提供各项支持服务。同时，随着火箭发射与回收技术的成熟，SpaceX也构建起了多元的商业模式，确立了卫星发射业务、“星链”（Starlink）宽带通信服务、载人航天和运载服务三大营收来源。欧洲咨询公司（Euroconsult）估算，目前SpaceX40%的收入来源于Starlink。国内：试验星成功发射，GW星座和G60星链发展提速我国目前卫星产业处于“国家队”引导，“民营队”快速发展阶段。目前卫星制造环节主要由航天科技集团、航天科工集团、中国卫星领航。九天微星、天仪研究院、银河航天、星际荣耀等民营企业专注于低轨卫星制造和火箭发射技术的研发。地面设备制造主要参与企业有海格通信、星网宇达、华力创通、七一二等，以民营企业为主。从中国目前主要的低轨卫星项目来看，规模上，相对于海外starlink、Kuiper等项目，单个项目规模较小，未来有较大的发展空间。中国在卫星互联网领域起步晚但发展快，已有多个卫星互联网星座计划。其中计划规模较大的是GW星座和G60星链。星网在整合了“鸿雁”“虹云”等星座的基础之上规划了规模达1.3万颗低轨卫星的“GW”星座，不仅具备宽带通信能力，而且具备导航增强功能用于加强北斗系统覆盖和提高精度。“G60星链”实验卫星完成发射并成功组网，一期将实施1296颗、未来将实现12000多颗卫星的组网。组建中国星网加速卫星互联网建设，1.2万颗星网星座蓄势待发。随着2021年中国卫星网络集团有限公司成立，我国卫星互联网事业进入高质量发展阶段。根据国际电信联盟（ITU）官网信息披露，中国星网公司共申请计划发射的卫星总数量12992颗。2022年10月，星网公司通信卫星01/02招标结果公示，后续卫星的招标和发射有望加速。2023年7月9日我国卫星互联网技术试验卫星成功发射，标志着我国已推进低轨卫星互联网的网络建设，卫星互联网产业迎来快速发展阶段。上海垣信卫星加速开辟新赛道，“G60星链”未来可期。上海垣信卫星成立于2018年，致力于成为全球领先的卫星产业集团及卫星通信服务商，后于2021年推出“G60星链”实验卫星计划，围绕卫星装备制造主线，推进卫星互联网领域高端资源的集聚、整合和优化，构建规模化高端制造、卫星网络运营、相关产业衍生培育孵化等协同的多层次产业布局形态，打造全国性的卫星互联网产业高地，为国家高科技产业的创新发展先行先试，提供可复制、可推广的经验，形成具有国际国内引领效应的“天地一体、万物互联”卫星产业标杆示范。2023年7月25日，上海市松江区委书记程向民在“高质量发展在申城·松江区”新闻发布会上表示，上海加快开辟新领域新赛道，打造低轨宽频多媒体卫星“G60星链”，实验卫星完成发射并成功组网，一期将实施1296颗，未来将实现一万两千多颗卫星的组网。上海垣信卫星的参股子公司格斯航天同样深度参与卫星建设。格思航天成立于2022年1月，为中科辰新与上海垣信共同发起设立的民商批量化卫星研发生产企业，主营业务聚焦民商卫星研发设计与智能批量化制造整体解决方案，作为卫星ODM厂商承接量产卫星设计制造与核心组部件研发业务。据上海国资委官网显示，今年8月垣信卫星的低轨卫星G60星座(全球多媒体卫星网络系统)已获国家发改委核准批复，同样获批的格思航天量产卫星数字工厂已于6月通过建筑工程综合竣工验收备案。目前，我国已成功发射两颗卫星互联网试验星，未来我国卫星互联网建设有望加速。根据新华网，2023年7月9日19时，长征二号丙/远征一号S运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空，成功将我国卫星互联网技术试验卫星送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。执行本次任务的运载火箭以及发射的卫星互联网技术试验卫星分别由航天科技集团一院和五院抓总研制。根据新华网，2023年11月23日18时，长征二号丁运载火箭/远征三号上面级组成的运载系统在西昌卫星发射中心点火升空，成功将卫星互联网技术试验卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。火箭和上面级均由中国航天科技集团有限公司八院抓总研制。卫星分别由八院和中国科学院微小卫星创新研究院抓总研制。行业发展：星地一体化发展，万亿市场前景广阔技术演进：星地一体化，实现手机直连卫星地面无线通信网络以蜂窝移动通信为主，目前发展到最新的第五代通信网络，可以为大量用户提供更高速率、更低延时、更强稳定的通信服务。但地面通信网络也由于自然环境与建设成本的问题，在通信的覆盖方面存在着不全面、不均衡的问题。卫星通信可以解决地面通信的问题，实现全球覆盖与应急通信，但因成本高以及通信效果差等缺点长期发展受限。地面通信与卫星通信均存在自身适用范围的局限性，但将二者优缺点互补，进行星地融合，可以提高通信的覆盖范围与强度，实现全时、全域的通信需求。目前，星地融合的发展路径呈现出从业务融合到体制融合，进而实现系统融合的趋势。目前，各国和相关企业提出并实践的卫星互联网与地面网络融合策略主要有三种：星地融合策略、手机直连策略、星地组合策略。我们认为星地一体化策略有望成为主流。地面辅助策略指的是通过引入地面基站来辅助卫星实现更优的地面覆盖，终端可以在地面基站与卫星间无缝切换，进而提高卫星通信信号在室内以及楼宇间的通信质量，解决卫星在城市中覆盖能力不足的痛点问题。地面辅助策略由于终端可以与卫星、地面基站进行通信，因此就二者空中接口类型是否相同，可分为两种情况：一种是二者使用相同空中接口，手机只需要单模式即可；另一种是两者使用不完全一致的空口，手机采用双模式，即卫星模式和地面网络模式。采用地面辅助策略的卫星通信网络需要实时根据网络覆盖与用户使用情况对两种通信网络进行灵活调度与分配，让终端时刻保持最佳通信状态，实现在卫星与地面基站间无缝切换。星地一体化策略的发展与非地面网络(Non-TerrestrialNetwork，NTN)的提出紧密相关。NTN是3GPP在R17阶段制定的基于新空口技术的终端与卫星直接通信技术，是地面蜂窝通信技术的重要补充，是手机直连卫星的技术方向之一。针对卫星通信场景距离远、移动快、覆盖广带来的多普勒频偏大、信号衰减大和传播时延大等问题，NTN进行了空口增强协议设计，引入了调度时序管理、HARQ功能编排、上行传输时延补偿、空地快速切换等先进技术，已具备基本卫星通信能力。随着地面电信厂商的推动，星地一体化化策略逐步得到验证，并探索出多种融合模式。通过卫星通信产业的一体化、运营模式的协同融合化，可以实现卫星通信的大众消费化，极大地推动了6G网络的发展，充盈了民众的通信需求并优化了用网体验。目前，各电信厂商应用的星地一体化策略主要分为以下三种融合模式：MSS系统+多模终端、3G/4G/5G基站卫星+手机（基站上卫星）、3GPPNTN卫星+终端。（1）MSS系统+多模终端：手机设置卫星通信模块与移动通信模块，其中移动通信模块与普通手机一致，负责与基站进行基础通信，而卫星通信模块负责与卫星保持通信。MSS系统+多模终端的融合模式通过硬件结合的方式实现卫星互联网与地面网络融合，使得手机同时具有与卫星、地面基站的通信能力。该种融合模式可以直接使用现有卫星通信硬件，因此无需改变卫星互联网即可实现星地融合，成本更低，更易实现，因此现如今在手机上广泛运用，例如iPhone与GlobalStar合作、北斗与Mate50和Axon50合作。由于移动终端须集成相应卫星系统终端基带、射频和天线，因此新用户需要更换手机，并使用分配给卫星移动业务的频段。（2）3G/4G/5G基站卫星+手机（基站上卫星）：3G/4G/5G基站卫星+手机的融合模式是在低轨卫星中布设3G/4G/5G基站，使得低轨卫星具有与地面手机终端直接通信的能力。其中核心网通过地面信关站与低轨卫星互联网连接，低轨卫星从核心网获取终端所需数据，并直接传输给地面用户终端。相比起MSS系统+多模终端的融合模式，该模式需要重新建设卫星与相关硬件，成本更高，但也能简化通信复杂度，仅需卫星即可实现全部通信。3G/4G/5G基站卫星+手机的融合模式被广泛看好，现如今被Starlink、Lynk和AST广泛采用。该模式下，用户可使用现有手机终端，无需更换手机，并复用分配给地面移动业务的频段。（3）3GPPNTN：3GPPNTN卫星+终端的融合模式基于3GPP标准，与3G/4G/5G基站卫星+手机的融合模式类似，均采用低轨卫星与地面信关站连接来获取核心网中目标数据。与3G/4G/5G基站卫星+手机的融合模式不同，3GPPNTN卫星+终端的融合模式严格采用3GPP的非地面网络规范设计星座运行模式，可以向各类用户终端提供服务，并不局限于手机终端。该模式支持手机语音与数据业务直连，且可以在现存网络终端基础上改造实现网络接入，成本更低，也具有巨大的应用潜力，现如今被Omnispace、MTK和展讯等企业广泛布局。我们认为，国内的星地一体化发展方向，将主要沿着3GPPNTN方向发展。NTN(non-terrestrialnetwork，非地面网络)技术是基于新空口技术的终端与卫星直接通信技术。它是利用空中或太空载体通过搭载天线单元或基站单元来进行通信的网络。5GNTN技术是5G通信系统面向卫星通信和低空通信等新应用场景的重要技术。2022年3月，制定全球移动通信标准的国际组织3GPP正式冻结5G协议的Release17版本，3GPP在R17中重点规划了在原有5G地面蜂窝标准规范的基础上，根据卫星通信的需求和技术特点，设计和制定可用于手机与高低轨卫星直接连接通信的技术规范，通过对5G地面蜂窝网络和终端协议的增添与优化，使其满足卫星通信要求，并保持与5G地面蜂窝通信标准兼容。5GNTN包括透明转发和再生转发两种网络架构。1）透明转发NTN网络架构：透明转发载荷可以看作是网络侧的中继节点，它改变上行射频信号的频率载波，在下行链路传输之前对其进行滤波和放大，但所负载的信号波形不发生变化，而信关站只是透传信号，不同的透传卫星可以连接相同的地面基站。2）再生转发NTN网络架构：再生转发载荷是在上行射频信号在下行链路上传输之前对其进行转换和放大的有效载荷，相当于在卫星上拥有部分基站及核心网功能，主要包括DU上星、基站上星、UPF上星、简化核心网上星等几种模式。同时，卫星有效载荷还可提供卫星间的星间链路，UE（用户设备）可以通过星间链路接入核心网，不同卫星上的gNB（基站）可能会连接到地面上相同的核心网。我们认为，考虑到国内卫星互联网无法在全球大量铺设信关站，因此再生转发模式有望成为国内星地一体化的发展方向。透明转发模式下，UE（用户设备）可通过直连卫星接入地面基站与核心网，适用于信关站辐射范围内的偏远地区个人用户应急通信、无地面覆盖地区补充覆盖等场景。但受地理因素或者政治因素的限制，部分地区无法部署信关站，进而无法实现全球覆盖。再生转发模式下，UE通过星载基站、星载核心网接入地面网，可在无信关站地区通过星间链路进行转发，实现灵活路由全球无缝覆盖，预计国内将逐步向再生转发模式发展。我国运营商实验进展顺利，NTN加速卫星商用部署。2022年8月，中国移动研究院携手中兴通讯、交通运输通信信息集团、中国移动北京公司等产业伙伴共同发布全球首个运营商5GIoTNTN技术外场验证成果。2023年5月，中国电信卫星公司牵头产业链合作伙伴完成了国内首次5GNTN手机直连卫星外场验证，成功实现了基于现网环境下的5GNTN手机直连卫星空口上下行连接。2023年6月，中国移动率先完成国内首款5GIoTNTN手机直连卫星实验室验证，支持双向语音对讲和文字消息。同月，中信科移动联合合作伙伴基于5GNTN的卫星透明转发通信标准协议和全新的星地融合平台实现5GNTN标准端到端宽带卫星通信业务传输的技术试验验证。2023年9月，中国移动携手中兴通讯及是德科技完成国内首次运营商NRNTN低轨卫星宽带业务实验室验证，实现5GNRNTN端到端数据连接，本次验证的成功也标志着5GNRNTN技术商业化部署进程正在提速。根据信科移动的《星地融合通信白皮书》定义，星地融合通信网络，是一个星地立体通信网络，由地面网络、临近空间网络和天基网络组成。其中，地面网络主要包括地面蜂窝基站、卫星信关站和核心网；临近空间网络包括无人机和临空接入平台；天基网络主要包括高中低轨卫星通信载荷与平台。星地融合通信网络使用统一的网络架构和标准体制，使用一体化的无线接入、传输和网络技术，使用一体化的星地协同无线资源分配与业务管理，为多种通信设备提供宽带或窄带接入服务，满足天基、空基、海基和陆基用户随时随地通信需要。市场空间：万亿级天量市场，星辰大海未来可期我们预测2027年Starlink星座建设空间达429亿美元，对应所构筑的卫星通信产业规模约6217亿美元。2018年Starlink计划开始陆续将卫星送入低轨轨道，2027年将完成4.2万颗卫星的发射。截至2023年10月19日，Starlink已经发射了5287颗卫星。随着StarlinkV2.0卫星陆续升空，2023-2027年Starlink建设将开启新的篇章，我们预测2018-2027年Starlink卫星发射市场空间171亿美元、卫星制造市场空间258亿美元。同时根据美国卫星工业协会（SIA）报告，2021年全球卫星制造+发射服务业在产业中价值占比约6.9%，我们测算整个Starlink通信产业的市场空间或将达到6217亿美元。核心假设：（1）根据Starlink发布的2024年发射1.2万颗、2027年发射4.2万颗的卫星计划，假设2023-2027年Starlink卫星发射数量为2700/6000/12000/18000颗。（2）根据2018-2022年“猎鹰”9火箭发射频率，假设2023-2027年维持单箭60星的发射能力。（3）假设2018-2022年新火箭发射占比与当年“猎鹰”9新火箭一级占发射次数比重相同；假设2023-2027年新火箭发射占比将由5%降至2%。（4）考虑到推进剂占新火箭成本比重仅为0.5%~1%，火箭通过推进剂升级实现降本的空间较小。我们假设2018-2027年火箭制造成本不变，全新火箭成本维持5000万美元，复用火箭成本维持1500万美元。（5）2020年SpaceX公布“猎鹰”9发射服务费用为2800万美元；假设受规模效应影响，2018和2019年单次发射服务费分别为3500/3000万美元，2027年发射服务费由2020年的2800万元下降至500万元。（6）假设Starlink在2018-2022年以制造发射StarlinkV1.0和V1.5卫星为主，2023-2027年以制造发射StarlinkV2.0型卫星及迭代型号为主，两种型号卫星分别在2018-2022年和2023-2027年实现制造成本从100万元降低至50万元。卫星互联网产业链卫星互联网产业链主要分为卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营服务四大环节。从产业链结构来看，卫星互联网产业链与卫星产业链类似，上游为卫星制造与发射，其中卫星制造环节包括卫星平台和卫星载荷的研制以及卫星的设计总装，发射环节包括火箭制造与发射服务；中游为地面设备制造与卫星运营，其中地面设备包括固定地面站、移动站和用户终端，卫星运营服务包括移动通信、卫星广播、固定服务；下游为卫星应用服务，主要是提供触及终端用户的卫星互联网应用。卫星制造：主要包括卫星平台和有效载荷卫星制造环节主要包含卫星平台与有效载荷，卫星平台包含结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、姿轨控制系统、热控系统及数据管理系统；卫星载荷包含天线分系统、转发器分系统及其他金属/非金属材料和电子元器件等。卫星制造产业链建议重点关注通信载荷、星载相控阵天线、T/R组件、星载转发器、星间激光器等。（1）卫星平台：由卫星本体和服务(保障)系统组成，可以支持一种或几种有效载荷的组合体。按卫星系统物理组成和服务功能不同，卫星平台可分为遥感测控、供电、结构、推进、数据管理、热控、姿态控制等分系统。（2）有效载荷：有效载荷装载在不同轨道的通信卫星上，与地面卫星通信设备共同构成卫星通信系统，完成地球站信号接收、变换、放大和发送。通信卫星有效载荷与地面通信设备有很大不同，需采用有抗辐射能力的元器件，对小型化和低功耗要求较高，具备长时间、不间断工作能力。军事通信卫星有效载荷应具有抵御有意干扰的能力，并能保证各种小型机动（移动）地球站在大的地域范围内有效使用。通信卫星有效载荷由星载通信天线和转发器组成，传统主要包括星载通信天线和转发器，卫星互联网在传统通信载荷基础上增加了星间链路（如星间激光通信）。通信天线价值量占比高，有源相控阵是低轨卫星未来趋势。根据艾瑞咨询，在定制卫星中平台和载荷的价值量各占50%，而在批量卫星中载荷的价值能达到70%，其中天线分系统更是通信卫星中载荷的核心部分。低轨通信卫星由于轨道位置靠近地面，视角相对更宽，传统发射面天线难以实现如此大的扫描角，而相控阵天线依靠快速指向能力已成为技术趋势，但其成本也更高；此外由于低轨卫星围绕地球表面高速移动，其对于用户终端波束的跟踪性能要求更高，地面终端也需要采用相控阵平板天线。T/R组件是相控阵天线的核心，每个相控阵雷达包含成千上万个T/R组件，根据国博电子招股说明书，有源相控阵雷达天线系统则占70%-80%。而T/R组件又占据了有源相控阵雷达天线成本的绝大部分。T/R组件的参与者包括中电科13所、中电科55所、铖昌科技、臻镭科技、国博电子等。1）星载天线：负责空间电磁波信号与卫星输出/接收信号的转换。星载天线分系统是卫星上装载的将输出信号转换成空间电磁波或者将空间电磁波转换成接收信号的装置。多波束天线顺应而生，其中相控阵天线优势突出。按天线的形式划分，多波束天线主要有：多波束反射面天线、多波束透镜天线和多波束相控阵天线三类。相控阵天线有望成为低轨通信标配。由于低轨道卫星星地传输距离较短、自由空间损耗小，因此要求天线具备较大扫描角。而相控阵天线具有宽扫描角、低轮廓、低功耗、重量轻，可实现灵活的多波束、波束调整重构，以及波束凝视、等通量覆盖等，很好地适配了低轨道卫星需求。如美国IridiumNext星座，其每颗卫星都安装有三块有源相控阵天线，每块相控阵均能产生16个波束。相控阵天线由多个天线单元组成，每个有独立且完整功能的天线按照一定的规则进行排列，每个辐射单元的馈电相位和幅度都可以灵活控制，形成大的阵面后实现更大的天线增益，从而实现快速入网和高速数据通信。按相控阵天线架构不同，可分为有源阵列（AESA）和无源阵列（PESA）。PESA仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量，经计算机主动分配给天线阵的各个单元，每个天线辐射源的波前是球面的，但它们在天线的前面叠加，从而产生沿特定方向行进的平面波，通过计算机控制改变相移，从而改变波束的指向角度θ；AESA的每个天线单元都配装有一个发射/接收组件(T/R组件)，每一个T/R组件都能自己发射和接收电磁波。AESA在频宽、功率、效率以及冗度设计方面更具优势，且具有故障弱化的特点，更适合星载应用。T/R组件是相控阵天线的核心，成本在星载天线分系统里占比超50%。T/R组件是相控阵天线的核心。T/R组件负责信号的发射和接收并控制信号的幅度和相位，从而完成波束赋形和波束扫描，其指标直接影响天线的性能。T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数、功率输出的高低、接收的噪声系数大小、幅度和相位控制的精度、辐射单元阵列形式的设计。根据何庆强《低成本有源相控阵天线研究》数据，T/R组件成本占有源相控阵天线模块成本的50%-60%。2）星载转发器：负责完成信号的中继转发。星载转发器将地面站发送的上行信号经输入滤波，经过接收机中的低噪声放大器进行宽带放大，利用接收机中的变频器将信号频率转变为下行信号，完成信号的中继转发任务。转发器包括模拟电路和数字处理芯片。星载转发器首先将地面站发送的上行信号经输入滤波，下一步经过接收机中的低噪声放大器进行宽带放大，利用接收机中的变频器将信号频率转变为下行信号。然后经过分路滤波实现通道控制，使用一台或多台功率放大器对信号功率进行放大。最后利用输出多工器进行功率合成，重新合成后的下行信号通过发射天线发回地面，完成信号的中继转发工作。功率放大器是星载转发器的关键部件。功率放大器的能量转换效率直接影响到星上热处理和有效载荷容量。目前，采用的高功率放大器主要包括三类：行波管放大器（TWTA）和固体功率放大器（SSPA）以及速调管放大器（KPA）。TWTA采用热阴极发射，需要精密的高压电源，制作成本和维护成本高，而