2020低轨宽带通信卫星行业发展趋势分析，建立天基信息网络将大有可为

宽带互联网是人类文明进步和社会发展的最有力平台。建设天基宽带互联网，与地面宽带网络等互联融合，进一步满足人们对全球无缝覆盖的宽带网络需求，是互联网技术未来发展的一个重要设想。建立天基信息网络的概念由来已久，美国早在19世纪90年代就提出了天基综合信息网的基本概念，欧洲也提出了构建“面向全球通信的综合空间基础设施（ISICOM）”的设想，但此前多年由于技术和成本的限制并未付诸实施。

1、卫星产业概述

卫星按照用途大致可分为：通信卫星、遥感卫星（狭义指民用地球观测卫星，广义还包含军事侦查卫星）、导航卫星（提供位置服务）、技术试验卫星等。根据SIA（美国卫星产业协会）数据显示，截至2018年底，全球共有在轨卫星2092颗，其中通信卫星、遥感卫星、导航卫星的占比分别为40%、26%、6%。2019年，全球共发射505颗卫星，其中通信卫星、遥感卫星、导航卫星的占比分别为33%、22%、3%。

根据SIA数据，2013-2018年全球在轨卫星中，通信卫星占比最高，基本保持在50%左右（除2017年因遥感卫星占比大幅增加外），遥感卫星占比小幅增加。从全球卫星发射情况来看，遥感卫星2014年起成为发射数量占比最高的卫星类别，通信卫星发射数量占比受遥感卫星发射数量大幅增加的影响，2014年起发射数量占比在18%-26%之间波动。

值得注意的是，SpaceX于2019年开始使用“一箭60星”的方式发射Starlink通信卫星，或将显著提升此后全球在轨卫星中通信卫星的占比。

卫星产业链可大致分为卫星制造业、发射服务业、地面设备制造业、卫星服务业。上游的卫星制造和发射服务是卫星产业的基石，但市场规模相对较小，2018年全球卫星制造和发射收入为257亿美元，同比增长27.86%，占卫星产业收入的9.26%。全球卫星地面设备制造业2018年收入达到1252亿美元，同比增长5%，占卫星产业收入的45.13%。

卫星服务是全球卫星产业的支柱，2018年全球收入达1265亿美元，同比减少1.7%，占卫星产业收入的45.6%，主要包括卫星宽带通信、地球观测、位置信息、科学研究等服务。

低轨宽带道通信卫星系统由大量（通常为数百或数千颗）低轨道小型通信卫星组成卫星系统/星座，通常使用Ku、Ka、Q/V等高频频段进行宽带通信。部分低轨宽带道通信卫星系统中包含少量中高轨卫星，其多作为节点/中转星，大部分通信数据链仍在低轨卫星和地面之间完成。

由于地球曲率的影响，高轨道卫星能够以更少的数量实现全球覆盖，而低轨道卫星则需要成百甚至上千颗卫星组成星座才能实现全球覆盖，即“站得高，看得远”。在卫星制造成本和发射成本高居不下的时代，低轨道卫星系统由于组网复杂、所需发射量大，并不具备经济可行性。近年来，伴随技术的进步，卫星的体积、质量、成本逐步下降、可靠性、集成度不断提升，同时伴随火箭发射成本的显著下降，低轨道小型卫星系统的大规模部署已逐渐具备条件。

按照通信卫星运行的轨道不同，卫星通信（系统）可分为：

低轨道（LEO）卫星通信：LEO卫星较小，运行于距地面500-2000km的轨道上，具有传输时延（Starlink双向通信时延为50-70ms）、覆盖范围、链路损耗、功耗

较小等特征。典型系统为美国铱星通讯公司(IRDM)的第二代铱星系统。中轨道（MEO）卫星通信：MEO卫星运行于距地面2000-20000km的轨道上，其传

输时延（MEO卫星系统O3b双向通信时延约为300ms）、覆盖范围、链路损耗、功耗大于LEO但小于GEO。典型系统为英国Inmarsat公司的国际海事卫星系统。高轨道（GEO）同步卫星通信：GEO卫星运行于距地面35800km的地球同步静止轨道上。传统的GEO通信系统的技术最为成熟，但由于存在较长的传播时延（双向通信时延500ms以上）和较大的链路损耗，在实时通信中存在显著的延迟。

图：StarLinkKu频段波束覆盖示意图

低轨小卫星一般指运行于距地面500-2000km的轨道上，重量在1000kg以下的现代卫星，具有通信、导航、遥感等一种或多种功能。虽然小卫星在工作功率、有效载荷、在轨功能等方面弱于大型卫星，但在低轨通信卫星系统中，小卫星较低的功率反而更加节能（低轨道离地面距离较近，信号传输所需功率相对较小），且其有限的功能可以通过庞大的卫星数量来弥补。加之小卫星较大卫星具有成本低、研制周期短、发射灵活等特点，因而低轨通信系统中往往以小卫星为主。

低轨宽带通信卫星系统的优势

1）轻小型化：与传统通信卫星系统中重达几吨的卫星相比，低轨通信卫星系统中使用的小卫星重量通常在1吨以下。轻型复合材料技术以及集成化应用是小卫星轻型化发展的重要前提。卫星的重量下降使得单次发射所能搭载的卫星数量进一步提升，从而降低了平均发射成本。

2）制造成本低：传统大卫星的研制周期一般需要5年左右，且项目投资大、发射费用高、项目风险大。小卫星的研制周期一般为2年左右，研制成本大大降低。此外，低轨通信卫星系统所需卫星数量庞大，有望极大地降低卫星制造边际成本。

3）灵活发射：小卫星可以作为大卫星的附属物一起发射，也可以是几十甚至上百个微小卫星搭载同一个火箭一齐发射。运载和发射工具包括火箭、导弹、空间飞行器等，发射地点可以为地面、大气层或太空平台。

4）冗余组网：小卫星网络的快速部署能力和抗毁能力强。利用大量小卫星组成冗余备份，当某颗卫星失效或摧毁时，附近卫星可以快速补位。虽然单颗小卫星功能有限，但通过多颗微小卫星组成卫星系统或编队进行网络部署，呈现出空间拓展优势。

5）信号接收方便：地球同步轨道（高轨道）卫星对用户终端接收机性能要求较高，其需要采用12米以上的星载天线(L波段)对准卫星进行通信以保证通信速率，而手持机难以直接通过卫星进行高速通信。低轨通信卫星对用户终端的要求低，可以采用微型/小型手持用户终端，如Starlink系统可通过大小为6-9寸便携式地面设备（带有支撑杆的圆盘结构，装有可自动追踪卫星的相控阵天线，插入插座并保持露天即可工作）实现高速通信，较高轨道卫星接收信号更加方便。

6）低时延：传统卫星通信系统多采用中轨或高轨卫星，以减少卫星部署数量。然而中轨、高轨卫星离地面较远，导致其双向通信时延分别为300ms和500ms量级；而低轨卫星双向通信时延为50ms左右，具有天然的时延优势。

表：小卫星相对大卫星的优缺点

资料来源：公开资料整理