思考民营商业低轨卫星服务:模块化成长路径

摘要:2020年4月20日,国家发改委首次明确新型基础设施的范围,初步研究认为,新型基础设施是以新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务...

思考民营商业低轨卫星服务:模块化成长路径



摘要:2020年4月20日,国家发改委首次明确新型基础设施的范围,初步研究认为,新型基础设施是以新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系,其中信息基础设施包括以5G、物联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施,以人工智能、区块链等为代表的新技术基础设施,以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。


卫星互联网,前景无限的朝阳产业,高端制造升级背景下的新风口,民营商业低轨卫星供应服务商的热情与期待,风险资本的惊喜与回眸,是否会在热潮退去后悄然走向模块化路径。



1 国际动态



截至2022年10月,全球有10多家卫星公司提出了NGSO卫星星座计划,以利用卫星网络提供与地面通信网络相媲美的互联网接入服务,并且大多数卫星公司计划在未来五年内将第一批卫星送入轨道。




2 国内动态



2022年4月20日,国家发改委首次明确新型基础设施的范围,初步研究认为,新型基础设施是以新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系,其中信息基础设施包括以5G、物联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施,以人工智能、区块链等为代表的新技术基础设施,以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。我国也提出了由几百颗卫星组成的“鸿雁”“虹云”等星座计划。





【虹云工程】

2022年,航天科工集团提出“虹云工程”,计划发射156颗卫星实现全球组网。虹云工程是中国航天科工五大商业航天工程之一,脱胎于中国航天科工的“福星计划”,计划发射156颗卫星,它们在距离地面1000公里的轨道上组网运行,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。


按照规划,整个虹云工程被分解为“1+4+156”三步。第一步计划在2022年前,发射第一颗技术验证星,实现单星关键技术验证;第二步到“十三五”末,发射4颗业务试验星,组建一个小星座,让用户进行初步业务体验;第三步到“十四五”末,实现全部156颗卫星组网运行,完成业务星座构建。



【鸿雁星座】

2022年11月,中国航天科技公司宣布将在2022年建成“鸿雁星座全球卫星通信系统”。鸿雁星座包含一个移动通信星座和一个宽带通信星座,可以服务200万移动用户、20万宽带用户及近1000万的物联网用户,并在导航、航空、航海等领域提供综合服务。按照规划,鸿雁星座一期预计在2022年建成并投入运营,系统由60颗核心骨干卫星组成,主要实现全球移动通信、物联网、导航增强、航空监视等功能;二期预计2025年完成建设,系统由数百颗宽带通信卫星组成,可实现全球任意地点的互联网接入。


【天地一体化信息网络(天象星座)】

2022年年底,中国电科关于天地一体化信息网络重大工程专题工作会在北京召开,该重大工程是由国家科技部牵头,九部委共同组织论证的“十三五”国家重大科技任务,按照“天基组网,地网跨代,天地互联”的思路,以地面网络为基础、以空间网络为延伸,覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间,为天基、陆基、海基等各类用户活动提供信息保障,将人类的网络空间提升到一个新的维度。


2022年6月5日,“天地一体化信息网络”重大项目“天象”试验1星、2星通过搭载发射,成功进入预定轨道。这两颗试验卫星由中国电科五十四所牵头研制,是我国首个实现传输组网、星间测量、导航增强、对地遥感等功能的综合性低轨卫星,是未来低轨道星座系统建设的最简网络模型。卫星搭载了国内首个基于SDN(软件定义网络)的天基路由器,在国内首次实现了基于低轨星间链路的组网传输,并在国内首次构建了基于软件重构功能的开放式验证平台。



【银河航天(银河Galaxy卫星星座)】

银河航天成立于2018年,由猎豹移动联合创始人、前总裁徐鸣创立,公司深度融合航天与互联网基因,通过敏捷开发、快速迭代模式,规模化研制低成本、高性能的5G卫星,致力于打造全球领先的低轨宽带通信卫星星座。


银河航天计划建造由上千颗5G通信卫星,在1200km的近地轨道组成星座网络,让用户可以高速灵活的接入5G网络。


2022年,银河航天获得了顺为资本(雷军)、晨兴资本、IDG资本、高榕资本、源码资本、君联资本等知名投资机构支持。2019年,银河航天完成最新一轮融资,由建投华科投资股份有限公司领投,顺为资本、IDG资本、君联资本和晨兴资本跟投,最新估值超过50亿元,成为国内商业航天赛道估值最高的创业公司之一。


2022年10月25日,银河航天试验载荷“玉泉一号”搭载长征四号乙运载火箭(CZ-4B),在太原卫星发射中心发射升空。“玉泉一号”是银河航天自研的试验载荷,将在阿里巴巴“糖果罐号”迷你空间站上进行星载高性能计算、空间成像、通信链路等试验验证。


2022年1月16日,快舟一号甲遥九运载火箭,在酒泉卫星发射中心,以“一箭一星”的方式,将银河航天首发星送入预定轨道。银河航天首发星为200公斤量级,采用Q/V和Ka等通信频段,具备10Gbps速率的透明转发通信能力,可通过卫星终端为用户提供宽带通信服务。卫星入轨后,将在轨开展相关技术和业务验证。


【蜂群星座】

2022年,WiFi万能钥匙运营商连尚网络启动卫星上网计划“连尚蜂群星座系统”,该系统由连尚网络自主研发,由272颗混合轨道卫星组成,提供卫星通讯系列服务和解决方案。预计第一颗卫星将在2019年搭载长征系列火箭进入太空,目标在2026年为全球提供免费卫星网络。


按照计划,第一颗卫星将于2022年,首批卫星开始在江苏常州总装测试。预计2022年将在酒泉卫星发射基地中心搭乘长征系列火箭完成发射第一颗卫星。第一批预计发射10颗卫星。在发射完第一颗卫星后,其余9颗将根据长征系列火箭发射安排陆续发射。2020年将完成星座系统第一批10颗卫星发射。


【星时代AI星座】

承担了“星时代”AI星座的研制及应用任务,并取得电科星河基金(星河创投子基金)和深创投的天使投资。


2022年10月29日,成都国星宇航科技有限公司设计研制的型号为Scorpio-1的“星河号”卫星,搭载长征二号C运载火箭顺利升空并实现星箭分离,随后,卫星成功入轨太阳同步轨道。


【行云工程】

“行云工程”是中国航天科工四院旗下航天行云科技有限公司计划的航天工程,该工程计划发射80颗行云小卫星,建设中国首个低轨窄带通信卫星星座,打造最终覆盖全球的天基物联网。


根据计划,行云科技的80颗行云小卫星,将分α、β、γ三个阶段逐步建设系统。其中α阶段,计划建设由“行云二号”01星与02星组成的系统,同步开展试运营、示范工程建设;β阶段,将实现小规模组网;γ阶段将完成全系统构建,并进行国内以及“一带一路”等国外市场的开拓。


“行云工程”α阶段双星于2020年5月成功发射入轨并圆满完成各项在轨测试,成功开展了低轨卫星星间激光通信试验,多项天基物联网核心技术得到有效验证,计划于2022年完成行云工程β阶段组网建设,届时将实现小规模业务运营,初步实现天基物联网服务。



【天启星座】

2022年,北京国电高科科技公司启动天启星座,由38颗卫星组网而成,致力于提供全球物联网卫星数据服务。

2022年11月15日,天启星座核心模块成功发射并完成在轨验证;

2022年10月29日,“天启一星”卫星成功发射;

2022年6月5日,“天启3号”搭载我国首枚海上发射火箭并成功入轨;

2022年8月17日,2号“天启沧州号”卫星搭载“捷龙一号”成功发射;

2022年12月7日,4A/4B双星成功发射;

2022年1月15日,天启5星(忻州号/云江号)成功发射;

2022年7月25日,天启10号(陵水号)成功发射;

2022年10月26日,天启6号(青岛西海岸号)成功发射;

2022年11月7日,天启11号(济南国科中心号)成功发射;

2022年12月22日,天启8号(平安1号)成功发射;

2022年4月27日,天启9号成功发射;

2022年5月7日,天启12号成功发射;

2022年6月19日,天启14号(嘉兴号)成功发射。

2022年7月19日,天启星座15星(瑞金号/彩虹鱼号)送入预定轨道。



3 民营商业低轨卫星成长路径思考



把卫星当作空中基站实现天基、地基互联的通信方式,在高端产业发展中潜在的价值空间巨大已经成为业界不争的事实,但给我们的感觉是,为什么做一套天基互联网会让很多风险投资人在惊喜之余望而却步,通过对国内外低轨卫星系统供应商的横向观察,作者对民营商业低轨卫星成长路径归纳以下思考点:



①社会机制带来的人力资源体制化倾向,市场化人才缺失


在本文中列举的国内商业卫星服务商中,银河航天、蜂群、星时代、天启属于民营企业,但他们的卫星技术、卫星应用场景与国资背景相比,实力依然悬殊,仅银河航天1家企业接受国知名风险投资。


我们众多的航天人才依然在体制内,市场化商业卫星群的构建大多依托于体制内的人才和技术,难以在中长期形成企业特有的核心技术竞争力。



②市场化力量无法在短期内突破运载火箭技术,民营商业卫星发射成本较高


卫星的构造和运作原理相比而言较为简单,重点在材料技术、有效载荷、天线和摄像机,但是要把卫星发射上天进入预定轨道却是一个高难度的活。我国拥有性能优良的运载火箭和发射技术的主体依然是航天系,在市场化竞争角度来看,拥有绝对的技术“垄断”。



③卫星有效载荷研发水平代际差异巨大,民营商业卫星的技术竞争路线在哪里


2022年,北斗三号卫星的有效载荷实现了部件级的100%国产化率,这在中国发射的所有卫星中是第一次实现如此高的国产化率。但是,为了实现30颗卫星有效载荷100%国产化这个目标,中国航天科技集团五院西安分院在原子钟、行波管放大器、固态放大器、微波开关、大功率隔离器等5大类19项国产化部件方面推进研制,并以“全国大联合”的开阔视野,形成了由20多家科研院所和高校组成的研制队伍。


以此为例,民营资本在卫星有效载荷方面是选择自主研发还是直接向体内采购,或许直接影响着企业技术生命线。



④民营卫星服务商或因长期资本缺失而会被下一轮风投机构视为鸡肋


中国证券投资基金业协会成立于2022年,自2015年始,各类私募基金逐步被纳入合规化监管,截至2022年10月,已备案的私募股权投资基金规模超过10万亿元人民币,但是真正投入卫星制造、发射、运营产业的资金量却少之又少。在国内,真正开拓型的私募股权基金屈指可数,大部分风险资本需要强势领投方或长期资本作为投资锚。



⑤民营卫星通信服务商的战略定位和战术经营思路值得深度思考


卫星产业链可以分为:卫星载荷研发、卫星载荷架构设计、卫星组装、卫星发射、在轨运营、数据搜集、数据存储、数据处理、数据输出、通信和定位增强、数据应用等细分领域。依托于现有的国内技术,从卫星载荷国产化至卫星发射均已成熟,民营卫星服务企业多数只能在卫星发射入轨以后至B、C应用端的阶段发挥互联网传统技术优势。



⑥卫星频率和轨道稀缺性是否留给民营商业卫星足够的时间


卫星互联网的发展需要额外的频率资源,频率资源正成为各国和卫星公司发展卫星系统竞争的焦点。


卫星互联网系统使用的频率主要是Ku和Ka频段。各家卫星公司提出的星座包含成百上千颗卫星,按照当前国际规则,星座中只需一颗在轨卫星,就相当于激活了整个NGSO网络资料,并获得频率和轨道资源的优先权。一旦这些巨型星座系统建成,将对后建的其他卫星星座造成很高的频率协调难度。这很容易演变成通过发展卫星互联网来抢占卫星频率资源。


卫星频率资源管理通过国际和国内两层监管。在国际上,ITU为协调和登记卫星系统频率使用制定了规则和技术建议,主要的规则是先到先得,即谁先申报并获得批准了卫星网络资料,谁就获得优先权,在卫星频率协调中占主要地位;在国内,国家无线电管理部门对希望在本国开展业务的卫星频率使用进行监管,采取的手段是频率使用许可和业务运营许可。



⑦基础工业组织效率或许是提升国内商业卫星发射入轨的基础性动力源


卫星产业的应用相比发射入轨前的阶段而言属于常规互联网、物联网思路,卫星有效载荷、尖端设计研发技术、尖端航天材料技术是商业卫星成功的基石,而尖端技术和装备的整合来源于基础工业的组织效率。




4 小结


民营商业卫星产业的模块化发展趋势或将到来


举个编程技术的案例作结尾对比理解:Python开源编程系统。Python语言是用底层C语言模块化封装后的产物,封装后的模块简单而易于扩展,可以使用C或C++(或者其他可以通过C调用的语言)扩展新的功能和数据类型,提供了适用于各个主要系统平台的源码或机器码,开源的模块方便全世界的程序员共同开发。


2022年10月,语言流行指数的编译器Tiobe将Python加冕为最受欢迎的编程语言,20年来首次将其置于Java、C和JavaScript之上。


商业卫星技术未必是开源的,但如果把民营创新型卫星服务商视为一组代码,那么他最优的价值是成为生态圈中一个不断自我迭代升级的模块。



后语:

长三角星座新秀——北斗天巡工程


“天巡工程”天基物联网项目是上海北斗在上海航天指导下推出的卫星互联网工程,核心为发射组建72颗商业卫星构成的低成本“通、导、遥”一体化卫星星座,打造覆盖全球的天基物联态势感知网络,实现物联网信息的无缝获取、传输与共享,同时构建包括云计算、大数据等服务的信息生态系统,集卫星设计、配套生产、地面终端、运营服务、大数据融合、行业应用乃至卫星C端电子消费品等方面的产业集聚能力为一体。


作者 | 李石凯 审核 | 陈娇

校对 | 高馨儿 编辑 | 杨振


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