1. 低空卫星背景介绍
1.1 6G 网络“组成”：空天地一体化是 6G 通信网络发展的必然趋势
为满足“5A”泛用通信需求，低轨卫星通信将成为 6G 网络不可或缺的组成部分。 大规模 5G 网络部署需要高昂的成本，密集的基站部署、回传网络建设等会产生昂贵的 基建费用以及光缆的安装租赁和维护费用。同时，地基网络也难以覆盖极偏远地区、海 洋、深地、天空甚至深空等地理范围。空天地一体化网络以地基网络为基础，天基网络 和空基网络为补充和延伸，为广域范围内的各种网络应用提供在海、空、天域无缝覆盖 和陆地域增补覆盖的基础能力。空天地一体化为 6G 搭建的重要支柱，让 6G 与之前的 移动通信系统大不相同。超低轨卫星系统除提供全球覆盖，也可解决传统地球同步轨道 卫星、中轨卫星系统固有的通信时延问题，并通过无线接入为地面网络提供补充覆盖、 定位更准确。
6G 时代正在招手，倒逼星地融合移动通信发展。根据 IMT-2030（6G）推进组发布 的《6G 总体愿景与潜在关键技术白皮书》，预计 3GPP 国际标准组织将于 2025 年后启 动 6G 国际技术标准研制，大约在 2030 年实现 6G 商用。全域覆盖是 6G 网络的一个重 要特征，低轨卫星网络就具备可实现全球覆盖、网络可靠性高且灵活、时延低容量大、 地面网络依赖性弱、多种技术协同发展等优点。为克服传统地面移动信存在的广域覆盖 和空间覆盖问题，星地融合作为未来 6G 网络的重要技术发展方向得到广泛认可。
1.2 卫星互联网重要组成部分，低轨卫星优势明显
低轨卫星是未来卫星互联网的重要组成部分。目前卫星网络主要由 3 类轨道卫星 组成。根据飞行高度，从高到低分别是地球静止轨道（geostationary earth orbit，GEO） 卫星、中地球轨道（medium earth orbit，MEO）卫星和低地球轨道（low earth oribit， LEO）卫星（以下简称低轨卫星），其中低轨卫星网络通常由多颗低轨卫星协同工作进 行组网，数量从数十颗到数万颗不等，其轨道高度通常在 500～2000km，可实现全球 无死角覆盖，能够为荒漠、戈壁、森林、高山、海洋等网络盲区提供通信服务。
低轨卫星轨道高度低，传播时延短。由于低轨通信卫星网络的轨道高度最低，其通 讯传播时延最短。低轨通信卫星网络的往返时延一般都小于 100ms，而高轨通信卫星的 往返时延会达到 600ms 左右。
低轨卫星传播距离短，终端能耗低。由于低轨通信卫星相对较短的传播距离，使得 信号的传播衰减较小，有助于将终端设备的能耗控制在一定范围内。随着集成电路、通 信等技术的发展低轨卫星星上处理能力不断加强，在相同的卫通终端能力下更易实现高 速率卫通传输。
低轨卫星具有轻型化优势，降低发射成本。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（SpaceX 的卫星在 200-300kg），轻型复合材料技术以及集成化应用是小卫星轻型化的特点。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。相比于 地面通信，卫星星座通信可实现广域无缝隙覆盖，成本优势明显。
低轨卫星存在更多硬件资源且容量大，为用户提供更好服务。相对于其他卫星通信 网络，低轨通信卫星网络中单个卫星对地面的覆盖范围有限。为了实现全球范围的信号 覆盖，通常需要数十颗甚至数百颗卫星。这意味着在低轨卫星轨道上，卫星数量会更多， 从而存在更多硬件资源。同时频段的选择使得容量更大，为用户提供更好的服务。
1.3 轨道频段资源短缺，各国抢滩登陆
低轨资源极度稀缺，各国争夺越发激烈。卫星频率和轨道资源是全人类共有的、稀 缺的战略资源。近地轨道共 8 万颗卫星总容量，世界各国必须按照国际电信联盟 ITU 的 《组织法》《无线电规则》等，遵循“先登先占”原则，开展卫星网络资料的申报、协 调、登记和维护工作，任何一个国家都不能单方面主导卫星频率和轨道资源的获取和使 用。随着各类卫星应用领域不断拓宽，世界各国对卫星无线电频率资源争夺越发激烈， 对于低轨卫星的需求也日趋增加。
低轨卫星频段有限，先发优势较为明显。频率资源是发展空间业务的基础，LEO 所 用频率较多为 Ka/V 频段或更高频段，同时采用点波束和频率复用技术可以解决部分 Ka 频段中低轨卫星间频率兼容性问题，实现超过 500Mbit/s 大容量通信，且支持海量终端 接入的需求。虽然 Ka 频段的频率资源高达 3.5GHz，可为卫星通信的宽带化提供可观的 拓展空间，但相较于日益增长的通信带宽需求，已申报星座的先发优势依旧明显。
1.3.1各国低轨卫星申请情况
美国星链技术成熟，第一星座正在构建。美国积极推进近地轨道星座商业化，满足 各方宽带需求。仅 SpaceX 公司的“星链”截至 2023 年 5 月已经发射了 4200 多颗卫星， 其计划在 2019—2024 年间完成由 1.2 万颗卫星构成的第一星座，之后再发射 3 万颗卫 星构成第二星座。后调整为在 2024 年完成第一星座的一半，2026 年前后完成第一星座。 发射使用美天军的发射基地，运载器为可以做到 10 次以上重复使用的猎鹰火箭，主要 发射加装了星间链路的 1.5 版本星链卫星，卫星重 295 kg，目前单次发射最大运载 56 颗，年发射数量在 2000~3000 颗，相关星舰技术已然形成，若如期实现了 4.2 万颗的布 局目标，SpaceX 一家就将占据卫星互联网高达 53%的空间。
俄罗斯等国积极扩充全球卫星系统。 俄罗斯、英国、韩国等国家也由于军事、 空天一体化等原因积极扩充全球卫星体系。英国通信公司 Oneweb 推出 Oneweb 星座计划，初始星座将由 648 颗 Ku 波段卫星组成，第二、三阶段将发射 2000 颗 V 波段卫星。据铖昌股份招股说明书援引 Euroconsult《2028 年前卫星制造与发射》 报告预测，2019-2028 年全球卫星制造和发射的数量将比前十年增加 4.3 倍。据铖 昌股份招股说明书援引中国电子科技集团第五十四研究所《非静止轨道宽带通信星 座频率轨道资源全球态势综述》，截至 2020 年 1 月 17 日，全球中轨、低轨卫星通 信星座数量共计达到 39 个，共涉及至少 12 个国家 32 家企业，计划发射卫星总数 已超过 34666 颗。
1.3.2中央和地方政府政策支持卫星互联网发展策略
卫星互联网战略地位日益凸显，我国政策导向明确卫星互联网战略地位。我国政府 高度重视和支持卫星互联网发展。“十三五”规划中我国将“天地一体化信息网络”纳 入“科技创新 2030 重大项目”，同时卫星互联网首次被明确列入新基建信息基础设施 范围。根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015—2025 年)》制定的发展目标， “十四五”时期要构建卫星遥感、通信广播和导航定位三大系统。2021 年 12 月，国务 院印发《“十四五”数字经济发展规划》明确推动卫星互联网建设。2021 年，国家发改 委明确“十四五”数字经济需积极发展卫星互联网领域。工信部表示应推进北斗规模应 用和卫星互联网发展，并对卫星互联网设备、功能虚拟化设备纳入现行进网许可管理， 以科技创新引领现代化产业体系建设。
国家政策推动下，省市纷纷出台相关政策支持卫星互联网的发展。其中北京、浙江、 广东等地产业聚集效益较好，尤其是北京聚集了上游卫星制造、卫星发射、地面设备、 卫星通信运营等全产业链企业。根据国家“十四五”规划纲要和 2035 远景目标纲要， “十四五”期间，我国将推动航空航天等产业创新发展。目前，北京、上海、广东、浙 江等省市纷纷出台卫星通信相关政策，多为鼓励、指导行业发展，主旨聚焦在统筹卫星 产业、量子通信、移动通信网络等网路基础设施的发展。
1.3.3我国卫星互联网发展趋势
星舰试飞成功带来复用和运力提升，倒逼国内商业航天加快速度。星舰第四次试射 成功标志着人类火箭运力迎来翻倍式提升。并且由于星舰可复用且发射成本极低，试验 成功后将规模化生产，结合当今紧缺的频段及轨道情况，迫使国内商业航天加快追赶步 伐。近日国内商业航天也频繁出现大动作，垣信卫星完成 67 亿元融资、鸿擎科技披露 拟发射 1 万颗卫星的鸿鹄-3 星座，属于中国的大航天时代正在拉开序幕。
中国“星链”计划出炉，带动千亿产业发展。国内低轨卫星互联网星座主 要包括了 GW 星座、G60 星座及近期公布的鸿鹄-3 星座，规划合计超 3.6 万颗星， 三个星座是未来国内低轨卫星互联网组网核心载体。GW 星链是中国星网公司于 2020 年 9 月向 ITU 申请了“GW”星座计划，共 12992 颗卫星。G60 星链是目前 国内另一重要的卫星互联网发射计划，未来将打造低轨宽频多媒体卫星网路，到 2025 年，将形成年产 50 发商业火箭、600 颗商业卫星的批量化制造能力。“G60 星链”是一个以垣信卫星为实施主体的巨型星座 ，一期到 2027 年将实施 1296 颗卫星组网，未来将实现 12000 多颗卫星的组网。鸿鹄-3 星座则在近日公布将在 160 个轨道平面上总共发射 10000 颗卫星。未来三年将是中国发射低轨卫星的集中窗口期，至 2027 年发射数量可能达到 3900 多颗。至 2030 年中国低轨卫星发射数 量有望突破 6000 颗，中国卫星互联网总体规模可达千亿级别。 从“国家队”到航天民企，商业航天进入发展快车道。截止 2023 年底，我国 新增商业航天注册企业 2.28 万家，是 2019 年的 5 倍，其中 82.4%为民营企业，民 营资本已逐渐成为推动航天产业发展创新的重要力量。过去国家队时期，将安全性、 可靠性放在首位，在国家安全、国防建设方面不能容错。但目前商业航天允许在创 新、容错、降低成本这三个方面寻找最佳结合点。近年来，随着两江航投、中国移 动等企业与传统航天企业联合及新兴商业航天企业的加入，中国商业航天已经走出 初创阶段，进入了快速发展阶段。2023 年我国民营火箭共实施发射 13 次，成功入 轨 12 次，创造了我国商业航天新纪录，而且亮点频出。
手机汽车终端搭载卫星通信，卫星互联网走进千家万户。星链（Starlink）官方 网站商业服务板块全新推出星链直连手机业务（Starlink Direct to Cell），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）。国内的华为、荣耀、小米、OPPO、中国电信等手机厂商及吉利、小米等 汽车厂商也在加速布局卫星通信服务，使卫星互联网走进千家万户。如网翎一样的 卫星互联网终端制造商也在不断开拓卫星互联网下游应用场景，加速卫星互联网走 进大众市场。同时像中国移动这样的电信运营商也与卫星互联网龙头、特大军工企 业联合，成立中国时空信息集团，未来将提供天地一体通信服务，持续增强品牌影 响力。
2. 国企+民营双驱动，卫星批产化可期
2.1 各地方政府积极响应支持卫星互联网行业
河南省：河南省印发《河南省卫星产业发展规划》，提出要推动郑州和鹤壁建设全 链条卫星产业集群，预计到 2025 年，全省卫星产业规模达到 200 亿元，测绘地理 信息等相关产业营业收入突破 1000 亿元，初步形成涵盖卫星生产制造、应用服务、 研发创新的产业体系。 湖南省：2019 年 9 月 29 日，湖南航空航天产业基金在株洲成立，首期规模为 30 亿元，主要投资航空、商业航天、军工、智能制造、新材料等领域，是国内首支省 级航空航天产业基金。基金储备项目超 50 个，可落户株洲项目超 20 个，拟投资金 额超 10 亿元。 安徽省：出台了《加快推进空天信息产业高质量发展若干政策》并出资设立推出 50 亿元规模的安徽空天信息产业基金和首只商业化空天信息专项基金——和生星图 基金。此外，合肥高新区设立产业园，在上游卫星载荷制造方面，具备了航天产品 设计、制造、集成、测试、服务能力，以及北斗导航技术安徽省重点实验室等近 10 家研究机构；在中游地面设备制造方面，具备卫星通信、导航终端的研制、生产的 能力；在下游数据应用方面，布局了覆盖面广泛的各类信息服务主体。
北京市：北京市人民政府出台了《北京市加快商业航天创新发展行动方案（2024— 2028 年）》，进一步深化“南箭北星”空天产业空间布局，建成 2 个特色产业聚集 区和若干特色产业园，推动空间科学、空间应用与空间技术融合发展。此外，北京 亦庄聚集多家航天企业，基本覆盖运载火箭、卫星研制、卫星应用、型号配套、地 面设备、技术应用等领域。2024 年，“亦庄箭”计划发射近 30 次，计划搭载卫星 超过 100 颗，发射规模有望连续三年成倍增长。 无锡市：2023 年 12 月 20 日，无锡经开区与微纳星空正式签约总投资 10 亿元的商 业卫星制造基地项目，项目投产后，预计将成为国内商业卫星领域颇具代表性的自动化产线标杆项目。2024 年 1 月 8 日，经开区举办 2024 未来产业发展大会，会上 微纳星空董事长高恩宇透露，制造基地将于 2024 年完成厂房建设和设备调试，2025 年上半年示范产线运行，预计当年下半年实现出货，微纳星空商业卫星制造基地项 目落户在经开雪浪小镇未来园，将通过规模化生产做强卫星制造产业链。此外，会 上签约成立了 100 亿元的尚贤湖未来产业基金，接下来将围绕经开区“7+X”未来 产业体系发展目标，采取“母基金+直投”策略，建立覆盖种子期投资、天使投资、 风险投资、并购重组投资等未来产业的基金体系，引导社会资本投资未来产业科技 创新类项目。 上海市：2023 年 10 月 19 日，上海市人民政府印发《上海市进一步推进新型基础 设施建设行动方案（2023—2026 年）》，《行动方案》表示，上海将推进智慧天 网创新工程，搭建中轨道卫星通信网络技术验证系统，开展大跨距全球互联等在轨 验证，为探索构建中轨道通信卫星星座奠定基础。2023 年 10 月 26 日，上海市政 府印发《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）》，以商业航天跨越式发展为牵引，围绕卫星制造、运载发射、地面系统设备、 空间信息应用和服务等环节，加强卫星通信、导航、遥感一体化发展，推动空天地 信息网络一体化融合，旨在推动商业航天和空间信息产业的发展。
2.2 国内卫星产能布局
中国版“星链”计划加速推进，低轨卫星物联网前景广阔。地球近地轨道大约可以容纳 6 万颗卫星，按照相关规划，中国在接下来十年内要完成 2 万颗卫星的发射。中国已向 国际电信联盟（ITU）提交了布局 1.3 万颗低轨卫星的申请。当前，我国在低轨卫星互 联网星座建设方面由“国家队”推出了“鸿雁星座”“虹云工程”“星网工程”等计划 并相继成功发射，这标志着我国低轨宽带互联网卫星系统建设迈出实质性的一步，将进 一步带动低轨卫星通信产业的增长。 同 Swarm 和 Or.comm 类似，中国的低轨窄带物联网星座也正在搭建中。自 2015 年后， 中国民营航天企业迅速发展，实现了民营卫星和运载火箭的相继突破，以国电高科为代 表的一批民营企业也相继提出了自己的低轨卫星星座计划。低轨物联网星座成为民营企 业角逐商业航天的重要机会。例如，“天启星座”计划是由国内商业航天民营企业国电 高科推出，计划于 2024 年完成部署运营由 38 颗卫星和若干地面站组成的“低轨卫星物 联网星座”，为物联网相关行业用户等国家战略提供覆盖全球、精准实时的低轨卫星物 联网数据服务，构建天地一体的低轨卫星物联网生态系统。
中国商业航天产业整装待发。2020 年 4 月，国家发改委首次明确“新基建”范围，将 卫星互联网纳入通信网络基础设施的范围，积极引导民营资本进入商业航天领域。按照 向 ITU 申报的计划，预估到 2027 年低轨卫星总规模达到 3900 多颗，至 2030 年有望 突破 6000 颗。 此外，《中国航天科技活动蓝皮书（ 2023 年）》显示，中国航天 2023 年实施 67 次发 射任务，位列世界第二，研制发射 221 个航天器，发射次数及航天器数量刷新中国最高 纪录。2024 年，航天科技集团计划安排近 70 次宇航发射任务，发射 290 余个航天器，全面推进载人月球探测工程、深空探测工程，持续推动新一代近地载人飞船、嫦娥七号、 天问二号、静止轨道微波探测卫星等为代表的 200 多颗航天器研制工作，开展 230 余发 运载火箭组批投产，完成多项商业航天和整星出口合同履约工作。
3. 卫星制造
3.1 卫星成本结构拆分
卫星互联网产业链主要包含上游卫星制造与发射、中游地面设备与下游卫星运营及服务。 卫星制造环节主要包含卫星平台与卫星载荷，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。卫星发射环节包含火箭 制造及发射服务。地面设备环节包含固定地面站、移动式地面站（静中通、动中通等） 及用户终端。 卫星运营及服务环节主要包含卫星移动通信服务、宽带广播服务及卫星固定服务等。根 据美国卫星产业协会（SIA）发布的《2023 年卫星产业状况报告》，2022 年卫星产业 链中，卫星服务、地面设备制造、卫星制造、发射服务收入占比分别为 40.3%、51.6%、 5.6%、2.5%。
我国卫星互联网稳步发展，产业规模增速可观。卫星互联网作为国家新型基础设施建设 的重要组成部分，在国家政策法规、技术升级、产业资本的多重驱动下，产业发展迅速。 2021 年中国卫星互联网产业规模约为 292.5 亿元人民币，2022 年规模已达 314 亿元人 民币；预计 2025 年将升至 446.92 亿元，2021—2025 年复合增长率为 11.2%。 卫星制造包括卫星平台、卫星载荷、其他元器件和卫星总装。 卫星平台又称为“服务舱”，一般分为：能源分系统，为整个卫星提供能源；姿态轨道 控制系统，保持卫星天线指向和运行轨道的准确；推进系统，为卫星定轨，保持轨道和 控制姿态提供动量；遥测、测距和指令系统，与地面控制中心联系；温度控制系统，保 证卫星各种元器件在合适的温度工作。
电源系统与姿轨控制系统耗材占比较高，原材料支出较大。卫星主要包括光学分系统、 卫星姿态和轨道控制系统、结构分系统、电源分系统、热控分系统、测控通信分系统以 及推进分系统等组成。各分系统及子系统又由各种各样的单机及部组件组成。以长光卫 星为例，综电单机，即电源控制器、太阳翼/太阳电池阵、中心机、配电热控管理单元、 蓄电池等电源系统相关设备；姿轨控单机，即卫星单机设备涵盖磁力矩器、推进组件、 数字太阳敏、模拟太阳敏、陀螺、反作用飞轮、导航接收机、星敏感器、驱动机构等姿 轨控制系统相关设备。据长光卫星发布的招股说明书的公开数据，从各原材 料的采购成本来看，综电单机和姿轨控单机在卫星制造原材料支出中所占比例较高。
从各年度卫星制造耗用材料角度看，2019 年度及 2021 年度，公司卫星单机成本较高， 主要是 2019 年完成了天象试验卫星的交付验收、2021 年完成了低轨通信试验卫星初 样的研制任务所致。公司卫星制造及相关服务直接材料成本主要是卫星单机，具体包括 姿轨控单机、射频单机、综电单机等。其中，姿轨控单机、综电单机消耗原材料占比较 高。 卫星载荷又称“有效载荷”，指直接执行特定卫星任务的仪器、设备或分系统。例如， 返回式卫星返回舱的有效载荷有回收的信息载体、材料或制品，通信卫星的有效载荷有 通信转发器和天线，导航卫星的有效载荷有星载原子钟、导航数据存储器和数据注入接 收机等。 相控阵天线是通信卫星的核心。相控阵天线是低轨卫星通信的关键设备，相较于传统机 械天线，具有波束切换快、抗干扰能力强、输出功率大等优点。相控阵天线通过控制辐 射单元的馈电相位来改变天线的方向图形状，实现波束的快速扫描和多波束成形。这种 技术不仅提高了通信效率，也使设备小型化、轻型化成为可能。
相控阵雷达可分为有源和无源两类。有源相控阵每一阵元都装有一个发射/接收组件（即 T/R 组件），每一组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗余度设 计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。无源相控阵采用集中功率发射，利用无源网 络（如波导）来分配发射功率或利用透镜系统通过自由空间将功率分发至相位可控的辐 射单元（与机械扫描雷达的区别仅在于阵列的每一个辐射单元上接入一个移相器）。 有源相控阵雷达的应用带动 T/R 组件需求量增加。与无源相控阵雷达相比，有源相控阵 将移相、放大、收发转换以及接收/放大功能集成到单独的有源收发模块，并将这些模块 放置在尽可能靠近辐射单元的地方，因此使整个系统的损耗大大降低。此外，有源相控 阵常常使用固态集成电路（能实现比铁氧体移相器更快的移相）来替代波导，不仅有效 地减小了整个系统的尺寸和体积。同时，由于单个收发模块功率需求很低，所提供的平 均故障间隔时间（MTBF）远远高于无源相控。T/R 组件是有源相控阵雷达的关键组成 部分，当前有源相控阵雷达的需求不断上升，市场规模不断扩大，带动 T/R 组件行业发 展。
T/R 组件和姿轨控制系统在卫星制造各分系统中价值量占比最大。据长光卫星 2022 年招股说明书数据所示，以重量为 200kg 的通信卫星为例，单颗卫星制造成本为 5000 万 元。据艾瑞咨询 2021 年《中国商业航天发展报告》显示，卫星平台与卫星载荷成本占 比约为 1:1，因此，卫星平台成本约为 2500 万元，卫星载荷成本约为 2500 万元。卫星 平台可分为姿轨控制系统、电推系统、结构系统、数据处理系统、测控系统、热控系统， 各分系统所占卫星制造成本分别为：姿轨控制系统成本约为 1000 万元，结构系统成本 约 300 万元，电推系统成本约 400 万元，测控系统成本约 200 万元，热控系统成本约 200 万元，数据处理系统成本约 400 万元。相控阵天线是低轨通信卫星有效载荷的核心 部分，T/R 组件占载荷成本比重约 50%。则 T/R 组件成本约为 1250 万元，其他部分成 本约为 1250 万元。
3.2 核心分系统的介绍
激光通信载荷
激光通信种类多样，实际应用优势明显。激光通信利用激光作为信号载波，将语音和数 据等信息调制到激光上进行传输。按照激光传输环境的不同，卫星激光通信分为两类： 一是真空环境下的激光通信，即星间激光通信，主要应用于真空环境中的设备，如卫星 与卫星、飞船、空间站等之间的通信；二是在大气环境下进行的激光通信，即星地激光 通信，这种通信技术应用比较广泛，如用于卫星与地面、海上用户及空中飞行器的连接 等。 相较于传统卫星微波通信技术，卫星激光通信技术具有以下技术特点和优势：（1）通 信容量大。激光的频率比微波高 3～4 个数量级，频段更宽，短时间内可传输大量数据。 （2）通信速率高、功耗低。激光通信的速率能达到 10Gbit/s，甚至更高；传输过程中能 量集中，不易分散，功耗也比微波低。（3）抗干扰能力强。激光的束散角极窄，不容 易被侦收和干扰。 激光通信终端主要包含：激光器及驱动、探测器及后放、主控单元、热控单元、快摆镜、 通信系统、电源单元等组件。其中，光天线伺服平台负责捕获光束与误差信号，完成精 准定位；误差检测器负责调整收发端，使光束对准；控制计算机负责误差信号计算；光 学平台负责探测并确定信标光方位，给出误差信号。
欧洲激光通信技术部署迅速，发展水平位居世界前列。欧洲自 20 世纪 80 年代中期开始 研究卫星激光通信技术，是全球卫星激光通信技术发展最快的地区。星间激光通信方面， 欧洲进行了全球首次星间激光通信技术、相干激光通信技术验证，已验证的星间激光通 信速率是全球最高的，并率先实现星间激光通信技术业务运行。星地激光通信方面，欧 洲成功验证地月激光通信、低轨卫星与地面激光通信，于 2004 年和 2006 年分别通过 月球探测器项目和“轨道光学通信工程试验卫星”项目进行技术验证，地月通信距离达 15 万千米，低轨卫星与地面通信距离 600～1500km，上行和下行传输速率分别为 2Mbit/s 和 50Mbit/s。美国星链建设同步推进，“小型化”载荷引领发展。星间激光通 信方面，美国重点聚焦卫星激光通信载荷的小型化，目前正在开展小卫星传感器项目， 研制质量不超过 0.9kg、功耗不超过 3W、工作波长 1550nm 的小型激光通信载荷。此 外，马斯克“星链”激光通信技术研发于 2018 年展开；2023 年 10 月，Starlink 第二 代激光通信星链卫星已开始发射部署。 中国激光通信发展迅速，终端市场空间巨大。全球卫星激光通信系统市场的规模预计将 从 2021 年的 3.568 亿美元增长到 2030 年的 52.057 亿美元，2022 年至 2030 年的复合 年增长率为 39.8%。此外，我国激光通信市场不断扩大，典型的研究机构包括哈尔滨工 业大学、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国科学院光电技术研究所、长春理工 大学、航天科技集团等。2021 年成立了中国卫星网络集团有限公司（以下简称“星网 集团”），负责统筹中国卫星互联网的发展规划，星网集团也将激光通信技术纳入其星 座通信链路建设中。
2020 年 1 月 4 日，中国航天科技集团公司五院西安分院研制的高通量激光通信终端搭 载于“实践二十”号卫星，已到达目标地球静止轨道，该激光通信终端，采用 QPSK 高 阶调制/相干探测的方案，成功实现了速率为 10 Gbit/s 的星地相干激光通信。在终端小 型化、轻量化方面，中国科学院上海光学精密机械研究所研制的无独立信标光激光通信 终端于 2020 年 5 月 12 日搭载在“XY-2”卫星上发射升空。“XY-2”卫星激光通信终 端采用一体化的设计，可实现星间 3000 km 级、通信速率 100 Mbit/s 的双向激光通信。 此外，2023 年 6 月，长光卫星技术股份有限公司利用自研卫星“吉林一号”MF02A04星，与中国科学院空天信息创新研究院（空天院）部署的激光地面系统联合开展了星地 激光高速通信试验并取得成功，标志着我国已成功实现星地激光高速通信的工程应用， 星地通信速率由 Gbps 迈入 10Gbps 时代。
价值量方面，根据阶段不同，激光通信终端单价数十万到数百万美元不等。2022 年 6 月 14 日，BlueHalo 宣布赢得 SDA1100 万美元合同，用以开发一对光学激光通信终端 和一个在轨实验地面站。LCRD 总工程师伯纳德·爱德华兹曾表示 NASA 的 TeraByte InfraRed Delivery 立方体卫星地面到近地轨道光链路将使用价值 10 万美元的终端。 2020 年 SDA 传输层 0 批 20 颗数据中继卫星，其中 10 颗由约克系统空间公司承担，总 价 9400 万美元。Mynaric 和 SA Photonics 分别为约克提供 14/20 台激光通信终端设备， 单价分别为 43.66 万美元/51.72 万美元；洛马负责另外 10 颗卫星制造，由 Tesat 提供 激光通信终端，报价 58.47 万美元，提供 34 台。
3.3 平板卫星对比优势
平板卫星制造“更容易”、发射“更便利”、功能“更强大”。卫星互联网需要大批量 的卫星参与空间组网，为了提升卫星组网效率，一方面要形成卫星批量化制造规模，解 决组网卫星数量问题，降低卫星制造成本。传统卫星制造过程中需人工装配，这种方式 耗时久，周期长，难以形成批量化生产规模。相比传统的三维立体式的卫星构型，平板 卫星在制造工艺上更加简约，类似于平面电路板，适合集成化、批量化、自动化的总装 生产线模式，大幅缩短了制造周期，提高了卫星生产效率，降低了生产成本，使卫星制 造“更容易”。另一方面，需要针对火箭运载需求，尽可能地利用有限空间，降低发射 成本。平板卫星在火箭内堆叠安装时，将太阳翼折叠起来和卫星平台重合，可叠放在一 起，大大减少了占用空间，有效提高了火箭空间利用率，降低了卫星发射成本。 此外，平板卫星在设计过程中，功能需要充分满足空间环境应用需求，以哈工大发射的 我国首颗平板式新体制通信试验卫星“龙江三号”为例，其平板式的构型能够提供较大 的横截面积，可提高整个卫星的系统容量，为天线预留出足够的安装空间，使天线布置 地更加密集，不仅能大幅提升信号强度，也能实现更为复杂多样的试验功能。
中国企业紧随美国脚步，平板卫星布局逐步推进。马斯克“星链”采用平板设计，2019 年 5 月 25 日，SpaceX 猎鹰 9 号火箭成功将星链计划（Starlink）宽带卫星舰队的 60 颗小型卫星送到了轨道，每颗都采用平板、单太阳帆板设计，能够适应高容量集群发射。 我国企业近年来紧随美国步伐，大力发展平板式卫星相关技术。例如，2023 年 6 月 9 日，哈尔滨工大卫星技术有限公司（简称工大卫星）与哈尔滨工业大学联合研制的我国 首颗平板式新体制低轨宽带通信试验卫星——“龙江三号”顺利升空，基于“龙江三号” 试验卫星的研制，工大卫星已形成适应批量化生产、自动化组装、堆叠式发射的千瓦级 平板式卫星平台，可为通信、雷达等卫星提供平板式型谱服务，为卫星的批量化制造和 大规模星座的快速部署提供支撑；2023 年 7 月 23 日，我国首款使用柔性太阳翼的平板 式通信卫星——银河航天灵犀 03 星发射升空，与以往不同，卫星配置了柔性太阳翼，单层柔性太阳能电池板厚度仅 1 毫米左右，具有体积小、重量轻、模块化等特点，更易 于收纳，同样质量下面积更大，能吸收更多太阳能，适合卫星大批量堆叠发射，有助于 加快卫星互联网建设。
4. 技术和竞争分析
4.1 卫星的分阶段技术认证
模拟在轨环境，解决地面测试难题。低轨卫星互联网规模大，建设周期往往较长，在先 期系统建设、未批产定型情况下，为保证卫星在轨通信正常，地面验证阶段在地面构建 逼近真实卫星在轨星地信道环境，解决 LEO 复杂星地信道环境下通信系统地面测试的 难题。地面试验验证包括内场和外场两阶段，内场主要在实验室环境下对系统功能性能 进行验证，外场主要在外场空馈环境下对系统功能性能进行验证，是内场测试的补充和 延伸。 验证系统包括被测设备和测试设备，被测设备由通信载荷、信关站、用户站、综合运控 中心组成，测试设备为信道模拟器、导航信号模拟器、平台接口模拟器等专用测试设备， 以及信号源、频谱仪、示波器等通用测试仪器。（1）星地信道环境模拟：采用信道模 拟器，模拟星地上下行链路动态多普勒、时延、衰减等信道特性，将信道模拟器接入信 关站和通信载荷之间以及用户站和通信载荷之间，使构建的测试环境更接近实际星地通 信环境。（2）系统同步：低轨卫星互联网通信载荷、信关站、用户站统一采用 GPS/BDS 时间信息，保证系统时间同步。 地面验证阶段，采用导航信号模拟器通过有线或无 线 的方式提供模拟导航信号，从而保证整个通信系 统时间统一。（3）卫星平台接口模拟： 在整星环境下，卫星平台需要给通信载荷提供机械、供电、信息接口。而通信系统地面 验证阶段卫星仅有通信载荷参与，需要配套相应的平台接口模拟器以及供电系统，模拟 器卫星平台与通信载荷通信及控制接口，保证试验阶段通信载荷安全、正常工作。
发射试验卫星，观察在轨性能变化。卫星在轨测试指利用地球站对在轨道上运行的通信 卫星有效载荷所进行的电气性能测试，由监测站向通信卫星发射信号，用站内设备测量 收发信号参数（如信号的功率和频率等），通过专业算法扣除监测站设备性能因素、通 信卫星与监测站之间电波传输路径因素、天气因素等对信号的影响，得出在轨卫星通信 设备的性能参数；再对获得的性能参数进行分析，对比发射前后的参数变化，或者通过 定期的检测，分析在轨运行通信卫星性能的变化趋势。 根据时间段不同，在轨验证可分为以下几类：（1）电路开通前测试：在卫星电路开通 前进行测试，将在轨测试数据与发射前在地面的测试数据进行比较，从而验证卫星经过 发射进入运行轨道后，性能参数是否变坏或者出现偏差。（2）电路开通后测试：在通信卫星正常的寿命期间内进行定期的检测，了解通信设备性能变化的趋势。（3）故障 测试：在通信卫星发生故障或设备性能参数恶化时进行测试，寻找故障点，及时通过遥 控的方式对通信设备进行维护处理和补救。最后，测试通过的通信卫星还可以执行其他 的测试任务，如对地球站进行入网验证测试和地球站开通测试等。
航天测控“一体化”趋势尽显。自 2019 年开始，多家商业卫星运营公司正从空间技术 验证阶段逐渐转入业务型卫星密集部署阶段，成本低、稳定性高、专业性强的商业测控 服务已成为市场的明确要求。由于占据先发与技术优势，航天驭星、天链测控等企业的 产业链一体化优势凸显，就此提出从星座的整体论证、测运控管理、应用开发等一体化 解决方案。例如，截至 2020 年 11 月，航天驭星已服务卫星 61 颗，其中长管卫星 30 余颗，其提供的一体化测控解决方案包括：测运控服务、数传服务、星上通信终端、地 面站、基带、测控中心及测控软件等天地通信一体化解决方案，帮助用户降低运营成本， 从而降低综合成本；西安寰宇在十四五规划中指出将通过并购等方式向产业链上下游延 伸，形成“卫星测控、卫星应用、信息系统集成”三大业务领域协同发展的产业生态。 采用“单层”与“多层”组网架构，实现天地一体化。随着卫星网络的规模逐渐扩大， 海量节点使得网络管控难度增加，超大型卫星星座需要高效的网络管控方式来协调大规 模的网络节点，将 SDN“数控分离”的思想引入大规模卫星网络，可以提高网络的灵 活性与可扩展性。通过将控制平面和数据平面分离，提升了卫星组网的灵活性与可扩展 性，降低了对星上处理能力的要求与卫星网络的建设成本，节省了星上资源。在此基础 上，根据参与组网卫星的轨道高度以及网络的物理结构，可将卫星网络架构分为两种： “LEO 单层卫星网络架构”“LEO/GEO 或 LEO/MEO/GEO 多层卫星网络架构”。 LEO 卫星的轨道高度较低，导致其单星覆盖范围较小，仅 LEO 单层卫星进行组网的布 局比较分散，网络管理和控制较为困难，因此引入 SDN 可以增强网络的管理控制能力。 然而，将覆盖范围较大且动态性较低的高层轨道卫星与 LEO 卫星进行分层组网，将网 络分为管理平面、控制平面与数据平面，将管理平面部署在地面数据中心，负责星上路 由规则的计算、网络功能虚拟化服务、移动性管理等，在 GEO 卫星上部署控制平面， 负责数据平面路由规则的传递和星上链路状态信息的收集，LEO 卫星作为数据平面进 行数据报的存储转发。该方案有效减少了地面站的数量，具备更高效的管理规划能力， 更好地推进星地异构网络的融合与演进。
紧跟政策导向，国企、民企共建天地一体化。我国“十四五”规划和“2035 年远景目 标”纲要明确提出要建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的卫星互联网产业。为此，中国航天科技集团有限公司和中国航天科工集团有限公司分别制定了面向低轨卫 星组网的“鸿雁星座”和“虹云工程”计划，其中“鸿雁星座”由 300 颗低轨道卫星及 全球数据业务处理中心组成，“虹云工程”由 156 颗低轨卫星构成；北京国电高科科技 有限公司着力打造和运营我国首个低轨卫星物联网星座，即“天启星座”，计划部署 38 颗低轨卫星；航天行云科技有限公司推出“行云系统”，预计发射 80 颗低轨道小卫 星，建设一个覆盖全球的天基物联网。此外，我国还有民营企业推动的“银河 Galaxy” 计划，预计共发射 2800 颗低轨互联网卫星，如银河航天集团（1000 颗）、北京九天微 星科技发展有限公司（800 颗）、北京星网宇达科技股份有限公司（30 颗）、上海欧 科微航天科技有限公司（40 颗）等。
4.2 低轨卫星产业链垂直整合，芯片-天线-载荷一体化设计
整合卫星生产链，做到工业化标准化管理。目前国内的商业航天企业纷纷发力运载火箭 和卫星的研发、制造、发射及运营的各个环节，甚至以全产业链布局的创新模式完成自 身的商业闭环，为中国自己的“星链”计划提供强劲支撑。微小卫星创新研究院等方面 为整合卫星生产链，做到工业化标准化管理，研发人员用数字化方法，重构了从设计、 研发、生产、测试到在轨运维的全过程，建设了涵盖设计开发、工艺制造、集成测试等 环节的先进技术研发平台，实现了设计-工艺-生产全流程数字化。这就要求商业航天要 推动卫星制造从“定制化研制”到“批量化生产”的转变，卫星密集发射同时带动火箭 发射向高可靠、低成本、灵活发射的方向发展。
4.3 选用工业级元器件，标准化、模块化、规模化的量产模式
探索工业级器件快速筛选途径，形成低成本批量化卫星质量管控方法体系，促进批量化 卫星生产。SpaceX 对传统定制化卫星研产模式产生颠覆性影响，通过工业化生产制造、 批量化发展部署将卫星成本降至 50~100 万美元/颗。为满足我国太空发展战略和国家安 全需求，低成本规模化研产能力提升是亟需解决的问题。中科院微小卫星创新研究院已 建立低成本元器件数据库，探索工业级器件快速筛选途径，形成低成本批量化卫星质量 管控方法体系，示范线具备年产 100 颗卫星的能力。
量产 AIT 完成从“实验室定制研发模式”向“工业化批量生产模式”的转变，实现 降本增效。卫星批量生产不仅能使成本大幅降低、生产大幅提升，而且也是构建大规模 卫星星座必要的基础条件。以国内少有的商业航天企业盈利案例时空道宇为例，借鉴成 熟的自动化装配技术及批量化制造管理模式打造智能柔性脉动式生产线可实现每天出 厂 1~2 颗卫星，推动供应链自动化及产品化进步，整体成本有望下降超 45%，提高卫 星产品的市场竞争力。
4.4 激光通信链路
对于卫星互联网而言，为了适应大容量数据的传输，星间链路发展的趋势是采用激 光通信链路，以代替原来的星间微波通信链路，构成卫星互联网的核心网部分。区别于 微波通信，卫星星间激光通信链路技术是一种利用激光作为载体在空间进行信息传输的 技术，具有高吞吐率、高传输带宽、高安全性等特性，该技术通过在卫星之间建立激光 链路，实现高速数据传输和轻量级载荷、低能耗通信，为空间任务提供了更高效、更可 靠的数据传输方式，也成为国内外卫星间通信的主要发展方式之一。 星间链路构建结合“路由技术”实现全球互联。为了提供覆盖全球的通信服务，卫星 激光网络需要在卫星之间建立星间链路，并通过星间链路和路由协议实现全球互联。星 间链路主要分为轨内链路、轨间链路、层间链路 3 种。同一轨道的卫星通过轨内链路连 接。当临近高纬度时，邻近卫星间的邻接关系发生变化，星上装置需要 180°转向，追 踪邻近卫星，维持轨间链路的通信。也可以在邻近节点发生变化时，切断原有链路，重 建链路的连接。如果在轨卫星数量和星间链路数量都相同，就可以通过轨道间链路和轨道内链路构成一个具有规则网状结构的卫星通信网络。
星间激光通信路由技术。卫星互联网通信，尤其是低轨卫星互联网，信息在多个连 接之间传输，需要一定的策略来确定传输的方向，以确保信息能在端与端之间可靠传输， 这就是路由问题。星间激光通信的路由，需要经过以下几个流程：（1）链路状态感知： 首先卫星要具备感知与其他卫星的链路状态的状况，这是路由选择的基础。（2）单个 链路的路由：如果某个卫星在某个时刻的条件下，对外只有一条链路，这样的条件下别 无选择，采取的策略应该是“尽快传输”，将需要发送到其他卫星的信息通过星间激光通 信链路发送出去。（3）多条链路的路由：在某个卫星对其他相邻卫星具有多条链路的 情况下，需要通过网络空间地址判断信息需要传送的地理区域，然后确定需要传送的方 向，在中间的多个连接链路中，遵循同样的原则，渐进地逼近到达的用户端。
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