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邁向航天新時代——中國商業航天產業全景分析

2022-06-09
作者:李佩
來源: 火石創造
關鍵詞: 商業航天


  航天產業作為一種典型的知識與技術密集和附加產值高的產業,在發展之初由政府主導,開展太空探索的目的主要是服務于國家安全和軍事作戰的需要。因此,航天產業歷來被視為是大國戰略博弈的聚焦點和國家層面的專屬競技領域,航天產業的發展水平是一個國家綜合實力與國防實力的體現。


  近年來,在全球新一輪工業革命的驅動下,全球航天產業發展迎來大發展大變革的新階段,靠國家包攬包辦的發展模式已然發生改變,商業航天成為助推航天產業快速發展的新生重要力量。全球著名的航天科技公司SpaceX 的液體燃料火箭發射、可重復利用火箭技術達成了航天史上的標志性成就,其推出星鏈寬帶(專網通信)、衛星發射(衛星代工)以及商業載人航天和運載等新商業模式拓寬了航天產業全新應用場景。以SpaceX為代表商業航空企業通過技術創新和商業新模式推動著世界航天產業的迅速發展。


  全球商業航天如火如荼的發展推動航天事業空前繁榮,吸引了社會各界的廣泛關注,彰顯了航天產業商業化蘊含的巨大生命力和無限活力。隨著2015年航天領域向民間資本敞開大門,中國商業航天開始進入起步和探索階段。時至今日,我國在航天產業的多個領域已產出商業化成果,許多民營企業的研發成果與應用服務已將商業航天藍圖變為現實??梢灶A見,在“征途是星辰大?!钡男潞教鞎r代,中國商業航天發展具有巨大的想象空間。


  01


  中國商業航天發展歷程


  表1:中國商業航天發展重大事件回顧


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  資料來源:火石創造根據公開資料整理


  自2014年始,政府頒布一系列旨在推動航天產業多元化投資和產業化應用的相關文件,長期由國家壟斷的航天產業首次向民營資本敞開大門。2015年普遍被認為是中國商業航天發展的元年。2015年7月,我國首個民用商業遙感衛星星座(DMC3)“北京二號”發射成功,標志著我國社會力量參與航天產業的重大發展。在商業航天相關支持政策、發展規劃綱要的指引,社會資本的廣泛參與、核心技術的不斷突破以及國家將衛星互聯網納入“新基建”戰略等推動之下,中國商業航天產業方興未艾,市場上已有一大波航天企業加入商業航天發展浪潮,參與航天各賽道競爭,商業航天產業發展格局初具雛形。


  02


  中國商業航天的市場規模


  我國商業航天自2015年起步以來,產業規模呈現逐年增長態勢,產值由2015年的3764億元增長至2020年的10202億元,年均增長率達22%,更是在2020年實現商業航天市場規模首次突破萬億元。隨著數字技術持續發展和應用領域的不斷拓寬、北斗全球導航系統星座組網成功、衛星互聯網在2020年被納入國家“新基建”范疇,商業發射需求將快速增長,航天產業化發展程度將大幅提高,商業航天市場將持續加速擴容。預計到2024年我國商業航天市場規模將達到24060億元。


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  圖1:我國商業航天市場規模情況與預測


  數據來源:火石創造根據公開資料整理


  03


  中國商業航天領域企業發展格局


  從企業類型看,根據企業產權性質可劃分為國家隊和民營商業航天企業。國家隊以航天科技、航天科工兩大央企集團參與者為代表,大多具有國家科研院所和國資背景,在需要大量資金投入和技術支撐的衛星發射、衛星制造以及重大航天工程相關的衛星應用領域承擔主力軍和頂梁柱的作用。例如,2019年,中國航天科技集團發布“龍”系列運載火箭研制和發射計劃,主要目的是為了滿足我國日益增長的商業載荷入軌需求。航天科技和航天科工集團分別提出了“鴻雁”和“虹云”低軌衛星通信星座計劃,計劃于2023年底完成構建國內低軌衛星通信系統,將有力帶動地面設備、通信系統運營產值規模擴大。而在市場化程度更高、應用場景更加豐富、市場空間較為廣闊的的衛星應用領域,民營商業航天企業的參與程度更高,表現更為出色??傮w上中國商業呈現“大央企引領、多民企參與”的多元市場主體參與競爭的格局,共同引領我國航天產業蓬勃發展。


  從企業數量來看,我國商業航天企業近年來數量增長迅速。自2015年以來,隨著大量資本涌入,大量初創型民營航天企業應運而生,市場主體不斷擴大。根據相關資料統計,中國已注冊商業航天企業數量在2018年底有141家,2019年底增加到194家,增幅達37.6%。到2020年底,中國已注冊商業航天企業數量313家,相較于2019年增長61.3%。2018年到2020年,企業數量實現兩年內翻番。


  從行業細分領域看,截至2020年底注冊的商業航天企業中,屬于衛星制造領域的企業有84家,屬于衛星發射領域的企業有47家,屬于衛星運營領域的企業有48家,衛星應用領域的企業數量最多,達到134家。相較于2018年,在衛星應用領域企業數量大幅增長,這與衛星互聯網技術迅速發展、低軌衛星通信多方向應用、北斗導航技術廣泛進入民生領域具有較大關聯。

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  圖2:2018-2020我國商業航天企業數量


  數據來源:火石創造根據公開資料整理


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  圖3:2018-2020我國商業航天分領域企業數量


  數據來源:火石創造根據公開資料整理


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  商業航天產業鏈分析


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  圖4:商業航天產業鏈


  來源:火石創造根據公開資料整理


  商業航天全產業鏈分為上中下游三個環節。產業鏈上游是衛星制造;產業鏈中游包括衛星發射服務和地面設備制造,其中,衛星發射服務主要涉及運載火箭制造產業鏈;產業鏈下游主要是衛星運營與服務。


  (一)衛星制造


  衛星制造環節主要由衛星平臺、衛星載荷和衛星總裝集成三部分構成。其中,衛星有效載荷是衛星入軌后用于執行衛星特定的儀器、設備或分系統,有效載荷的種類因任務類型的不同而異;衛星平臺是指除了有效載荷或有效載荷艙以外衛星的其余部分,屬于衛星的基礎通用模塊,主要包括熱控、結構、供電、數據管理、推進、資軌控制、遙感測控等分系統組成。最后將衛星各大部分進行總裝集成測試,生產出應用領域不同的衛星產品。


  全球范圍內,以SpaceX、OneWeb、Telesat為代表的典型商業航天企業紛紛規劃建造大型低軌衛星通信星座。我國的低軌衛星星座計劃已啟動,航天科技集團的鴻雁計劃、航天科工集團的虹云工程及行云工程等三大通信衛星星座組網均計劃在低軌軌道部署,國電高科研制運營的首個低軌衛星物聯網星座“天啟星座”將于今年全部完成部署。低軌星座通過成百數千顆小衛星(通常指1000公斤以下的衛星)實現整個星座的商業組網,全球多個低軌互聯網星座計劃正在推進,未來將有數以萬計的衛星飛向太空。低軌衛星星座的蓬勃發展帶動了小衛星需求量的大幅增加,具有體積小、發射成本低、生產周期短等特征的微小衛星批量化生產成為衛星制造的發展趨勢。以中國衛星、航天科技為代表的國有資本和以微納星空,銀河航天、天儀研究院等為代表的商業衛星民營企業都將聚焦低軌通信衛星星座,推動小微衛星產業規模部署。


 ?。ǘ┬l星發射服務和地面設備制造


  航天產業中游分為衛星發射服務和地面設備制造環節,運載火箭是商業衛星發射的主要提供方。


  1.運載火箭制造


  人造衛星、載人飛船、空間探測器等有效載荷搭載運載火箭入軌,因此商業火箭制造是衛星發射服務的關鍵環節,其主要構成包括箭上設備、發動機、箭體結構以及火箭總裝集成。商業運載火箭研發生產具有周期長、技術門檻高、資金需求量大的特征,因此產業領域內企業數量相對較少。航天科工和航天科技兩支航天國家隊占據商業發射領域較大市場份額,航天科工旗下的“快舟”系列和航天科技集團旗下的“長征”系列滿足絕大部分商業衛星的發射需求,以零壹空間、星際榮耀、藍箭航天等為代表的大型商業火箭企業研發的商業運載火箭近年來陸續發射成功。


  如何降低成本是商業火箭研制重點關注的方面,商業航天企業將重點開展以下三個方面進行成本控制。


 ?。?)“一箭多星”?!耙患嘈恰奔夹g即運用一枚運載火箭同時或分批將數顆衛星釋放進入相應軌道的技術,能夠大幅降低發射成本,提高發射效率。美國商業航天公司SpaceX公司運用獵鷹9號運載火箭發射最多曾將143 顆小型衛星發射升空,創造世界單次發射衛星數量最多的記錄。目前我國僅達到了一箭20星的發射水平,仍有巨大提升空間。


 ?。?)火箭回收并重復使用技術?;鸺厥詹⒅貜褪褂眉夹g,即能夠部分或全部回收航天器上部件,并重復使用。通過火箭子級的回收與復用,可大幅降低火箭發射成本,目前,全世界唯一能夠重復使用的運載火箭只有SpaceX的獵鷹9號。我國火箭重復使用技術正在探索,2019年,長征四號乙運載火箭成功實施一子級落區控制飛行演示驗證,為后續垂直起降重復使用運載火箭的研制奠定堅實的基礎。


 ?。?)液體發動機技術。動力工程是運載火箭的核心,航天火箭發動機可分為液體發動機和固體發動機。相較于固體發動機,液體發動機具有更大噸位、更高的燃燒效率和深度變推力能力,能夠讓火箭更容易實現回收復用功能。因此,可變推力火箭發動機是實現可回收復用運載火箭的必然趨勢,發展液體發動機是運載火箭企業的長期占優選擇,我國藍箭航天、九州云箭、宇航推進等火箭制造民企正在積極布局液體發動機產品。


  2.衛星地面設備制造


  衛星地面設備由固定地面站、移動站和用戶終端組成,是衛星互聯網、衛星通信運營、衛星導航系統等產業環節的終端設備,占據下游應用市場的較大份額?!?016中國的航天》白皮書強調建設由高軌寬帶、低軌移動衛星等天基系統和關口站等地基系統組成的天地一體化信息網絡;2020年北斗三號全球導航系統的全面建成帶動我國衛星地面設備持續推廣;我國“十四五”規劃也明確提出要建設,高速泛在、天地一體、集成互聯、安全高效的信息基礎設施??梢灶A見,隨著國家政策的持續推動和衛星下游應用市場的不斷開拓,我國衛星地面設備市場規模將進一步擴大。


 ?。ㄈ┬l星運營與服務


  衛星運營與服務是人造衛星應用環節,各類人造衛星的應用主要集中在通信、導航和遙感三大領域。


  1.衛星通信


  衛星通信是指將人造衛星作為中繼站,把地球站發上來的電磁波放大后再反送回另一地球站,實現兩個或多個地球站之間的無線電通信。衛星通信與地面通信相比,具有覆蓋面積廣、不易受地面狀況約束、可使用的頻譜資源更為豐富等優勢。衛星通信技術廣泛應用于廣播電視、寬帶服務等商業領域。


  高清特別是超高清節目對于衛星通信容量需求大,高通量衛星通過高水平的頻率復用和使用,比傳統衛星提供高出數倍甚至數十倍乃至百倍的容量,具有帶寬更高、速度更快、接收端更便攜的優勢。2022年虹云星座、鴻雁星座、銀河航天星座建設將完成階段性部署,在近地軌道提供低帶寬、低速率的窄帶物聯網衛星星座,低軌的高通量衛星將成為未來空間網絡網絡的基礎空間設施,推動我國進入低軌通信時代。屆時,視頻通話、高清視頻點播等業務規模持續擴張。同時,高通量衛星帶寬容量大、抗干擾性強、且終端易于安裝的特征能滿足海事通信、航空機載通信、陸地車載通信等多種應用需求,未來衛星通信在海陸空等應用場景將更加普及。


  2.衛星導航


  衛星導航是指采用導航衛星對地面、海洋、空中和空間用戶進行導航定位的技術。全球衛星導航系統主要有美國的全球定位系統(GPS)、 俄羅斯的全球導航衛星系統(GLONASS)、中國的北斗衛星導航系統(BDS)以及歐盟的伽利略定位系統(GALILEO)。


  2020年,隨著我國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星在西昌衛星發射成功,我國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統全面建設完成。隨著北斗系統建成,衛星導航將商業航天行業下游主要應用領域之一。北斗衛星導航系統已在交通運輸、農林漁業、海上遇險搜救、城市治理等生產性活動與政府服務方面得到廣泛應用,并廣泛走進電子商務、移動智能終端制造、智能可穿戴設備等大眾消費和民生領域。未來,北斗導航系統將朝向高精度、系統化方向發展,并與5G、物聯網、云計算、大數據相融合,為人工智能、云計算、區塊鏈等新技術基礎設施提供精準時空信息,拓展出更為廣闊的市場空間。隨著衛星導航系統的不斷更新、綜合性能的持續提升以及產業融合帶來的升級變革,衛星導航產業的民用市場將持續保持高速增長態勢。


  3.衛星遙感


  衛星遙感是利用人造衛星通過電磁波(包括光波)的傳播與接收感知目標的屬性及空間分布特征并加以進行分析處理,實現對地球的觀測與監控。


  實際應用中,衛星遙感應用主要以國防及政府在國土、應急安全、氣象領域為主,隨著技術進步、成本下降,以及市場上各行業對高質量地理空間數據的需求增加,遙感衛星在精準農業、森林病蟲災監測、環境監測等方面的商業應用快速崛起。在遙感衛星商業化進程推動下,我國商業遙感衛星的發射次數大幅增加,市場參與主體逐步增多。我國民營上市公司歐比特已開始建立遙感衛星星座“珠海一號”。長光衛星建設的光學遙感衛星星座“吉林一號”的商業遙感衛星星座在軌數量達到41顆,是我國目前最大的光學遙感衛星星座。


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  圖5:我國商業航天企業圖譜


  來源:火石創造根據公開資料整理


  05


  總結


  全球航天商業化的背景下,太空領域成為競爭新高地,太空探索的大航天時代已然開啟。2015年以來,在政策扶持環境及資本的助推下,我國行業航天發展迅速,產業發展格局初步構建。當前,隨著衛星互聯網納入新基建,商業航天國企和民企的各類型衛星星座部署計劃逐漸完成,衛星制造及應用領域的產業化進程進一步加快。我國“十四五”規劃指出,打造全球覆蓋、高效運行的通信、導航、遙感空間基礎設施體系,建設商業航天發射場,進一步促進了商業航天的發展。在政策和商業環境的驅動下,北京、西安、深圳、上海、武漢、寧波、廣州等多個城市相繼出臺商業航天領域政策規劃,加快商業航天布局。


  “十三五”期間我國商業航天完成了從無到有的跨越,如今正步入趕超發展的重要時期。國家方面,重點需要優化航天頂層規劃設計、推進航天制造基礎設施開放共享;商業航天企業方面,須加強技術創新能力,開發面向用戶與市場的可行的商業模式。通過政府企業的合力推進,商業航天產業在這一段新征程中將續寫新的輝煌!


 


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