从天空俯瞰地球,卫星可以获取地球的大气数据、水文数据、植被数据、地势位移数据、人员流动数据,所以卫星可以帮助气象预测、洪涝灾害预警、山火警报、地震预测、自然灾难救援、水资源污染、植被退化、自然资源勘探、汽车导航、智能驾驶、人员定位与跟踪、军事情报获取等。
商业航天是为地面和空间商业活动而进行的太空探索,或者将航天技术商业化应用,其目的是通过对人类社会提供更好服务而获取商业化利润。
太空浩渺,但地球卫星轨道却是稀缺资源,由于太空飞行器相互间需要保持50公里的安全距离(横向纵向前后),太空所能容纳的卫星数量是有限的,比如地球同步轨道所有卫星都在同一轨道面,理论上只能投放1800颗卫星,而在300-2000公里人类卫星活动最频繁的近地轨道,中科院软件研究院研究只能容纳17.5万颗卫星。
同时卫星通信需要特定电磁波段,这些频段也是不可再生资源,如在对地静止轨道同频段卫星不超过150个,根据国际电信联盟规则,地球同步轨道以外的轨道和频率资源是“先登先占”的分配方式,如果电磁波段被占完,就算把卫星发射入轨也不能正常使用。

卫星发射数量
而美国星链一家公司目前在轨卫星就已经有9000颗,未来计划部署数万颗,我国在轨航天器才1000多颗。
一、太空空间垂直划分
天空垂直分为五层,0-12km为对流层,是人类活动的主要空间;12-50km为平流层,气流平稳,是飞机飞行区;50-85km为中间层,是大气最冷的地方,流星在这区域燃烧;85-600km为热层,是国际空间站轨道;600-10000km为散逸层,过渡到太空。
在160-2000km的低地球轨道是人造卫星最拥挤的区域,因为在该区域卫星运行速度快,每90分钟就能绕地球一周,所以对同一地点的观察延时低,卫星只要到160km以上就不会再受到地球牵引力束缚,就永远不会掉下来,稳定运行在空中。因此这区域是近地观测、载人航天、通信星座的主要活动区域,全球在轨运行的1.54万颗卫星绝大多数都聚于此(全球总共发射21815颗卫星,6417颗已经陨落,我国在轨航天器数量1094颗,位居全球第二),如星链主要在340-570公里,国际空间站约400公里,还有许多遥感卫星也在此运行,我们讲的商业航天主要就是在此区域。

卫星高度分布
在约2000-36000公里的区域主要用于全球导航系统,如美国的GPS约20200公里、中国的北斗约21500公里、欧洲的伽利略约23200公里、俄罗斯的GLONASS约19100公里。
而我们需要持续服务的通信、广播、气象监测(如我国风云四号)的卫星主要位于35786公里的地球静止轨道,这是一条非常重要且独特的轨道,只有将卫星精确送到这一高度才能实现与地球自转同步,因此要长期对准地球某一区域就需要将该卫星发射至这一轨道的特定位置。
二、卫星分类
通信卫星:是社会基础运行的基石,构成了全球互联网、广播电视和远程通信的骨干,全球在轨卫星当中,有74.8%是广播通信卫星,在300-2000公里的低轨卫星互联网(低轨巨型星座)由于信号延迟极低,正在驱动全球通信卫星产业进入高速发展时期。
同时通信卫星应用正从传统领域快速拓展至大众消费领域和前沿产业,以前主要承担洲际通信、海事通信以及应急救援,现在卫星互联网可以全球偏远地区和航空航海等地面网络难以覆盖的区域提供宽带服务(以往信号发送需要地面信号接收塔,无人区和海洋则没有该建设),并随着天通一号高轨卫星系统的手机直连卫星服务推出,手机、汽车、无人机可以直接通过卫星通话和传输数据,用户规模接近300万。
中国在低轨卫星互联网上已迈入加速跑模式,国家正在构建庞大的低轨卫星互联网星座(中国星网的GW星座规划约1.3万颗、千帆星座规划约1.5万颗),在火箭批量化生产和火箭发射能力上取得了显著进步(研制周期与以往缩短了80%,长征8号按照半月一发的能力部署)。
遥感卫星/对地观测卫星:遥感即“遥远的感知”,利用传感器(如红外相机、多光谱扫描仪或成像光谱仪雷达等)来探测地表反射或辐射的电磁波(由太阳或人造传感器发出)来获取信息,识别物体特征和监测环境变化。

成像光谱仪遥感和合成孔径雷达遥感是未来发展方向。成像光谱仪可从几十甚至上百个普段获得精细的光谱信息,结合实验室的光谱数据可直接对地质、植物、水和生物进行性质和结构分析,每7天能完成一次对中国的全境扫描,四维高景三号02星单次拍摄就能覆盖20万平方公里的面积,相当于整个四川。合成孔径雷达则能穿透云雾甚至部分植被和土壤,全天候全天时观测,并能通过多频、多极化、多入射角提高对目标的识别能力,两种遥感器的应用和结合将开创遥感应用的新局面。
遥感卫星是地球的眼睛,在所有卫星中占比12.8%,鉴于其强大的对地观测能力,遥感卫星已深入日常生活的方方面面。如手机地图和车载导航的精确地图和实时路况,就是遥感卫星拍摄的高清影像和对地观测数据,还可制作三维测量地图;还可监测全球森林变化、城市扩张、水体污染、空气质量、植被生态、大气污染;对洪涝、地震、山火进行监测、预告和救援支持;监测农作物的长势,指导灌溉和施肥(即精准农业)等。
导航卫星:导航卫星在全球卫星中占比1.5%,共169颗,导航卫星提供的定位、导航和授时服务已经像水电一样渗透到交通、金融、通信的各行各业,如我们购物时的扫码付款,时间同步就得益于导航卫星的授时服务。
科学/空间探测卫星:进行天文观测、空间物理研究和行星探测等科学实验,如哈勃望远镜、嫦娥系列探月、毅力号火星探测、旅行者号太阳系探测器。
军事/侦查卫星:服务于国防和安全、进行情报收集、监视和预警等,如光学和雷达成像侦查卫星、监听信号的电子侦查卫星、导弹预警卫星、军用通信和导航卫星。
三、航天产业链
航天产业可以划分为人造卫星、运载火箭、载人航天、深空探测和空间站五大方向,后三个尚处萌芽期,整体规模较小,因此人造卫星、商业运载火箭构成了目前太空经济的主体,与商业人造卫星相关的卫星制造、火箭发射、地面装备、应用服务占到整体产业的73%。
其中地面装备和应用服务领域是卫星相关产业的主体,占比91%。因为地面装备和应用服务领域涉及到卫星数据产品从初端到终端的所有地面应用场景,以及配套的接收相关设备制造生产的方方面面,获得最广泛的投资和增值,如卫星广播电视、卫星导航设备、芯片等(三者合计占到地面装备和应用服务的79%)。
上游。主要是卫星与火箭制造商,细分为配套设备制造与总装,卫星及火箭配套设备包括航天用连接器、微特电机、MLCC、电子元器件、微波毫米波射频芯片、星载计算机、恒星敏感器、天通基带芯片等。
中游。为火箭发射与卫星运营服务商,在发射环节有海陆空三类发射场地,我国路基发射场有酒泉、太原、西昌、文昌四大发射中心,海上有海阳产业基地,空中火箭发射尚未实现。到目前我国路基发射较为成熟,但成本高,且需要考虑落区安全,海上发射成本较低,但发射难度大,难以发射重型运载火箭,空中发射更加灵活,但技术发展尚不成熟。
卫星运营即卫星测运控,通过使用专业设备和软件,实现卫星位置追踪、卫星特殊事件预报、卫星轨道和姿态管理,以及卫星业务数据的上传、下载、处理、显示与交付。根据卫星应用场景不同,卫星运营可分为遥感运营、通讯运营、导航运营,随着卫星数量激增,将转变过去单颗卫星向众多小卫星组网等模式,对卫星运营系统的测控、保持和调度能力提出了更高要求,人工智能、大数据、云计算将有助于降低卫星运营成本和提高效率。
下游。下游是应用环节,传统的应用场景包括:通信(如广播电视传输、邮电、远程医疗、应急救灾等)、导航(海陆空交通运输、精准农业、智慧城市、自动驾驶、应急救援、气候监测)、遥感(国防情报获取、基础设施测绘、环境监测、自然资源管理等),新兴应用场景包括卫星互联网、太空旅游、太空采矿、深空探测、太空算力等。
三、未来发展趋势
我国商业航天目前正处在技术突破前沿和市场突变的起点,火箭发射价格正在从每年50%的幅度降低,从最早每公斤运载成本10万元到现在接近2-3万元,未来通信革命、交通革命、能源革命都将与航天深度绑定,比如全球一小时快速抵达,美国马斯克在推进,我们也在布局。
未来在火箭运载上将迈向可重复、低成本、高可靠,规模化发射,运载火箭可重复利用是关键,也将大幅降低成本,我国可重复运载火箭正从关键技术攻关迈向工程化验证的关键阶段,有望在今年掌握火箭回收技术,这会是一重大突破。

SpaceX火箭发射和海上回收
在星座规模上将急剧扩大,马斯克的星链、中国的星网星座和千帆星座都是万颗级,且都在加速化发展当中。同时空间环境恶化,10厘米以上的太空垃圾近5万个,1-10厘米的碎片超120万个,这对未来将构成严重的挑战,预示着未来星座设计将更注重安全和可持续性。
在应用领域也将逐步大众化和全场景渗透,如手机直连、跨国物流、远程监控、车载卫星互联等,中国目标到2030年卫星通信用户发展到千万规模。
商业航天的商业探索可以划分为以下几类:
一是将国际空间站上的技术和科学实验成果转化为产品,比如B超过去是航天医学研究用的设备、CT和微波炉原本都是在航天实验室做试验和监测医学用的,以及一些食品保鲜技术也源自于航空食品的保鲜需求。
二是在空间站上设立商业模块,如利用太空真空零重力的环境开展太空制药与生物研究,或者为卫星加注燃料和维修,以及轨道碎片清理,或者建立太空仓库和废弃物处理。
三是开展太空旅游,国际上以美国蓝色起源、维珍银河、SpaceX主导,以实现常态化商业飞行和轨道旅游,近太空旅游作为新赛道正在快速发展。中国正处于爆发前夜,穿梭者载人航天、深蓝航天、中科宇航等一发布明确的亚轨道旅行计划并已开始预售。
四是太空算力,利用太空充足的太阳能和低温环境,建立数据中心,提供计算和智能服务。
五是深空探测,包括太空资源开采和载人登月,我国已经实现月球采样自动返回,2028年前后会实现火星取样返回,计划在2035年前实现太阳系边际探索和从金星大气采样返回。
六是建立太空太阳能电站,在大气层外高效收集太阳能,通过无线方式传回地面,实现24小时不间断供电。
七是太空超感,即构建天地一体化智能感知网络,通过将高分辨率遥感、星间激光通信与先进智能算法深度融合,实现全球范围内、全天候的近地实时跟踪和智能决策,做到全球全局掌控。
我国已发布的卫星星座计划20余项,两大星座计划——G60千帆星座和国网星座,预计在未来10年发射量将达到上万颗,2035年预计将发射约3100颗商业卫星。我国商业航天技术不足之处在于将前沿技术转化为稳定、廉价、可大规模供应的能力,单箭运力不足、发射成本高、发射频率低、还不能重复回收、高端供应链对外依赖度强(如高端碳纤维复合材料、发动机用耐高温合金、高端元器件、宇航级抗辐射芯片、高精度星敏感器、特殊绝热材料等)。
相关企业:
国家队——中国卫通(卫星通信运营)、中国卫星(小卫星制造核心力量)、航天科工
民营企业——蓝箭航天(民营火箭头部企业,全球首个实现液氧甲烷火箭入轨,发展可回收火箭)、星际荣耀(发展可回收火箭技术)、银河动力(主打低成本、快速响应)、中科宇航(太空旅游)、天兵科技(主攻液氧煤油路线)
卫星制造与运营——银河航天(聚焦卫星互联网)、天仪研究院(专注合成孔径雷达遥感卫星研制)、恒信卫星(千帆星座建设和运营方)
核心配套与供应企业——铖昌科技(星载相控阵T/R芯片核心供应商)、天银机电(星敏感器国内领先)、航天电子(电子系统核心配套商)、格思航天和傲天科技(分别为千帆星座提供卫星制造和电推进系统)
商业航天是在未来几年是个确定性的投资机会,我国将会从太空基建(发射规模、卫星组网)和深化应用两方面同步拓展,且上市潮开启,确定性的上万颗发射规模将从技术突破、核心环节到耗材的炒作;应用领域将在低空经济(无人机通信)、太空旅游、智能交通、卫星通信等方面发力。这本身是一种技术赋能,将在生活的各方面系统性的提升。而目前主要还是太空基建。
未来关注点:一是火箭可回收(当下急需和即将突破方向),二是发射规模,三是材料和我设备国产替代,四是产业赋能与应用(卫星通信、智能驾驶),五是低轨卫星组网,六是空间商业(太空实验、制药、仓储、轨道清理)、七是太空采矿和深空探索。


