国金证券-商业航天产业研究深度报告

商业航天行业研究系列6：平流层之上的掘金战：超低轨卫星产业深度_

1.1 重新定义太空边缘

传统上，航天活动主要集中在地球同步轨道：GEO，36,000 公里，和低地球轨道：LEO，500-2,000 公里。而超低轨道（VLEO）并非一个严格的学术界限，但在商业航天语境下，通常指代 160km 至 450km 的轨道区域。这一区域在物理上具有极其特殊的二元性：它既是太空，高于卡门线；又是大气层的延伸，处于热层。在这里，卫星不能再像在真空中自由漂浮，而是必须像飞机一样时刻对抗空气阻力。

1.2 市场空间：逐渐走向主流

根据 BIS Research 及多家权威机构的预测，VLEO 卫星市场正处于爆发前夜。

➢ 市场规模预测：全球 VLEO 卫星市场规模预计将从 2025 年的约 1,040 万美元激增至2034 年的 15 亿美元以上，复合年增长率高达 73.9%。若考虑到由 VLEO 赋能的下游数据服务（EO 影像、低延迟金融数据、手机直连通信），有望带动市场空间持续提升。

➢ 数量级跃升：截至 2030 年，预计在轨 VLEO 卫星数量将超过 626 颗。然而，考虑到中国近期申报的 20 万颗卫星计划中包含大量中低轨资源，以及 SpaceX Starlink  Gen3 的低轨部署，实际数字可能远超保守预测，甚至达到万颗量级。

2. 战略动因：为什么必须发展超低轨？

VLEO 的兴起并非偶然，而是由三大核心需求驱动的必然选择。

2.1 性能驱动：香农定理与瑞利判据

在通信与遥感领域，距离是核心变量。

2.1.1 通信链路增益

在通信领域，信号强度与距离的平方成反比。例如，将卫星高度从 750 公里降低到 250 公里，距离缩短为原来的 1/3，自由空间路径损耗减少约 9.5dB。

这意味着卫星可以用更小的功率发射信号，地面终端可以用更小的天线接收信号。这正是SpaceX 和 T-Mobile 敢于承诺手机直连的物理基础：卫星及卫星终端成本大幅下降，从而极大扩展了潜在用户群/降低自身制造成本。

2.1.2 对地观测的分辨率倍增器

在遥感领域，地面分辨率 GSD 与轨道高度成正比。将轨道高度由 600km 降低至 300km，理论上在同等光学口径条件下，GSD 可缩小约 50%，即成像分辨能力提升一倍。同理，在 VLEO 条件下实现同等地面分辨率时，光学载荷重量可减少约 50%量级，大幅降低发射重量成本。

传统上要实现军用级 10cm 级分辨率，需要像 Keyhole 或 WorldView 那样的大型卫星，造价数亿美元。在 VLEO，利用几百公斤级的微小卫星即可实现同等指标。使得 Albedo等商业公司能够以极低成本提供以前仅由国家情报机构掌握的数据能力。

2.2 成本驱动：摩尔定律在太空

VLEO 允许使用更廉价的商业级元器件。

➢ 辐射环境改善：VLEO 处于范艾伦辐射带之下，且受残留大气层的保护，辐射环境相对温和。这允许卫星大量采用工业级甚至消费级电子元器件，而非昂贵的宇航级抗辐射器件，大幅降低了 BOM 成本。

➢ 批产效应：由于单星成本降低，使得运营商有望发射更大规模的星座以实现高重访率，这也反过来推动了卫星制造的流水线化。

2.3 可持续性驱动：天然的太空垃圾处理厂

随着 LEO 轨道日益拥挤，凯斯勒效应带来的碎片连锁撞击成为悬在航天产业头上的达摩克利斯之剑。VLEO 的大气阻力是天然的清洁剂。失效卫星或碎片若无动力维持，会在数周或数月内自然衰减并陨落烧毁。这一特性使得 VLEO 在满足 FCC 等监管机构日益严格的离轨规则方面具有天然优势，降低了合规成本和第三者责任险费用。

过去几十年，国际通用的标准是 25 年规则，即卫星寿命结束后 25 年内离轨。但随着Starlink 等星座的爆发，这一标准正在逐渐趋于严苛。

3. 什么问题？怎么解决？是产业痛点也是护城河

VLEO 虽然前景广阔，但因为其环境特殊性，能够解决以下四大技术难题的企业，才能够构建起深厚的护城河。

3.1 大气阻力：与风的永恒博弈

在超低轨区间，稀薄大气产生的持续气动阻力是卫星存活的最大威胁。传统化学燃料推进器燃料消耗快，无法满足 VLEO 卫星长达数年的轨道维持需求。因此，电推进系统凭借极高燃料利用效率，成为当前商业 VLEO 星座的务实选择。电推进系统能够以极小的推力连续数月乃至数年开机，用最少的推力工质换取最长的在轨寿命。

3.1.1 高效电推进-相对成熟技术

目前，商业航天领域应用最成熟的电推进技术主要分为两类：离子电推进与霍尔电推进。

3.1.1.1 离子电推进：当前主流，极致省油

离子电推进是目前主流方案，核心原理是将工质气体（如氙气）电离后，利用两层带有数千伏高压的金属网建立强电场，将带正电的离子如过筛子一般高速抽出并喷射出去。该技术路线的最大优势在于极致的燃料利用率-比冲高。然而，物理属性决定了其局限性——带电离子必须排队穿过物理网眼，流量受限。这种限流机制导致其推力较小，如果卫星在VLEO 轨道因太阳活动突发导致大气阻力激增，则推力将无法胜任，因此更适合轨道环境相对稳定的深空探测或中高轨任务。当前成熟度较高的离子电推进产品有美国 NASA 的 NSTAR、英国 QinetiQ 的 T5 和中国兰州空间技术物理研究所的 LIPS-200 等。

3.1.1.2 霍尔电推进：兼顾推力与效率

霍尔电推进摒弃了离子电推进的实体金属网，转而利用强大的正交电磁场在喷口处构筑了一道无形的漩涡束缚。气体在穿过这道磁场时被高效电离，并由电场大口径加速喷出。同时，外部的空心阴极会同步喷射电子中和废气，防止卫星本体被带电离子反噬拖拽。

霍尔电推进实现了敞口大流量喷射，从而具备更高的推力密度。当 VLEO 卫星面临急剧的轨道衰减风险时，霍尔电推进能迅速爆发出足够的推力。正是由于在推力响应、燃料效率和结构可靠性之间取得了绝佳平衡，霍尔电推进已成为当前巨型低轨星座的绝对主流标配，如 SpaceX 的 Starlink 采用的低成本氩气霍尔电推进。

当前较为成熟的霍尔电推进产品有美国 BUSEK 的 BHT-200、俄罗斯 OKB Fakel 的 SPT-100 和中国兰州空间技术物理研究所的 LHT-100 等。

3.1.2 吸气式电推进-打破燃料载荷约束

VLEO 轨道虽然享有通信延迟极低、光学分辨率极高的物理红利，但也面临着稠密残余大气带来的致命阻力，传统卫星往往因燃料耗尽而快速陨落。吸气式电推进（ABEP）代表了 VLEO 动力系统的终极演进方向。就地取材的吸气式电推进工作原理类似于航空领域冲压发动机，完全摒弃了传统的自带推进工质，转而在轨道上直接捕获稀薄的游离态氮气、氧气，将其电离后，被高压电场加速喷射而出，从而化阻力为推力。目前该技术尚处于模拟和实验室验证阶段。

从商业价值来看，一旦该技术成熟，卫星将彻底摆脱燃料携载量的物理枷锁，理论上实现无限在轨寿命。

1、能成倍拉长单星资产的折旧周期，大幅提升商业回报率

2、将原本属于储气罐的重量和体积，全部释放给有效载荷：如高精度相机、通信天线。