卫星激光通信设备行业研究
2024-11-29
低轨卫星发展现状
低轨卫星通信拥有通信速度快、带宽大、延迟短、效费比高等特点，核心商业应用场景主要包括偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾难应急通信等。卫星互联网或成为新一代6G网络的重要组成，是实现通讯全领域覆盖的重要补充部分。
商业上，手机直连卫星服务系卫星互联网商业重要领域，华为Pura70应用卫星通信，手机直连卫星成旗舰机型标配。
军事上，“星链”低轨卫星星座凭借大容量、高通量、低时延和重访周期短等优势首次介入战场，可实现对全球近乎全天候不间断的侦查与监视，充分证明近地轨道卫星的潜在军事应用价值。
星链已实现商业逻辑形成闭环。截至2024年3月31日，全球低轨卫星通信运营商龙头企业StarLink在全球已累计突破260万订阅用户，72个国家/地区接入服务。根据Starlink创始人马斯克描述，Starlink已于2023年年末实现盈利。分析师ChrisQuilty在周四的网络研讨会上表示，2024年，Starlink预计收入为66亿美元，比2023年增长80%。
Starlink收费模式
Starlink订阅用户增长情况
数据来源：推特、山西证券研究所、本末研究
卫星产业链图谱
卫星产业链主要拆分为：上游卫星设计制造和发射、中游地面设备制造及卫星通信运营、下游卫星应用。
卫星产业链价值量集中在产业链中下游。2022年全球太空产业链产值超3840亿美元，卫星产业收入规模占比超过70%，2022年全球卫星产业收入约2810亿美元。
卫星制造：得益于创新和较低制造成本，2022年收入158亿美元，同比增长15%。
卫星发射：负载能力和创新再次导致发射活动增加，2022年全球发射次数达到历史新高(161次)。2022年全球发射收入为70亿美元，同比增长23%。
地面设备：2022年收入1450亿美元，同比增长2%，占卫星产业总收入52%。
卫星服务：2022年收入1133亿美元，主要包括通信、遥感、导航三类服务，占卫星产业总收入40%。
数据来源：瑞奕资本
上游供应链竞争格局：卫星制造以国家队为主，商业卫星有望重塑行业形态
我国卫星总装主要由国家队完成，相关元器件大多也是由国家队制造，并按照宇航级标准生产的。卫星制造的各个环节都有一套严格的生产规范，如果达不到规范就无法出厂供货，这导致了研制周期较长、生产成本居高不下。而商业卫星公司追求利润最大化，有望通过采用工业级元器件，以牺牲一部分可靠性换取低成本，重塑国内卫星产业生态。
卫星制造环节国内企业与研究所
卫星制造价值链拆解：载荷未来价值量占比有望提高
卫星制造环节主要包含卫星平台与有效载荷，载荷是卫星核心功能部件。
卫星由卫星平台+有效载荷组成。重点应关注价值量占比高的板块，如有效载荷、姿轨控分系统，目前约占整星成本高达30%；载荷分系统，价值量占比高达35%~50%，而且随着下游客户需求越来越明确，载荷的比重会越来越大。
其中，天线技术是通信卫星中载荷的核心，相控阵天线是当前主流技术，T/R组件是相控阵天线的核心，成本在星载天线分系统里占比超50%。此外，星载转发器可完成信号的中继转发、星间激光终端搭建星间光通信链路，均为通信载荷的重要组成部分。在卫星平台构成中，姿控系统涉及的元件和单机最复杂，成本占比也最高，达到40%。
传统卫星通信难以满足星间链路需求，激光通信技术飞速发展
激光星间通信技术日益成熟，目前处于技术替代的窗口期。星间激光通信技术近年来已经取得了显著进展，未来导入趋势十分明确。星链第二代卫星、加拿大Telesat均明确表示采用激光通信方案。
激光星间通信技术在终端的小型化与轻量化、高速数据传输、链路的自动捕获和追踪、空间网络的安全性、商业化与标准化均取得了进展，目前技术成熟且无明显短板。
数据来源：《卫星激光通信技术发展现状与趋势分析》
激光通信器优势
星间链路要求高速、大容量、安全可靠。太空/深空探索活动，信息先行，卫星互联网要求高速、大容量、可靠、安全。“空天地一体化”当前阶段的重点是星间通信链路。星间通信信道上无大气干扰，无需考虑天气及视宁度要求，非常适合发展激光通信。
数据来源：艾瑞咨询《2021年商业航天发展报告》，电子发烧友网
另外，空间激光通信是建立星间链路的最优方案。随着探测范围越来越广、探测内容越来越多、信息量越来越大，微波通信局限性显现。首先，微波通信技术的频谱资源紧张，L、S、C、Ku频段几乎使用殆尽，Ka频段正广泛应用；美俄早期已获取了大量优质频率资源，适用频段严重缺乏。其次，通信速率低，通常数百Mbit/s，最高数Gbit/s。另外，功耗高、保密性差，天线主瓣宽度大，能量密度低，点对点通信时功耗高，易接收、解调，易被侦收和干扰。
对于空间激光通信技术，其性能优势主要体现在以下几方面：第一，频道资源无限制。激光通信不需要向国际电联申请特定频段，使得频道使用更加便捷。第二，通信速率高，激光的频率比微波高3～4个数量级，频段更宽，激光通信速率可达数十乃至数百Gbps，短时间传输大量数据。第三，功耗低、保密性好，透镜准直光输出，光束指向性好，能量集中不易分散，功耗也比微波低；发散角极窄，难以被侦收和干扰。
激光通信未来的3个技术发展方向
首先是从“能用”到“好用”，前期点对多点在轨技术验证已经完成，技术可行性得到验证，但目前在轨捕获建链时间长、成功率低、平台适应性不佳等问题依然存在，同时卫星组网要求的激光终端大规模可批量生产和低成本也尚未实现，导致激光通信无法在卫星通信网络中较好地发挥作用。
更高速率方向发展，实现“星—地”传输。当前星间传输的速率一般在5Gbit/s左右。随着大规模低轨星座的建设，以及星间通信速率向10Gbit/s甚至百Gbit/s量级发展，网络数据量急剧增加，数据落地愈发困难，必须通过高速激光链路进行星地数据传输。因此，卫星激光通信技术必然向星间/星地复合应用方向发展。
数据来源：深圳市卫星物联网产业协会
激光通信企业未来商业化格局发展方向
当前，激光通信行业处于产品定型阶段，经过入轨验证，各个部组件将从非标走向标准化，即「统型」。由于整星厂商对供应商黏性极强，轻易不会更换，通过验证的厂商将与客户深度绑定。头部厂商优势扩大，新进玩家进入行业壁垒极高。进场早且顺利通过在轨验证的厂商拥有先发优势，在高粘性的场景下，具备先发优势的头部厂商优势将持续扩大。此阶段，利润率通常较低，原因是多轮产品测试和改进，需投入大量研发人力和物力。
预计2027年，该行业将达到产能扩张阶段，国内主流星座的发射量将有大幅提升，激光通信器件的订单激增。为满足各大星座的订单需求，厂商需在明后年做好充足的产能储备。当前大部分激光星间通信厂商产线标准化和自动化程度低，改进空间大，为保证稳定交付、品控及测试能力，产线优化及扩建势在必行。该阶段头部企业的融资需求将进一步提升，届时头部企业估值水涨船高，尾部企业失去投资价值。产能扩张阶段，利润率有所改善，原因是产品设计稳定后，研发投入有所下降，但Capex会大幅增加。
预计2028年，激光产品将步入商业化成熟阶段。规模效应初步显现，毛利不断提升、亏损逐步收窄，头部公司拥有造血能力。此时融资更多是为了前沿技术的研发、结构优化升级和抢占市场，成熟的商业模式有利于投资人决策。在批产阶段，利润率显著提升，原因包括：一，实现了规模效应；二，实施了有效的成本优化措施，包括优化供应体系、优化生产流程等；三，生产工艺上持续创新，进一步降低成本；四，产品定型后，实验测试流程减少，相对应的成本支出减少。
激光通信企业竞争壁垒总结
技术壁垒：星间激光通信技术涉及的关键技术包括激光发射器、接收器、光学镜头、控制硬件等。其中，自动捕获和跟踪技术（ATP）是确保卫星之间能够准确地对准和维持通信链路的关键，它包括粗瞄准、精瞄准及预瞄准结构，以及复杂的控制系统结构，包括了激光通信终端的小型化和轻量化技术、高数据速率传输技术、星间链路的自动捕获和跟踪技术、以及多波长兼容技术。这些技术的发展需要深厚的研发能力和专业知识，对于新进入者来说，这些技术壁垒相对较高。该行业目前研发人员相对集中于体制内科研院所，整体研发人员市场供给有限。
产品壁垒：目前产品的演进方向是低成本、轻量化、高功率、高精度。当前科研院所与水上项目在星间激光通信处于遥遥领先的地位，并且在星空、空空、空地方面都有专利及技术积累。504所、西光所与上光通信等产品经历了多次运营商组织的联合测试与试验星发射项目，其产品完成了多项测试与参数调整，在适配性与性能指标方面占据领先地位。
准入壁垒：运营商采用招投标的方式采购通讯设备，经过多年合作与测试，目前各大星座与上游供应商（企业和科研院所）建立了紧密的合作联系，后续招标如无特殊情况，大概率会定向邀请各自合格供应商名录里的厂家竞标。虽然生产激光设备不需要牌照及资质，但产品导入与适配都需要供应商与客户常年累月的合作与经验积累，是否有在轨验证经验，星间通信时长及数量比产品的技术参数更重要，新玩家在用户口碑、产品调试经验等方面不占优势。
投资观点
卫星互联网是大国科技竞赛的主战场，卫星组网迫在眉睫，所以星间激光通信市场规模增长的确定性高。卫星激光通信终端具有高价值量，卫星载荷占据卫星BOM的50%以上，通信载荷为大网系组网必备，每颗星（前、后、左、右）4套激光终端且激光通信技术为星间链路必备，目前单星价值量600万元以上，保守测算2030年市场规模将达到120亿元。重点关注业内领先且能够构筑高技术壁垒，且逐步实现商业化的团队。
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