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2019年中国商业航天发展研究报告    

商业航天丨研究报告

全文字数:6652  精读时间:17分钟


核心摘要:

人类对于太空的向往从未停步。商业航天是采用市场化机制以获取商业利润为首要目标而开展的航天活动。我国商业航天能够破土而出并且快速发展的原因在于:1)政策端的放宽给予了我国商业航天破土而出的机遇。2)我国工业级产品可以应用到航天领域,并且降低了商业航天的成本。3)资本和互联网企业的进场在资金和生产经营理念等方面对商业航天企业给予了帮助。

报告梳理了商业航天产业链上的各环节,包括卫星制造、卫星发射、卫星地面设备、卫星通信、卫星遥感等。通过从产业规模、产品现状、技术路线、商业模式、风险识别等多方面进行分析,客观全面地完成了对各环节当前现状的总结。

商业航天能够发展的一个驱动因素也是利用商业货架产品(COTS器件)加固和批量化生产带来的成本下降。本报告对人工智能、增材制造技术、SoC等新技术在商业航天领域的应用进行了汇总。

本报告分析了星际荣耀、星河动力、天仪研究院、佳格天地、北斗星通等在商业航天产业链各环节上较为典型的企业,以期为我国商业航天产业内的玩家以及想要进军商业航天领域的潜在玩家在商业模式优化、技术路径革新、客户识别选择等方面提供帮助。

中国的商业航天发展还有诸多问题,但前景仍然光明。报告对我国商业航天产业内各赛道的发展提出了可供参考的建议。以期我国商业航天产业的星星之火,可以成燎原之势。

本报告由艾瑞咨询研究院科技创新研究中心与钱学森空间技术实验室发展战略研究部合作撰写完成。感谢钱学森空间技术实验室发展战略研究部相关专家给予的多方面帮助。钱学森空间技术实验室是我国空间技术创新的试验“特区”,隶属于中国航天科技集团,依托中国空间技术研究院管理,致力于发展成为世界一流空间科学与空间技术实验室。钱学森实验室继承和发扬钱学森精神,坚持“任务为经、学科为纬”、“先问新不新、再问成不成”、“自主研究为主,组织研究为辅”的创新理念,确立了“创意中心、研究中心、孵化中心”的业务定位,建立了“战略研究、系统研究、应用基础研究”三位一体的创新业务发展体系,目前已建设成为中央军委科技委全国首家创新工作站、国防科技工业空间技术创新中心、集团公司航天系统发展研究中心三个开放、汇聚、协同的创新平台。

商业航天背景

商业航天概念界定

按市场规则运行的航天活动
不同国家/地区对商业航天概念定义略有不同,但总体来看,商业航天是指采用市场化机制以获取商业利润为首要目标而开展的航天活动。商业航天除了具有传统航天高风险、高投入、高技术的特点外,还具有经济性、市场驱动性及约束性的特点。

商业航天发展原因分析(1)
政策开放打开商业航天门槛
航天产业受政策因素影响极大,2014年以前商业航天在国内很难发展的主要原因是缺乏明显政策支持鼓励。2014年国务院出台了《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》首次提出鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设。鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务。引导民间资本参与卫星导航地面应用系统建设。自此,商业航天政策门槛逐渐被打破,商业航天全产业链逐渐发展。

商业航天发展原因分析(2)
商业航天制造设计理念变化带来全产业链的成本降低
由于商业航天经济性的特点,商业航天产业链各个环节的企业都在通过多种方式降低生产制造成本。一方面使得商业航天企业面向传统航天企业时取得竞争优势,另一方面降低终端用户采购航天产品/服务的成本,扩大了航天产品的客户群体,获得规模效应,进而加快航天产品/服务更新迭代速度。

商业航天发展原因分析(3)
外部力量支持:互联网巨头利用商业航天赋能主营业务
商业航天的发展离不开外部力量的支持:社会资本的进入以及互联网企业跨界。从2015年开始,国内的投资机构逐渐关注商业航天赛道,投资商业航天的机构数目从2015年的24家增至2018年的90家。社会资本的注入,为中国的商业航天发展提供资金支持。另外,互联网企业跨界,为商业航天带来全新的经营、管理、生产理念。下图介绍了亚马逊从事商业航天的业务逻辑以及如何与亚马逊主营业务协同。目前国内互联网巨头主要通过股权投资进入商业航天赛道,尚未真正从事商业航天业务。

商业航天的市场潜力
国际商业航天具有广泛的市场潜力
近十年来,全球卫星产业总收入呈现增长态势,在2018年达到历史最高(2774亿美元)。从具体来看,卫星制造收入近十年来略有波动,但复合增长率仍然达到4.2%。2010年的下降主要由于2009年发射多颗造价较高的科学和政府卫星,而2010年发射的卫星造价相对较低。2016年的下降主要由于卫星发射数量减少导致。发射服务收入从2009年的45亿美元增长至2018年的62亿美元,复合增长率3.5%。2017年商业发射次数与上一年持平,而发射服务收入同比下降16%,主要原因是卫星运营商倾向于采购低成本火箭。卫星服务业收入自2015年开始增长乏力,2017年收入达到历史最高值1287亿美元,此后经历十年来首次下降。卫星服务业增长乏力甚至下降,主要是由于卫星电视直播(占整个卫星服务业比例超过70%)受到地面网络电视冲击导致的增长停滞或下降。地面设备制造收入始终保持强势增长,十年间复合增长率高达10.8% ,在2018年收入达到1252亿美元,预计将在2019年收入超过卫星服务的收入。地面设备制造收入增长主要得益于卫星导航设备收入的增长(其中单机和车载设备在2012-2016年间每年增加310-320亿美元)。

商业航天发展现状梳理

商业航天产业链梳理

全产业链逐渐开放,产业上下游亟待快速发展
商业航天产业链较为复杂,总体分为四个环节:1. 电器元件材料厂商;2. 卫星研制商、发射服务提供商以及地面设备制造商;3. 卫星运营商与卫星应用服务提供商;4. 终端用户(政府、企事业单位、个人)。与国外相比,我国卫星产业在卫星研制和发射领域,企业实力突出、竞争力强;而在电子元器件、终端类产品、应用系统和运营服务等领域,目前我国企业规模较小,整体实力偏弱,尤其是芯片、板卡、天线、算法、软件、接收器和终端技术水平与国外顶尖水平差距明显。自2015年起,随着民营资本的进驻,大批民营初创航天企业成立。截至目前全产业链均有民营企业进驻。

卫星制造:产品现状
从大型卫星向小卫星星座转型
根据卫星重量,可以将卫星分为大卫星、中型卫星、微小卫星、纳卫星、皮卫星与微卫星。广义上讲小型卫星、微小卫星、纳卫星、皮卫星、飞卫星统称为小卫星。目前小卫星星座代替大卫星已成为航天领域的一大趋势,根据UCS数据,2012年到2017年间,全球小卫星发射数量增加16倍。小卫星发展迅速的原因在于:1. 微电子技术、轻型材料以及高功率太阳能电池等技术的发展,为微小卫星的研制提供基础;2. 立方星出现使得卫星制造向模块化和标准化的发展;3. 小卫星制造成本相对较低;4. 小卫星研制时间更短(研制时间可少于一年)。现阶段国内卫星制造民营头部企业的产品主要集中在纳卫星及微小卫星上。

卫星制造:市场规模
中国民营机构卫星制造收入在2018年迎来爆发式增长
2014年信威集团与清华大学联合研制灵巧通信试验卫星,自此民营企业(或合营企业)开始走上卫星研制的道路。合营企业通过股东技术入股的方式获得研制卫星的能力;民营企业通过吸收体制内人才,并与科研机构联合研制的方式获得研制卫星能力。经过多年的积累,2018年民营企业无论从制造的卫星数量还是获得收入都取得了爆发式增长。

卫星发射:产品现状
先固后液,固小液大的路线成为主流
目前较多民营火箭企业走“先固后液,固小液大”的路线,存在三方面考量:1. 市场需求,当前市场份额较大的商业卫星载荷大多集中在10kg-200kg和500kg-1.5t区间。前一区间重量更小、部署灵活,因此更适合于使用固体火箭发射;后一区间重量更大、研制周期更长,因此更适合于使用液体火箭发射;2. 研制难度,固体火箭研制相对容易,可用较少研制费用快速打入市场获得营收,直接研制液体火箭耗时太久(SpaceX从成立到猎鹰9号完成商业任务耗时11年),不利于抢占市场;3. 融资需求,发射小型固体火箭可以令企业迅速形成商业闭环,配合企业融资进度。直接研制中型液体火箭,期间没有产品,没有营收,不利于企业融资。

卫星发射:市场规模
运载火箭发射收入增长迅速

中国运载火箭发射收入与运载火箭发射数量直接相关。自2013年起,中国运载火箭发射收入增长迅速,复合增长率达到24%。中国运载火箭市场收入来源增长来源包括:1. 中国北斗导航系统逐步完善(2018年发射18颗北斗导航卫星);2.中国开始逐步承接国际商业发射订单(2018年发射国际载荷12枚,相较2017年增长200%);3.商业航天发展迅猛,民营企业发射卫星数量稳定增长。

卫星地面设备:市场规模
卫星地面设备制造商增加,产业规模扩大但增速趋缓

卫星地面设备是指卫星产业链条中地面端所需要应用的产品,卫星地面设备是卫星产业链实现商业落地的关键。卫星地面设备包括网络设备和消费终端。通过研究上市A股的卫星地面设备公司,发现多数卫星地面设备公司同时经营卫星网络端业务和消费终端业务。因此,卫星地面设备产业规模的核算难以将二者在产值规模上做明确区分。艾瑞预计,随着北斗导航卫星、高分专项遥感卫星等卫星星座建设阶段接近结束,卫星应用阶段将全面开启,卫星地面设备将迎来消费端设备的增长期。预计未来2年内,卫星地面设备分别以12.8%和12.2%的年增长速度增长。

卫星通信:产品现状
高轨大型通信卫星与低轨移动通信星座共存
卫星通信系统主要包括人造通信卫星(核心设施)、地面通信站以及对卫星进行跟踪、遥测及指令的地面测控和监测系统。传统通信卫星运营商诸如SES、Intelsat运营的大型通信卫星大多位于地球同步轨道,少量的卫星即可提供服务。由于频率、轨位的稀缺性以及大型通信卫星高昂的制造及发射价格,传统卫星通信厂商构筑了高昂的准入壁垒。近年来诸多新兴卫星通信运营商计划构建全球运行的低轨移动通信星座,试图越过频率和轨位的壁垒(传统通信卫星工作频段大多在C/Ku波段,低轨移动通信星座普遍工作在Ka频段);并通过批量化生产,分摊卫星研制及制造成本。未来5-10年内,卫星通信市场会出现高轨大型通信卫星与低轨移动通信星座共存的局面。在中国,首个自主研发卫星移动通信系统“天通一号”以及首颗高通量卫星实践13号相继投入使用。

卫星通信:市场规模
中国卫星通信市场即将进入快速增长
2018年中国卫星通信市场估算已达到21亿元人民币。2016年8月中国首颗移动通信卫星天通一号01星成功发射。2017年3月天通一号卫星移动通信系统投入使用,该年中国卫星通信市场规模相较往年取得了较快的增长。2018年1月,中国首颗高通量卫星投入使用,再次提高了中国卫星通信市场增速。2022年虹云星座、鸿雁星座、银河航天星座完成阶段性部署或完成整个星座建设,届时中国卫星通信市场将会迎来爆发增长。


卫星遥感:商业模式
具有自主运营的遥感卫星成为卫星遥感企业的护城河
卫星遥感企业的主要产出品是遥感卫星图像及以遥感图像为基础的图像分析服务。
目前来看,我国商业航天领域中的遥感卫星企业的商业模式主要分为两类。一类以珠海欧比特宇航科技股份有限公司,企业自身拥有自主运营的商业遥感卫星,可以自主获取卫星遥感图像,之后采取出售或自主利用的商业模式。另一类以北京极海纵横信息技术公司为例,企业并不具有自主运营的遥感卫星体系,但通过深化与遥感卫星图像的下游应用产业链的结合程度,利用行业专业知识、平台模式和数据分析模型来提供专业的遥感卫星图像数据分析服务。
艾瑞认为,卫星遥感企业应识别并判断自己是否具有可以自主运营遥感卫星星座的机会和能力,通过发射可以自主运营的遥感卫星和通过强化数据平台与行业专业知识的融合程度,均可以为企业构筑护城河。

卫星导航:现状分析
北斗导航系统第三阶段建设任务即将完成
全球卫星导航系统国际委员会(ICG)指出当前及未来核心的导航系统供应商是中国的北斗卫星导航系统(CNSS)、欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)及美国的全球定位系统(GPS)。美国的全球定位系统(GPS),作为世界范围内第一个卫星定位导航系统,起始于1958年美国的军方项目。
卫星导航由于其具有的定位、导航及精准授时等功能,使其在军用民用等多领域具备重要战略价值。我国出于对国家安全的重大考量和解决经济社会发展对卫星导航系统的需求出发,于1994年启动北斗一号系统工程建设。2016年由政府发布的《中国北斗卫星导航系统》白皮书中将北斗卫星导航系统的建设分为三个阶段,预计2020年前后,完成35颗卫星发射组网,实现为全球用户提供服务。截至目前,我国已经完成第三阶段的初步建设,2018年12月27日,北斗系统正式提供全球RNSS服务,北斗全球服务开启。随着2019年9月23日,第47、48颗北斗卫星升空入轨,北斗卫星导航系统全球组网完成即将完成。

卫星导航:产值规模
北斗卫星导航产值逐渐扩大
根据2019年中国卫星导航定位协会发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》,我国2018年卫星导航与位置服务产业总产值达到3016亿元,2014年至2018年期间,我国卫星导航与位置服务产业总产值的年复合增长率为17.56%,根据2013年国务院办公厅发布的《国家卫星导航产业中长期发展规划》,我国将卫星导航产业规模在2020年超过4000亿元设定为发展目标。为完成该目标,保守预计未来两年年复合增长率为15.16%。

太空旅游
太空旅游行业未来可期,但娱乐属性需要提高
太空是指地球大气层以外的宇宙空间,太空的范围目前还没有明确定义,根据空间论,以人造卫星离地面的最低高度(105~110公里)为外层空间的最低界限。去太空是人类的长期梦想,随着载人航天能力不断成熟、在太空环境下人类生存保障能力不断提高及新的消费需求不断出现等条件,太空旅游逐渐成为现实。2001年4月,美国的Dennis Tito付费2000万美金,通过搭乘联盟号飞船进入国际空间站(ISS),他成为实现私人付费进行太空旅游的第一人。自Dennis Tito之后,还有7位富商到访ISS。Charles Simonyi于2007年、2009年两次进入ISS。然而在现阶段,太空旅游由于其高昂的费用成本所形成的价格壁垒,限制了它在民众端的进一步推广。
目前在全球范围内,除了国家航天机构,已经有商业航天公司瞄准了这一赛道。商业太空旅游公司一般采用B2B2C或G2B2C的商业模式。太空旅游公司协调上游火箭发射公司舱位及国际空间站等资源和下游客户需求,并完成对客户的前期培训来实现盈利。其中,Virgin Galactic和Space Adventures两家公司均有太空旅游计划。
未来可重复使用火箭技术的成熟使得太空旅游成本降低、太空直播与VR虚拟技术的融合完成对消费市场的不断教育及具备航天能力的国家增多等有利条件,令太空旅游具备更为广阔的市场前景。然而由于现阶段在太空旅游前,航天机构需要对乘客进行大量培训,乘客还可能需要在空间站内协助宇航员完成日常空间工作,这降低了太空旅游本身应具备的娱乐属性。

商业航天发展趋势

卫星制造发展趋势

卫星制造未来将持续向降低全生命周期成本方向努力
由于低轨星座和大型高轨卫星均存在各自适合的应用场景以及诸多传统卫星运营商对低轨星座商业价值依然持怀疑态度,未来五年内低轨移动星座无法取代高轨大型卫星的地位。接下来将从平台和载荷两个方面分析卫星制造变化趋势。

卫星发射发展趋势
通信卫星未来将取代遥感卫星成为火箭发射新的增长点
2012-2018年间,受益于卫星小型化技术的快速发展以及相应商业模式的不断成熟,全球卫星发射数量总体呈上升趋势。2016年全球卫星发射总数明显下降主要原因是微小卫星发射数量的下降(2016年发射微小卫星数量65颗,相较2015年下降53.6%)。从具体类型来看,各类通信卫星与各类遥感卫星的发射数量占据绝对统治地位。值得注意的是,2013年技术试验卫星发射数量暴增,此后对地观测卫星的发射比例持续提高,这表明遥感卫星小型化技术在该年发展成熟并进行大规模试验。2018年遥感卫星发射比例下降、而技术试验卫星比例再次提高,这意味着未来随着众多公司低轨移动卫星通信技术趋于成熟,通信卫星将取代遥感卫星,成为支撑火箭发射新的增长点。(2019年5月SpaceX星链计划单次发射60颗通信卫星可以支撑这一观点)。

卫星应用发展趋势
从运营商向服务商过渡,提供增值服务成为卫星应用趋势
无论是通信卫星或是遥感卫星的运营商,都不甘于仅提供简单的通信容量或者是遥感数据。如何去挖掘应用场景,并针对该场景提供增值服务,进而增强企业竞争力,成为未来卫星运营商的工作重点。企业从单纯的卫星运营向“运营+服务”过渡,提供有针对性的增值服务,将成为未来三年内卫星应用不可逆转的趋势。

中国商业航天发展建议


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