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华为、苹果入局,全球星链竞赛开场

锦缎 2022-09-27 11:40 发文

本文系基于公开资料撰写,仅作为信息交流之用,不构成任何投资建议。

在今年(2022年)之前,卫星通讯还是个小众的领域。直到9月2日华为余承东透露华为Mate 50将推出“向上捅破天”的全新通信技术,一夜之间,卫星通讯成了舆论热议话题。

9月6日华为新品发布会上,捅破天的技术如期而至——北斗短报文功能,在无地面网络信号覆盖的特殊环境下,华为Mate 50可以通过畅连App将文字和位置信息发往外界,并支持多条位置生成轨迹地图。

就在前后脚的功夫,老对手苹果也在秋季发布会上推出支持卫星通信的iPhone 14全系产品。通过手机内定制组件和软件,iPhone 14可连接到卫星的独特频率,并将求救信息发送给指定救援机构。

时隔两年,两大行业顶尖高手再次过招,不过侧重点变成了卫星通讯功能。华为作为通信行业的资深玩家,支持卫星通讯功能可以说水到渠成。但对于苹果手机,信号差已是公开的秘密,你连地面信号都没有优化好,怎么也能跟着“捅破天”?

具体再来看华为、苹果的卫星通信:

服务范围方面,目前华为的卫星通讯功能仅限中国大陆地区,而苹果的服务计划是从美国和加拿大两个国家开始。

费用方面,华为每月免费30条,苹果直接表示未来两年内不会收费。

功能体验方面,华为主要支持纯文本、地理位置信息;苹果支持发送的信息更加丰富,包括医疗ID、紧急问卷信息、地理位置和电池电量等,这意味着苹果发送的卫星急救信息需要更多的带宽。另外苹果手机上的求助信息发出去之后,还能够收到紧急求援机构的回复。

从公开信息比较,苹果的卫星通信功能相比华为毫不逊色,甚至某些方面功能更强。正所谓术业有专攻,为什么深耕通讯行业三十多年的华为却被苹果这个门外汉追上了?

01苹果身后的星链生态圈

【1】什么是星链?

所谓星链是指用在地球轨道上布置一系列卫星来组成通信网络系统,将信号覆盖整个地球,每颗卫星相当于太空的大号基站。最为人所熟知的就是Space X的星链计划:发射1.2万颗通信卫星到地球轨道上,以实现能够覆盖全球的高速卫星通信网络。

话说回来,星链并不是一个新概念。最早可追溯到上世纪80年代摩托罗拉公司启动的“铱星计划”——11年时间,耗资50多亿美元,共发射66颗卫星。

不过由于时间跨度长,铱星系统建成之初也到了地面2G网络普及阶段,加上铱星手机售价高昂,销量惨淡,用户群的收入远不足以支撑铱星系统每年几亿美元的维护费。最终铱星系统投入商业化运营不到一年,就宣告失败——66颗卫星成了美丽的流星。

其实从技术角度讲,铱星计划最早采用星链的概念,率先打造出卫星通讯网络,在当时无疑是十分领先的。然而就是技术过于超前,实在无法商业化,最后成了令人惋惜的先烈。

【2】美国星链发展到什么程度了?

由于卫星通信投资大、技术壁垒高、开发周期长,在“铱星计划”之后的20年,一直没有面向普通消费者的卫星通信手机上市。不过人们从未停止对卫星通信网络的探索,最具代表性的就是马斯克在2002年成立的美国太空探索技术公司Space X。

2015年,马斯克再次提出了“星链”计划,让卫星互联网重新进入大众的视线。

2018年3月,Space X用猎鹰九号火箭成功发射2颗试验用小卫星并开展对地通信测试。

2019年5月23日,Space X用猎鹰9号运载火箭成功将星链首批60颗卫星送入轨道。

截至今年8月份,Space X已经发射了3208颗卫星,其在轨通讯卫星数量全球领先,马斯克的布局速度之快,实在令人乍舌。目前Space X在全球20多个国家拥有将近50万用户。如果一切顺利,Space X将在全球范围内提供更低成本的互联网连接服务。

图1:SpaceX星链发射计划,资料来源:偲睿咨询,首创证券

尽管马斯克的星链被定义成商业卫星网络,但其应用范围广泛,甚至适用于军事领域。比如今年的俄乌冲突,星链便展示了巨大的军事价值——在俄罗斯摧毁中断了乌克兰地面通信服务的情况下,马斯克很快为乌克兰部队提供了星链网络服务,帮助后者实现对外联系。这次“实战演练”不仅让马斯克名声大噪,也让世界各国认识到星链的战略意义。

对比当年的“铱星计划”,如今Space X的星链数据传输速率更快,覆盖范围更广,并且卫星的造价和发射成本也实现指数级下降。同时,SpaceX还在创造越来越多的纪录。在今年8月26日,马斯克在推特宣布,明年即将推出的第二代星链可以直连手机,即使所有的手机信号塔都瘫痪了,星链的通信服务也能正常进行。

图2:在移动应用程序上管理SpaceX的星链,资料来源:SpaceX官网

短短二十年时间,Space X从一家初创民营企业成为集卫星制造、火箭发射和回收、地面站建设、卫星运营和服务为一体的明星火箭公司,成为估值超千亿美元的独角兽。

其实说到底,Space X的成功与美国这片足够肥沃的航天土壤是分不开的。

首先,美国航天工业底蕴深厚,拥有上千家供应链配套企业以及数量可观的顶尖从业人员;第二,美国对卫星通讯网络的探索更早,并且较早开放了商业航天,允许民营企业涉足;最后海外拥有更加完善的资本市场,为Space X这种高风险、超长回报周期的高科技公司提供足够的“燃料”。

当然,美国除了马斯克的星链,还有全球星公司,即苹果14的卫星通讯服务商。不为大众熟知的是,全球星公司已经有超过30年历史了,早在1991年6月,美国Loral公司和高通合资成立了“全球星项目”,并在此基础上成立了全球星公司。在1998年2月,全球星就发射了第一颗卫星,并于2000年2月在48颗卫星和4颗备用卫星的基础上,开始全面提供商业服务。截止目前,全球星已经在10个国家取得了陆地许可证,覆盖大约7.5亿人口。

回到华为和苹果身上,这次高手对决并不是因为华为通信技术不如苹果,核心原因是双方背后的卫星通讯网络不同(国内北斗系统擅长的是精准的定位和导航等,对标国外的GPRS)。从另外一个角度讲,是苹果背后的更加成熟的星链生态圈帮扶着追上了华为。

02中国“星链”还处于爆发前夜?

【1】中国“星链”开启加速度

回顾我国50余年的航天发展史,从第一颗人造地球卫星“东方红一号”到长征系列火箭,到神舟载人系列火箭,再到天和核心舱,取得的成就可谓举世瞩目。但在商业航天和通信卫星方面,其发展速度和规模相对滞后。

虽然从时间维度看,国内开展低轨通信卫星在轨试验并不比Space X的星链计划落后——早在2014年,我国就发射了“灵巧”通信试验卫星。但是发展至今,仅有为数不多的通信试验卫星发射,整体还处于试验验证阶段。

直到2020年4月,国家首次将卫星互联网纳入“新基建”政策支持的重点方向。同年9月,中国向国际电信联盟(ITU)递交了频谱分配档案,计划建设两个名为GW-A59和GW-2的宽带星座,其卫星数量达到12992颗。

2021年4月,国资委宣布成立中国卫星网络集团有限公司,专门负责统筹空间互联网建设的规划与运营。与此同时,中国航天科技集团、中国航天科工集团等“国家队”推出的鸿雁星座、虹云工程、行云工程等卫星网络工程也在加快进度布局中。

图3:中国星网申报星座信息,资料来源:新浪科技(创事记),国际电联

另一方面,在民营商业航天领域,我国同样也在加速构建完善商业生态。自从《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》发布以来,蓝箭航天、零壹空间、星际荣耀、银河航天等民间商业航天企业纷纷加入布局通信卫星行业,助力中国航天事业。

2018年10月,蓝箭航天在酒泉卫星发射中心发射了全国首枚民营运载火箭。

2020年1月,我国首颗通信能力达10Gbps的低轨宽带通信卫星——银河航天首发星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。

2020年11月,星河动力自主研发的“谷神星一号(遥一)简阳号”商业固体运载火箭成功发射,顺利将北京国电高科科技有限公司天启11星精确送入预定轨道。

2022年5月,深蓝航天自主研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直起飞及降落(VTVL)飞行试验,成为全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司。

2022年5月,蓝箭航天完成80吨级液氧甲烷发动机整机试车,标志着中国民营企业首次掌握百吨级液体火箭发动机的全部关键技术。

到了今年7月6日,海南商业航天发射场项目开工仪式在海南省文昌市举行,这是我国首个商业航天发射场,未来将进一步提升我国民商火箭发射能力,有效助力国内构建火箭链、卫星链产业生态体系。

【2】降低发射成本成为重中之重

跟当年的载人航天一样,中国“星链”正在快速追赶,但同时也要冷静地分析中外的差距。其中卫星发射成本是绕不开的话题。

以往在航天工业,重心在不惜代价确保产出高品质和可靠性的火箭,不用太在意成本,达成目标是第一任务,这也导致火箭发射成本高昂。而马斯克的第一性原理是要尽量降低成本,作为私营创业公司,Space X要求火箭的研发和制造不断追求成本极限,寻找安全可靠与成本效率之间的最佳平衡点。

2018年2月,Space X重型猎鹰火箭成功发射并回收了两枚助推器,一度震惊全行业。到去年年底,Space X完成第100次回收火箭,成为标杆民营航天企业。伴随着猎鹰9火箭重复回收的成熟应用,世界各国纷纷掀起火箭回收技术的研发热潮。

除了火箭的回收再利用,Space X还有一个颠覆行业的优势,就是采用“一箭多星”发射方式。其实我国也采取这种方式,不过一般是一箭三星、一箭四星。而SpaceX直接做到了一箭60星,这得益于猎鹰火箭惊人的运载能力——64吨,相当于一次可以将满载的波音747推入太空。

最终,火箭回收+一箭60星让Space X的卫星发射成本大幅度降低。相比传统火箭动辄上千万美元的发射费用,Space X的星链计划的单次发射成本仅120万美元左右。目前猎鹰火箭的商业报价比我们长征三号火箭的报价还低一大截。(注:长征三号是我国对外最便宜的报价)

虽然中国的可回收火箭项目始于2011年,和Space X公司提出的可回收火箭研发计划几乎是同一时间。不过我们至今还没有性价比较高的可回收火箭。

图4:猎鹰9号火箭和60颗卫星,资料来源:百度

实际上,可回收火箭并非马斯克的独门绝技。马斯克既不是火箭回收概念的提出者,也不是最早进行可回收火箭发射试验的,但他却率先将这一理念投入商业化并且导入批量化应用,将火箭发射成本大幅拉低。除此之外,马斯克还在其他方面挖空心思省钱。

举例来说,Space X的猎鹰1号火箭采用一台梅林发动机,而猎鹰9号火箭采用9台梅林发动机“并联”,最新的猎鹰重型火箭则是将3个猎鹰火箭9号火箭“并联”在一起,也就是27个梅林发动机。简单来说,马斯克用一款发动机造出了猎鹰1号、猎鹰9号、猎鹰重型等一系列火箭,马斯克这种搭“乐高积木”的做法毫无疑问显著降低了火箭研发成本。

其实在特斯拉电动车上,我们同样可以看到上述降本理念的体现,比如使用宁德时代磷酸铁锂电池、采用硬件成本更低的纯视觉方案、研发4680电池和一体化压铸等。可以说,从车身到电池再到自动驾驶方案,马斯克都在试图把成本控制到极致。(特斯拉的内饰一直被诟病,与其说是简约设计,不如说是为了省钱。)

整体而言,民营企业在美国的航天活动中一直承担重要的责任,尤其是马斯克的Space X,很大程度上促进了航天商业化和供应链生态圈的发展。相较之下,我国的商业卫星开放时间相对较晚,卫星发射和研发长期由国家队主导,民营航天企业还处在初级成长阶段。

中国航天领域需要出现更多的供给和创新。不止是将火箭送上天再收回来,还要形成一套新的极为高效的研制模式、低成本的制造模式和成熟产业生态圈。未来我国也有望开启国家队带领,民营航空企业深度参与的新模式。

同时,随着航天产业链上的市场化突破,接下来也会吸引更多新的创业者和优秀资本进入,提升航天产业的活力和效率。

03全球星链竞赛开场

【1】先到先得——星链布局已到紧要关口

虽然地球之外的空间浩渺,但是低轨通信卫星的理想高度是离地面550公里左右,太低或者太高都不适合。也就是说,在这个理想高度上能够容纳的通信卫星数量是有限的,业内专家推测大约可容纳6万多颗卫星,那么该怎么分配太空资源呢?

目前,国际电信联盟等机构基本上实行的是“先到先得”原则——谁先把这个地方占上了,这儿就归谁。而Space X一家就规划近70%的发射量,如果星链计划的4.2万颗卫星都上天,那其他后来者的卫星根本找不到落脚的位置了。夸张点说,星链计划是“走自己的路,让别人无路可走”。

当前中国在5G领域已取得全球领先水平,正在开启6G的探索。过去从1G到2G网络,其实都是基于地面基站通信的网络,而6G很有可能需要天地一体化的布局。假设6G需要融合卫星通讯,届时低轨道的通讯卫星将成为部署6G的关键,这意味着任何一颗通信卫星都将深刻影响中国6G网络的进程。

显而易见,低轨卫星通信网络已成商业航天技术、军事战略博弈和大国较量的必争之地。甚至可以说,未来谁控制了地球轨道,谁就拥有真正的主导权。正如当年的大航海时代,最终控制了海洋就成为最大的赢家。

【2】各国开启星链竞赛

总的来说,中国“星链”建设刚刚启动,还处于初级阶段。而在今年2月份,欧盟宣布投入60亿欧元来打造自己的卫星互联网,其余像俄罗斯、韩国、加拿大、印度、德国等国家也在紧锣密鼓地布局本国“星链”,星链竞赛开始进入白热化阶段。

更严峻的是,根据国际电联规定,在申请卫星轨道和频率后,必须在限定7年内发射卫星,否则超过有效期,申请的轨道就会作废。所以接下来的数年时间,中国的卫星制造和发射需要提速,势必迎来一波高峰期。

另外,考虑到低轨卫星寿命为5到7年,按照中国星链约1.3万颗计算,最长7年就要换一遍,相当于每年约更换2千颗卫星。如何打造一条完整的从卫星制造到卫星发射的产业链已是当务之急。

图5:各国星链规划,资料来源:浙商证券

【3】打造中国星链产业链

按照中国“星链”的规划,接下来几年时间中国将要发射近1.3万颗通信卫星,按照1000万元的单价估算,这就是一个全新的千亿级市场。而且部署完成之后,每年也有近200亿的更换需求。

当然卫星通讯是一个复杂的系统工程,对技术、可靠性、研发资金等要求都很高。其产业链主要可分为三大环节:上游的卫星制造、卫星发射、地面设备;中游的卫星运营及服务;下游的大众消费通信服务、卫星固定通信服务和卫星移动通信服务等。

在卫星的制造生产领域,主要由中国航天、中国卫星、中国空间、上海航天等少数企业主导。

在卫星制造元器件领域,值得关注的是相控阵天线,这是低轨通信卫星的核心系统,其中相控阵T/R组件成本占比超过了一半,主要有铖昌科技、国博电子等企业。另外值得关注的SoC/FPGA等数据处理芯片主要由复旦微电、欧比特和部分科研院所提供。

在卫星发射领域,过去主要由国家队主导,现在民营企业也开始大步入局,也出现一些被称为“中国版Space X”的民营火箭公司。比如前文提及的星河动力、蓝箭航天、零壹空间、星际荣耀等,九天微星等。虽然他们大多还未上市,但已经具备不错市场竞争力,值得我们长期跟踪关注。

在通信卫星地面设备领域,主要集中在天线、移动终端、地面接收站等产品研制和系统软件集成等领域,典型企业包括华讯方舟、海格通信、中国卫星等。

随着低轨通信卫星进入高频次批量发射阶段,各环节需求将迎来预期增长,将带动产业链相关公司将明显获益。

图6:中国通信卫星行业产业链,资料来源:浙商证券

整体而言,中国有着相对悠久的火箭和卫星研发历史,是全球为数不多的拥有航天工业禀赋的国家。虽然我们和美国还有一定差距,但是随着国家队和民营企业的不断协同创新,中国通讯卫星行业将很快进入一个空前繁荣的新阶段。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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