低轨卫星产业研究:技术革新与市场展望

低轨卫星通信已经成为 6G 网络不可或缺的组成部分。根据《6G 总体愿景与潜在关键技术白皮书》,3GPP 国际标准组织预计将在 2025 年后启动 6G 国际技术标准研制,并大约在 2030 年实现 6G 商用。传统的地基网络虽然覆盖范围广,但在极偏远地区、海洋、天空等地理位置存在盲区。低轨卫星能够提供全球无死角覆盖,其轨道高度通常在 500~2000 公里之间,传播时延短,终端能耗低,且具备轻型化优势,显著降低发射成本。此外,随着全球对频段和轨道资源的争夺加剧,低轨卫星的先发优势尤为重要。

中国的低轨卫星互联网星座规划包括 GW 星座、G60 星座和鸿鹄-3 星座,预计合计超过 3.6 万颗卫星。美国的“星链”计划已经进入大规模发射阶段,计划在 2024 年前完成首期约 6000 颗低轨卫星的部署。而我国预期将在 2027 年前发射约 3900 颗卫星,2030 年总数量有望突破 6000 颗。在产能布局上,北京、上海等地积极响应国家政策,推动卫星制造基地建设,提升卫星批产能力。

卫星制造高质量,高效率,低成本发展。卫星平台包含能源分系统、姿态轨道控制系统、推进系统等;卫星载荷则包括天线分系统和转发器分系统等。相控阵天线是低轨通信卫星的核心部件,具有快速波束切换和抗干扰能力强等优势。相控阵天线作为低轨卫星的关键设备,具有波束切换快、抗干扰能力强、输出功率大等优点,并通过控制辐射单元的馈电相位实现波束的快速扫描和多波束成形。此外,T/R 组件和姿轨控制系统在卫星制造成本中占比最大,是卫星制造中的关键环节。卫星制造正在朝着工业级元器件、标准化、模块化、规模化的量产模式发展,以提升生产效率并降低成本。

激光通信和平板卫星设计在低轨卫星应用可期。激光通信具有通信容量大、速率高、功耗低、抗干扰能力强等优势,是未来低轨卫星通信的重要方向。中国的激光通信技术已经实现了 10 Gbit/s 的星地通信速率,未来市场空间巨大。此外,平板卫星设计简约、发射便捷,逐渐成为卫星制造的新趋势,平板卫星在卫星互联网组网中展现出制造“更容易”、发射“更便利”、功能“更强大”的优势。传统卫星制造过程中需要人工装配,耗时久、周期长,难以形成批量化生产规模。相比之下,平板卫星的制造工艺更加简约,类似于平面电路板,适合集成化、批量化、自动化的总装生产线模式,大幅缩短了制造周期,提高了生产效率,并降低了成本。在发射时,平板卫星可以将太阳翼折叠,与卫星平台重合堆叠,大大减少占用空间,提高火箭空间利用率,降低发射成本。

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