空天信息产业：低轨卫星通信网络呼之欲出.pdf

DONGXING SECURITIES 行业研究 东兴证券股份有限公司证券研究报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 2020年03月29日 看好/维持 国防军工 行业报告 分析师 陆洲 电话：010-66554142 邮箱：luzhoudxzq 执业证书编号：S1480517080001 研究助理 朱雨时 电话：010-66555574 邮箱：Zhuyshdxzq 投资摘要： 当前全球处于由低轨卫星通信网络建设所牵引的空天信息产业发展浪潮之中。空天信息产业的主要基础设施是卫星，低轨卫星通信网络的建设顺应时代发展的要求，一方面通信、导航和遥感三大卫星系统独立运作的模式已逐渐不再适应当前高效利用空间资源的宗旨与需求，“通导遥”一体空天信息网络市场需求日益迫切；另一方面，随着国民经济飞速发展和各类新兴技术的普及，我国对空天信息也有了更高层次的需求。 低轨卫星通信网络恰逢其时。首先低轨卫星通信所需的技术支持已逐步完善，科技的发展，使得掉线率、通信网速等困扰早期铱星系统的技术问题被有效解决，为低轨卫星通信的普及应用扫清了障碍；其次卫星制造成本和火箭发射成本在逐步降低，随着同一型号的卫星制造数量上升，单个卫星的研发成本会得到有效平摊而大幅降低，以Space X为代表的可重复使用运载火箭技术也突飞猛进，从Starlink的几批已成功入轨的卫星看，该系统卫星的制造和发射成本已大幅降低，未来还有继续降低的空间。成本的降低意味着同样的投资可支持更多数量的卫星，对地面的覆盖也更加完备，最终导致的结果就是低轨卫星通信系统的性价比要高于地面通信系统（4G、5G），因此可有效对地面通信系统不易覆盖或无法覆盖的地区进行补足，以较低成本实现全球互联网接入率的提升。 国外低轨卫星通信网络建设先行一步，我国奋起直追。国外低轨卫星通信网络建设早于我国，目前 Sapce X和Oneweb 分别已完成了 360 颗和 34 颗应用星的发射。由于空间轨位和频段资源的有限性，以及低轨卫星通信网络的巨大发展前景和价值，我国以航天科技和航天科工为代表的鸿雁星座和虹云工程两大低轨卫星星座也于2018年开始进行发射验证阶段。 合作为主，局部竞争是我国在低轨卫星通信网络建设的主旋律。目前我国航天产业格局形成了以军工集团为主、民营企业积极参与的格局。低轨通信卫星网络项目与以往的航天项目有所不同：对于卫星的数量要求有爆炸式的增长；但国际电联又对卫星组网时间有严格限制。考虑到我国卫星产能的情况，合作是能够保证在有限时间内发射数量巨大的卫星并进行组网的主要途径。 投资策略：低轨通信卫星成为继北斗和高分系列后我国卫星发展重点。从产业链角度，1）推荐A股稀缺的空天信息化核心半导体部件标的：康拓红外，鸿远电子，天奥电子、华力创通和亚光科技；2）小卫星总装龙头，推荐中国卫星。 风险提示：行业政策出现重大变化、低轨通信卫星建设进度不及预期。 行业重点公司盈利预测与评级 简称 EPS(元) PE PB 评级 2018A 2019E 2020E 2021E 2018A 2019E 2020E 2021E 康拓红外 0.15 0.26 0.33 0.48 87.95 63.93 42.21 29.38 4.29 强烈推荐 鸿远电子 1.76 1.88 2.26 3.16 31.96 29.92 24.92 17.79 3.81 强烈推荐 天奥电子 1.09 0.69 0.84 1.05 32.53 51.65 42.46 33.87 3.77 强烈推荐 华力创通 0.20 -0.23 0.24 0.36 61.52 -52.28 50.91 34.09 3.95 强烈推荐 中国卫星 0.35 0.40 0.46 0.56 75.54 75.11 65.63 53.92 6.32 未覆盖 亚光科技 0.16 0.25 0.34 0.43 84.11 52.92 38.75 31.03 2.24 未覆盖 资料来源：公司财报、东兴证券研究所 P2 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 DON GX IN G SECURIT IES目 录 1. 我国空天信息产业迎来蓬勃发展时期 . 4 2. 低轨通信卫星网络建设恰逢其时 . 5 2.1 困扰早期低轨卫星系统的技术壁垒逐渐消除 . 6 2.2 成本降低打破空天信息产业发展瓶颈 . 6 2.2.1 可回收火箭拉低航天发射成本 . 6 2.2.2 小卫星制造成本呈现螺旋下降趋势 . 7 2.2.3 空天端通信系统建设性价比提升 . 7 2.3 空天互联网可提高全球互联网覆盖率 . 8 2.4 卫星制造和发射产业将迎来蓬勃发展 . 9 3. 国际巨头先行布局低轨卫星星座系统 . 9 3.1.1 OneWeb（一网计划） .10 3.1.2 Space X星链（Starlink）计划.10 3.1.3 LeoSat .12 4. 我国加快推动低轨卫星建设项目 .12 4.1 鸿雁星座 .12 4.2 虹云工程 .13 5. 国内空天信息产业链日益成熟 .13 5.1 我国空天信息产业链布局清晰，格局已初步形成 .13 5.2 我国空天信息产业形成以国家队为主体、民营企业积极参与的格局 .15 5.3 我国低轨通信卫星建设：多方力量合作为主，局部少量竞争 .17 6. 推荐标的.17 6.1 康拓红外 .18 6.2 鸿远电子 .18 6.3 华力创通 .19 6.4 中国卫星 .19 6.5 亚光科技 .19 7. 风险提示.20 相关报告汇总 .21 插图目录 图 1： 天地一体化信息网络的应用体系结构 . 4 图 2： Falcon 9 单次发射费用变化 . 7 图 3： 全球互联网渗透率. 8 图 4： 2019-2028年航天产业发展情况 . 9 图 5： Starlink 建设进度和计划 . 11 图 6： Starlink 第二阶段完成后形成的由 4425颗低轨卫星组成的星座. 11 图 7： 鸿雁星座任务规划.13 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 P3 DON GX IN G SECURIT IES图 8： 虹云工程任务规划.13 图 9： 我国空天信息产业链.14 表格目录 表 1： 我国近年来空天信息产业主要政策梳理 . 4 表 2： 我国近年来空天信息产业主要政策梳理 . 6 表 3： 不同卫星制造成本. 7 表 4： 4G与 Space X 低轨小卫星性能指标对比. 8 表 5： 三大通信卫星星座参数.10 表 6： 空天产业链梳理.16 P4 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 DON GX IN G SECURIT IES空天信息产业是指运用空间基础设施和技术手段，收集、存储、处理和分析来自空天领域的信息并提供多样化服务的新兴产业，主要由卫星制造、天基运营、地面平台和下游终端应用等环节组成。空天信息产业的主要基础设施是卫星。随着卫星制造技术、火箭发射、卫星通信、卫星终端制造等技术的快速进步，低轨道、高带宽卫星星座的建设已经成为可能。另外，随着人类活动边界以及联网场景的持续扩张，具备全天候高速大通量联网能力的卫星移动通信将补齐传统通信的最后一环，并将开启千亿市场空间。近期，美国Space X公司的“星链（Star Link）”项目在世界范围内掀起了低轨通信卫星网络的建设浪潮。建设一个具有中国特色、由政府组织协调、企业分工合作的大型卫星互联网系统切实可行，符合中国的核心利益，具备重要的战略价值。 1. 我国空天信息产业迎来蓬勃发展时期 空天信息产业具有军民共用的特点，广泛服务于国家安全、经济建设和大众民生的诸多领域，拥有巨大的军事价值和经济价值。在军事上，空天信息系统可以发挥重要作用；面向政府和公众，空天信息系统可提供应急救灾保障、信息普惠服务、移动通信服务、航空网络服务、海洋信息服务、天基中继服务等服务。 图1：天地一体化信息网络的应用体系结构 资料来源：闵士权，我国天地一体化综合信息网络构想，卫星应用J，东兴证券研究所 空天信息产业发展政策环境逐渐向好。从政策上看，我国鼓励空天信息产业发展主要有三大变化：一是从规划卫星制造到规划建设整体的空间基础设施；二是从仅支持国家队参与建设，到鼓励民营资本参与商业航天发展；三是为产业发展提供制度法规保障。航天法已经列入全国人大立法计划，预计在未来3-5 年出台。可以说，国家在顶层设计方面已为空天信息产业蓬勃发展奠定了良好的基础。 表1：我国近年来空天信息产业主要政策梳理 时间 文件 主要内容 2014年11 月 关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见 明确提出“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，引导民间资本参与卫星导航地面应用系统建设”。 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 P5 DON GX IN G SECURIT IES2015年5 月 2015年国防科工局军民融合专项行动计划 提出：“研究高分卫星应用产业发展指导意见，设高分专项成果转化平台，以遥感卫星为突破口，促进卫星资源和卫星数据共享。” 2015年10月 国家民用空间基础设施中长期发展规（20152025） 指出：中国卫星产业将步入黄金十年，卫星通信、卫星导航和卫星遥感迎来商业化机遇。大力鼓励民间空间基础设施建设 2016年7 月 关于经济建设和国防建设融合发展的意见 提出：“统筹空间基础设施建设，加大国家空间基础设施建设统筹力度。统筹信息基础设施建设，加强军地信息基础设施建设的顶层设计和统筹协调，优化总体布局。 2019年6 月 关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知 依据中国现行航天活动配套相关法律法规，引导商业航天规范有序发展，促进商业运载火箭技术创新。 资料来源：网络公开资料整理、东兴证券研究所 我国地面和空间信息网络建设发展迅速。截至 2018 年12 月底，中国网民规模达 8.29 亿人，互联网普及率达到 59.6%，已经基本建成了覆盖全国的地面网络；航天技术发展也取得了巨大成就，以北斗卫星导航系统和高分辨率对地观测系统为代表的国家空间信息基础设施取得长足进步。我国在轨卫星数量已超过200余颗，初步建成了通信中继、导航定位、对地观测等卫星系统，通导遥融合发展态势基本形成；空天信息的全面性、灵活性、时效性和准确性大幅提升，定时、定位和遥感观测的综合应用服务日益丰富。 “通导遥”一体空天信息网络市场需求日益迫切。卫星是空间基础设施。卫星通信主要指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。卫星导航主要指采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位。卫星遥感主要指从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，多角度、全方位和全天候对地观测。 随着国民经济飞速发展和各类新兴技术的普及，我国对空天信息也有了更高层次的需求。覆盖面上，我国对导航、遥感等天基信息的需求覆盖范围已从国内拓展到全球；在速度上，对空间信息的获取传输处理的响应速度趋向实时化，对海量天基信息的传输处理分发的时效性提出了新的要求。要实现天基信息全天时、全天候、全地域服务于每个人的目标，根本上解决现有天基信息系统覆盖能力有限、响应速度慢、体系协同能力弱的问题，亟需构建更为强大的卫星通信、导航、遥感一体天基信息实时服务系统。 2. 低轨通信卫星网络建设恰逢其时 低轨卫星覆盖范围广，传输延时低，具备GEO 通信卫星和地面通信无可比拟的优点。随着近20 年来通信技术、微电子技术的飞速发展，通信系统信号处理能力、通信带宽不断提升，困扰 LEO 小卫星通信系统的掉线率高等技术问题得以解决，卫星的体积、质量、成本逐年下降，可靠性、集成度逐年提升。加之近年来，越来越多的企业（包括民营企业）涌入中小型运载火箭行业，使得火箭发射供给快速提升，成本大幅下降。在此背景下，低轨道小卫星星座的大规模部署初步具备先决条件。 P6 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 DON GX IN G SECURIT IES据中商产业研究院统计，截至 2019 年 12 月底，全球在轨卫星数量为 2218 颗。在未来的 10 年内，预计数量将扩大 10 倍，增量部分主要来自于低轨通信卫星。低轨通信卫星有许多特有优势：它比基站覆盖面积更广，且没有地理因素的限制；与同步轨道卫星等中高轨道卫星相比，低轨通信小卫星延迟较短，且成本较低，发射难度小。虽然目前低轨通信卫星仍存在需要卫星数量多、维护困难等问题，但随着技术手段的进步，以及 Space X公司为代表的航天公司研制出可重复使用运载火箭，低轨卫星的发射和管理成本将大大降低。 表2：我国近年来空天信息产业主要政策梳理 类型 轨道高度 卫星质量 通信延迟 缺点 同步轨道卫星(GEO) 35786km 可覆盖全球 1000kg 250ms 1.体积重量大，需要变道，发射困难；2.不能覆盖极地地区；3.距离地球遥远，通信延迟长，波束覆盖区大，频谱利用率低；4.容量有限，终端发射功率大，不易小型化等 低轨通信卫星（LEO） 500-1500km 可覆盖全球 1000kg（OneWeb 系列卫星150kg，Starlink 系列卫星260kg） 30-50ms 需要卫星数量较多，由此带来地面控制、维护系统比较复杂 地面通信系统 基站覆盖范围 4G：1-3km 5G：100-300m 无线蜂窝通信1050ms 光纤1020ms 1.基站建设及运营成本高 2.易受地形，环境影响 资料来源：网络公开资料整理、东兴证券研究所 2.1 困扰早期低轨卫星系统的技术壁垒逐渐消除 人类利用低轨通信卫星实现全球通信的工程并非首次提出，早在20多年前就已经建立过低轨卫星通信网络。其中最著名的应属摩托罗拉公司的“铱星”。“铱星”星座系统是美国摩托罗拉公司于 1987 年提出的一种利用低轨道星座实现全球个人卫星移动通信的系统，它与现有的通信网相结合，可以实现全球数字化个人通信。但由于种种困难，最终铱星公司破产，全球低轨通信卫星的发展停滞了10 多年之久。 随着近二十年来通信技术、微电子技术的飞速发展，通信系统信号处理能力、通信带宽不断提升，从目前仍在运行的铱星二代、全球星等低轨卫星通信系统使用情况来看，困扰早期铱星系统的掉线率高等技术问题已经得到有效解决，为低轨卫星通信的普及应用扫清了障碍。 2.2 成本降低打破空天信息产业发展瓶颈 在卫星制造成本和发射成本高居不下的时代，低轨道卫星星座不具备经济可行性。然而，随着技术的进步，卫星的体积、质量、成本逐年下降，可靠性、集成度逐年提升。近年来，越来越多的企业（包括民营企业）涌入中小型运载火箭行业，使得火箭发射供给快速提升，成本大幅下降。在此环境下，低轨道小卫星星座的大规模部署初步具备先决条件。 2.2.1 可回收火箭拉低航天发射成本 美国航天探索公司 Space X，目前已经成功开发出可重复使用的猎鹰 1 号、猎鹰 9 号、重型猎鹰等可重复使用的运载火箭和拥有载人能力的龙飞船。公司可回收火箭近期发射屡获成功；2020 年 1 月 30 日，SpaceX东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 P7 DON GX IN G SECURIT IES公司用“三手火箭”将第四批共 60 颗星链卫星送入轨道，随着公司技术的不断发展，猎鹰9 号火箭单次发射成本大大降低，使更多低轨小卫星被送入太空成为可能。猎鹰9 号火箭的单次发射成本预计稳定在 3000 万美元左右；按照每次发射 60 颗近地小卫星计算，单颗星链卫星的发射成本将降低到每颗50 万美元左右，成本大大降低。 图2：Falcon 9 单次发射费用变化 资料来源：“小火箭”公众号，东兴证券研究所 2.2.2 小卫星制造成本呈现螺旋下降趋势 同步轨道卫星寿命一般在10-15年，而低轨小卫星寿命在5-8年，较短的寿命决定了小卫星较高的更换频率。随着卫星发射技术的进步，使以 Space X为代表的商用卫星发射公司成为可能，而越来越多的企业进入航天领域，又进一步促进了卫星和发射技术的升级，从而形成了一种“技术进步降低成本更多力量参与研发生产技术进步进一步降低成本”的正向循环。 表3：不同卫星制造成本 卫星类型 立方体卫星 小卫星 1U 3U 6U 12U 50kg 180kg 300kg 最大长度/cm 10 34 36 36.6 80 100 125 最大宽度/cm 10 10 10 22.6 40 60 80 最大高度/cm 10 10 22.6 22.6 40 60 80 质量/kg 1 5 10 20 50 180 300 LEO价格/万美元 12.5 32.5 59.5 99.5 175 495 695 GTO价格/万美元 25 65 99.5 195 325 795 996 GSO价格/万美元 49 99.5 199 325 950 1590 1990 资料来源：美国典型小卫星项目创新管理模式分析；东兴证券研究所 2.2.3 空天端通信系统建设性价比提升 根据 Wind 数据，2019 年中国 4G 用户规模为 12.1 亿户，目前中国境内 4G 平均网速是3.61M/s；截至 2019年 5 月，全国共建成 437 万个 4G 基站，每个基站可供最多500 终端接入；中国三大运营商在 4G 网络上的建设至少在 8000 亿规模。随着 5G 的应用，每个 5G 基站建设费用约是48 万元；而由于5G 基站覆盖范围仅为 100-300 米，远远小于 4G基站的 1-3km范围，建设成本会比 4G 更高。 P8 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 DON GX IN G SECURIT IES根据美国典型小卫星项目创新管理模式分析，每颗 180kg 的LEO 小卫星发射价格约495 万美元，300kg小卫星价格约 695 万美元。以星链计划为例，Space X计划发射的 12000颗 260kg 近地小卫星总共发射成本约 873.5 亿美元，约合人民币6060 亿元，小卫星寿命一般为 5-8 年。据 Space X执行总裁马斯克透露，每 60 颗星链卫星可同时支持 40000 用户终端（每颗卫星支持 600 终端接入）以最低 25M/s 的速度使用。从我国 4G 基站与 Space X低轨小卫星几个指标对比可以看出小卫星建设性价比提高： 表4：4G与 Space X 低轨小卫星性能指标对比 名称/指标 数量 每基站/卫星可接入终端数 建设总投入 网速 延迟 覆盖范围 中国4G基站 437万（2019.05） 500人 8000亿元 中国国内平均3.61M/s 20-40ms 中国12.1 亿4G用户（2019.05） Space X低轨卫星 12000颗 600人 6060亿 25M/s 30-50ms 全球 资料来源：张召才，美国典型小卫星项目创新管理模式分析，太空国际J.2016 2.3 空天互联网可提高全球互联网覆盖率 根据全球互联网统计信息（Internet World States）最新统计数据显示，2019 年全球互联网渗透率为 58.8%，全球仍有约 31.8 亿人口没有被互联网普及。全球超过80%的陆地及 95%以上的海洋,包括 5G 在内的移动通讯网络都无法覆盖。 图3：全球互联网渗透率 资料来源：全球互联网统计信息网站（internetworldstats/stats.htm），东兴证券研究所 移动通讯基站建设性价比较低是限制互联网覆盖面的重要因素。以美国为例，人口密度低，基站间平均距离远，铺设光纤投入产出比低，限制了地面通信的覆盖。在中国，国家巨额资金的投入将通信网络向农村等边缘地区延伸才使得全国 4G 覆盖率达到 99.7%。但即便如此，中国在海洋、沙漠、雪原、民航等领域仍处于互联网的空窗期。 东兴证券深度报告 国防军工行业：空天信息产业低轨卫星通信网络呼之欲出 P9 DON GX IN G SECUR