卫星互联网基础设施演进加速 拥抱空天一体大时代

2023年11月下旬，Space X公司旗下星舰在年内二次尝试发射升空，不同于此前尝试，该次起飞后33台发动机已经可以实现正常工作，但最终二级火箭因速度不够导致未能切入轨道。

仅从结果看，此次尝试再告失败。不过作为创始人，马斯克对年内两次发射都表达了赞许。

运载火箭的发展进程之所以重要，除了深空探索的愿景之外，眼下其也是卫星互联网产业发展中不可或缺的一环。要迈向“空天一体化”的未来，卫星持续上天组成星座是其中核心，而通过推进低成本、可回收的运载火箭发展，将有望加速驱动卫星升空过程的持续降本增效。

除了Space X另类路径的探索备受关注，国内众多火箭公司在2023年也取得了较大进展，且呈现国有与民营公司多点开花局面。应用层面以华为为代表的终端公司驱动手机卫星通信功能落地，则在驱动着卫星互联网产业链商业化的闭环。

图片来源：视觉中国

基础设施发展大年

虽然猎鹰9号年内的探索均以失败告终，但更重要是其为后续发展积累了大量数据，对行业而言，其设计理念和后续发展方向都对全球商业航天带来积极驱动。

Gartner高级研究总监龚慧巍对21世纪经济报道记者分析，“回过头看，猎鹰9号第一次发射时，33个猛禽发动机中出现一定状况，转接控制力的时候没有完全成功；但第二次发射时发动机都没有熄灭，考虑到其载重量远超其他国家的火箭，因此业内包括马斯克本人都认为，今年内的第二次发射是取得了巨大成功。”他进一步指出，有数据统计显示，Space X的火箭运载能力是全球所有国家的88%，这都有赖于星舰对火箭的重新设计、重新定义，可以快速根据此前不足调校设计。

除了海外头部公司，国内众多民营火箭类公司在2023年也取得了较大进展。自2020年国家发改委首次将卫星互联网纳入“新基建”范畴后，该领域就开启了快速建设。一种观点认为，2023年是卫星互联网发展大年。

其中卫星制造和卫星发射是该产业链的两大关键环节，对驱动卫星设计创新和实现更优有效载荷比，支持卫星发射的火箭技术走向更低成本、可回收来说都是关键。我国相关基础设施软硬件、运营和应用落地等都在积极探索。

例如，年内，卫星方面有银河航天首次完成我国在轨多星堆叠发射技术验证，为我国巨型低轨通信星座提供技术支撑。火箭领域有蓝箭航天自主研制的朱雀二号遥二运载火箭成功完成发射任务，这是我国民营商业航天首款正式进入量产和商用的液体火箭，也是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，意味着我国首款大推力液氧甲烷发动机通过飞行验证。

华泰证券研究认为，我国2015年开放民营商业航天市场，直至2022年仅少数固体火箭成功入轨。2023年，多家商业火箭在运力和液体发动机上取得突破，火箭作为产业核心瓶颈环节已有显著改善。

强调液体发动机火箭突破的重要性，是在于这是目前能够实现火箭可回收的重要路线，可回收利用对降低成本尤为重要。

龚慧巍表示，固体燃料运载火箭相对简单灵活，国内较早期的火箭都采用固体燃料；目前阶段的长征系列火箭则是采用液体燃料，不同于固体燃料火箭无法回收的难题，液体燃料的可回收将大大降低火箭运营成本，两类燃料的举重高度、控制能力也有差异。

对于不同液体发动机路线，头豹研究院工业行业分析师赵启锐对21世纪经济报道记者分析，由于液氧煤油在燃烧后会产生结焦和积碳问题，实际可重复使用次数有限，而液氧甲烷在这方面有更大优势。因此在相同运载能力下实现可回收发射，甲烷的成本优势更明显。

“从长期发展角度，液氧甲烷特别适用于未来深空探索、载人登月和火星移民。在星际探索中，甲烷可以通过二氧化碳裂解制备；但制备液氧煤油的难度更大，需要在发射前装备返回所需的燃料，降低了效率。”他总结道。

驱动商业化落地

能够让基础设施快速发展的一大动力来自于商业化进程支撑。

国内市场，随着华为为代表的手机终端公司在持续迭代手机卫星通信能力升级，国内其他头部手机厂商也表态正筹备有相关能力的旗舰手机，这成为完善卫星互联网产业链商业闭环的其中一步。

只是目前阶段国内商用手机具备的卫星通信功能主要连接高轨卫星，其传输能力相对有限，包括星链和众多国内后发的卫星公司都在快速推进低轨卫星的发射与组网工作。

“综合来看，目前国内在相关领域已进入快速发展阶段。”赵启锐向记者表示，现阶段，通信、导航及遥感卫星的商业化应用刺激了各行业对卫星星座的发射需求，以“星网工程”为代表的低轨卫星互联网成为当前及未来航天发射市场的主要需求。

但要走向空天一体的卫星互联网未来，仍需要持续面对完善星座部署、降低卫星发射成本等难题。只有真正实现大规模建设、降本增效之后，商业化才能更好实现。

东方证券指出，在卫星发射方面，目前我国火箭发射报价距离SpaceX猎鹰9仍有差距，发射能力尚不能满足大规模低轨星座快速部署需求。

这就指向目前产业链发展过程中的难点：降低成本、提升运载火箭运力。简单来说，倘若火箭具备较高运力，就能一次带动更多颗卫星升空并入轨，可以大幅缩短卫星部署的成本和时间。

“根据火箭运力的统计数据估算，2021与2022年中国用于卫星发射的火箭总运力分别约为140.4t/700km和120.8t/700km，与实际年平均需求存在较大差距。卫星发射需求不断增加的刺激和现有火箭运力不足的情况下，加速推动具有大推力的液体火箭势在必行。”赵启锐分析道。

“有统计数据显示，我国在商业航空航天领域全球综合排名前三，与能力领先的Space X之间主要差距在于运载火箭的载重量，当然与美国其他主要火箭相关机构的差距并不算大。”龚慧巍对记者表示，“个人觉得中国商业航天业从2015年发展到现在，无论是国有还是民营机构都出现了不少闪光点，聚焦到火箭领域，主要差距就在于火箭设计的差异造成载重量不同。但是在需求支撑下，会构成我国发展航空航天业的星星之火。”

拥抱空天一体

在推进卫星互联网的发展路途中，卫星本身的创新同样重要，这对最终用户能够触达的功能起到决定作用。目前创新聚焦在对卫星的批量制造能力、从新材料和天线能力等角度优化卫星设计、降低卫星重量并提高有效载荷等角度。

龚慧巍对记者分析，发展低轨卫星，最重要是对产业链的要求。国内已经实现从0到1的突破，接下来从1到100的发展会相对容易。今年以来，有长光卫星发射的在轨卫星数量超过百颗，还有包括吉利、银河航天等一系列民营企业在积极推进卫星发射上天，这意味着国内的卫星产业商业化在持续快速演进。

民生证券分析指出，国内许多商业航天企业已成功研发批量化生产技术：银河航天实现国内首次批量研制低轨宽带通信卫星，其单星研制成本对比银河航天首发星已下降一半以上；长光卫星在实施批量化生产后，6颗星并行测试只需一个人一个月即可完成，其早期的单星生产模式一颗星需两个人两个月测试完成；时空道宇通过功能集成、模块化设计、制造过程规范化标准化、采用自动化机器人和自动化测试系统、构建信息化体系等方式实现卫星批产设计制造。

从长期完善卫星组网部署的视角下，龚慧巍认为可以持续关注运载火箭的发动机设计和控制能力演化，这将对载重量有关键影响；其次是液体燃料技术的更新迭代和火箭回收时燃料加注等问题解决。

“个人觉得，要支持卫星大量发射，尤其是补发类卫星的发射，固液燃料技术并存的运载火箭很重要、运营灵活性也很重要，比如对火箭发射场的设计灵活度就有很高要求。”龚慧巍进一步分析，星舰就是灵活性发展的产物，其能够在接受失败中快速迭代，是基于互联网理念发展的表现。

赵启锐对21世纪经济报道记者强调，火箭回收是值得长期关注的技术迭代趋势。“因为在考虑发射费用时，火箭推进剂的成本占比相对较低，而火箭整体硬件设备是最主要的成本来源。所以发展可重复使用运载火箭是降低发射成本的最佳出路。”

据他分析，通过回收火箭并进行简单维修后重复使用，可以避免一次性使用后需要丢弃昂贵的箭体、发动机和电气设备所带来的浪费，从而通过多次使用来分摊成本。“根据SpaceX发布的数据，如果成功回收并低成本重复使用猎鹰9号的第一级火箭，可以将发射成本降低80%；如果同时回收第一级和第二级，并以低成本方式重复使用它们，那么发射成本可以降低99%。”

在关键的火箭侧和卫星侧持续创新驱动背景下，我国卫星互联网行业正处在加速态势中。

龚慧巍对记者分析，认同业界关于今年是卫星互联网发展元年的说法，因为随着卫星类公司持续投入，卫星制造中供应链体系的工业化发展，支撑我国卫星发射次数、挂星量、企业数量等方面的持续发展。“相比之下，卫星目前正走在从1向100的发展阶段；火箭还处在从0到1过程中。至于我国卫星产业发展能否复制手机、平板甚至制造业方面的优势，由于我国强大的工业供应链生态和跨行业的嫁接创新能力，非常值得期待。”