潮科技 | 行业迷雾下的商业卫星细分解析

石亚琼 · 2019-09-23
商业卫星现阶段最核心的是技术,技术势能大,技术成熟度高的团队具有最佳的投资价值;在洗牌完成后,商业卫星最核心的是生产,生产效率高,产能规模大的企业将会取得头筹。

编者按:本文来自盛景网联投稿(kelare@shengjing360.com),36氪经授权转载。

本文从商业航天对卫星的要求、卫星的细分门类、国内商业卫星发展现状和格局的角度做了简单分析与阐述。

0写在前面的话:

中国是一个不折不扣的航天大国,回眸航天发展的六十年,从1956年中国制定十二年科学发展规划,建立了第一个火箭导弹研究机构——国防部第五研究院开始,历经62年探索,我国已经取得了运载火箭(1970年“长征一号”)、基础人造卫星(1970年“东方红一号”)一直到现在的探月工程(2007年“嫦娥一号”)和空间站(2011年“天宫一号”)等多项里程碑式的进展。

商业航天,是航天的一个分支,是一条从2000年后开始逐渐繁荣起来的新赛道。商业航天有两个关键词,“商业”和“航天”,所以能够孕育一流商业航天企业的地方一定需要满足两个基本要素:1大体量且繁荣的商业市场;2完整且成熟的航天工业体系。

一方面,商业市场的繁荣意味着市场竞争充分,对良好体验的优质服务有着旺盛需求;商业市场的体量大则意味着航天产品的高投入有可能被分摊至一个用户能够接受的程度。另一方面,商业航天需要的是成熟而不保守的技术,这就决定了至少在中前期,商业航天企业的技术和人才来源,是且只能是举国之力的传统航天(可以参考美国的SpaceX与蓝色起源的技术源流,在此不多展开);另外,航天是一个非常复杂的大系统工程,如果需要由一个企业承担这个庞大系统中的每一个部件/零件/基础设施的配套,那么商业航天就变回了传统航天,也就失去了向市场要效益的可能性。

纵观世界,满足一流商业航天企业两个基本要素的地方,全球一共有两处半。其中第一次是美国,全球一流的市场、第一的航天技术,因此美国也是商业航天起步最早,发展最快、目前最成熟的地方。第二处是中国,则拥有全球第一的市场、前三的航天技术,因此中国的商业航天也是全球繁荣度仅次于美国的,但是也呈现出行业下游走在上游前面,下游倒逼上游的现状。另外半处是欧洲,欧洲的整体市场规模和航天技术完成具备支撑商业航天头部企业的能力,但是这些市场分散在近二十个国家,技术分散在4~5个主要国家,这就决定了欧洲的商业航天企业在上规模后,很难去与中美竞争。但是并不妨碍欧洲的商业航天工作做出非常出色的运载/卫星部组件产品,事实上不管是美国还是中国,很多商业运载和商业卫星的零部件都来自欧洲的公司。而在这蓝星上存在的另一个航天强国俄罗斯,尽管有着极为辉煌的过去,其航天技术实力也完全能够支撑商业航天的需求,但无论是下行的经济总量和萎缩的国内市场都无法满足商业航天的基本需求。因此,从长远来看,商业航天将是中美两国国家实力的一个投影点和角力场,在可以预见的近年内,处于太平洋两岸,合计GDP超过全球40%的的两个大国,将是这条赛道上的竞争最激烈的对手。

正是因为站在中国航天这个“巨人”之肩,中国商业航天非但起点较高,发展势头不容小觑,国内迅速涌现了一批商业火箭公司和卫星公司,他们的出现开始打破传统封闭的航天体系,吸引着国际上很多优秀企业的合作,将中国民营企航天业引入了国际市场。有统计显示,2017年全球约120家风投机构,为商业航天企业投资了近40亿美元。其前景之大可见一斑。而本文今天重点想交流和阐述的是商业航天之商业卫星。

文章分为三大部分,一是商业航天对商业卫星的需求,二是卫星的细分门类与解读,三是国内商业卫星发展现状和格局(预警:作者尽量保持客观,但是难免带入个人观点,不喜请跳过)。

 1、商业航天对卫星的要求

1.1商业航天的定义

商业航天的定义较多,根据美国联邦航空管理局(FAA)的定义,商业航天活动是指按照市场规则配置技术、资金、人才等资源要素,以盈利为目的的航天活动。按照以上概念,与我国的传统航天相比,商业航天更加强调市场竞争、盈利以及商业化的市场行为。

商业航天产业涵盖范围广、包括运载火箭研制与制造、卫星研制与制造、卫星运营及应用、地面设备制造与服务等多个领域。根据美国航天基金会和Morgan Stanley的行研报告,2018年全球航天产值3600亿美元,其中商业航天产值2774美元,这说明商业航天在整个航天产业中已经举足轻重;2020年全球航天预测产值4850亿美元,2040年全球航天预测产值1.1万亿美元,这说明航天产业增长快速、潜力巨大。美国2019《卫星产业报告》尤其指出:“卫星制造是收入增长最快的商业航天基础设施业务”。

1.2商业航天对卫星的寿命要求

在商业航天中,卫星的本质是一种生产工具,一旦在轨部署,卫星实质上就属于一类高价值固定资产。这种生产工具的有效在轨寿命的长短,决定了这类固定资产的折旧费是多少。联合折旧费这一指标,和生产工具的生产效率(单位时长创造的经济价值)就决定了这类固定资产是否值得采购和部署。

在探讨卫星的寿命要求前,首先要明确一个概念——产品的设计寿命。设计寿命是指产品设计时的预计不失去使用功能的有效使用时间,从而在理论上保证产品使用的时间长久性。该项指标是针对现代产品而言的,产品设计师综合各种因素及条件而为产品的正常使用期限而规划设计一项标准或指标,设计寿命在一定程度上能反映产品的真实寿命,但是因为产品实际使用情况的复杂性,产品的设计寿命不能代表产品的真实寿命。大体而言,卫星的设计寿命与技术门槛与造价的关系如下图所示。

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在国际上能够被广泛接受的理念中,高轨商业卫星由于发射代价较高、轨道资源稀缺,通常设计寿命在8年以上。而低轨商业卫星出于成本的考虑,设计寿命通常在3~5年。考虑到商业卫星客户对服务稳定性和持续性的需求,除了在初期的1颗技术验证星外(这一类技术验证星国际通常称为星座计划的Pathfinder,因为仅仅用来跑通技术路线,出于降低造价的目的,通常寿命要求在1年以内)低于3年寿命的卫星的商业价值非常有限。其原因主要是过高的年折旧率和为低可靠性为系统稳定带来的负面影响。

 1.3商业航天对卫星的性能要求

商业卫星是通过向客户提供服务实现价值兑换和盈利的,并且在大量场合卫星都是解决方案之一,而不是唯一。这就意味着来自卫星的服务不可避免的需要在价格、品质和用户体验三个维度和其他的解决方案进行竞争。比如在遥感领域,卫星遥感需要和飞机(包括无人机)在成像分辨率、数据获取成本、覆盖区域等一系列维度竞争。

商业应用不意味着低品质、差体验,事实上商业客户对服务的品质和体验的要求是很高的。以围绕着测绘、应急、规划等应用的产业为例,绝大多数的遥感数据的需求都是1m以下可见光分辨率的(国家标准就已经进行了限制)。低分辨率的卫星数据产品因为用处有限、国外已经有规模化的供应能力,导致了边际价格过低。目前3m分辨率的可见光遥感图像数据售价已不足2元人民币,而1m分辨率的图像售价是前者的几十倍,0.5m分辨率的遥感图像售价更是上百倍。服务的效果和价值就决定了卫星本身的价值和需求,而卫星本身的价值和需求更是决定了卫星制造商的订单数量和经济效益。综合而言,商业卫星制造商为了保证足够的市场竞争力和弹性,在遥感方面,至少需要具备制造空间分辨率在1m及以下的可见光、10米及以下的SAR、5米及以下高光谱遥感卫星的能力;在通信方面,商业卫星制造商至少需要高通量卫星的制造能力。

1.4商业航天对卫星的价格要求

采购商业卫星的用户通常是商业公司,而在现今的时代,商业卫星往往需要多星组网才能够提供持续稳定的服务,因此商业卫星在大多数时候都是以星座的形式出现。商业公司(不是国家),多星组网(不是单颗),这两个条件就决定了商业航天对卫星的价格高度敏感。华为曾经在公开场合公布过一个2000颗卫星规模的星座计划作为其6G规划的一部分,根据华为的测算,如果每颗卫星的造价为50万美元,卫星的在轨寿命为5年,则这个星座计划的保守年均投资收益率为30%,而当卫星的造价提升为100万美元/颗时,则保守年均投资收益率将下降到5%。因此可以看出,商业卫星的价格直接决定了客户的商业计划在经济上是否可行。如果卫星造价过高,则将造成星座投资无利可图,基本的商业逻辑也不再成立。然而事实上,截至2019年9月,在全球范围内符合华为要求的卫星的造价仍然远远高于50万美元/颗,所以说降价提速,仍将是未来一段时间内商业卫星制造商的主要努力方向。可以说商业卫星的市场需求就像舞台中的大象,一直明明白白并且清晰的存在,但是只有价格降到边际成本以内,市场需求才会真正被引爆,商业卫星市场的头部企业才会真正产生。

 2、卫星的细分门类

2.1按照卫星大小区分

根据卫星的质量,通常将小于1000公斤的卫星称为广义的小卫星,其中,将500-1000公斤的卫星称为小卫星,100-500公斤的卫星称为微小卫星,10-100公斤的称为微卫星,小于10公斤的称为纳卫星。

50年代以来,空间技术不断发展,人造地球卫星根据应用领域,发展形成了通信、气象、导航、资源环境、军事侦察、科学研究等系列,并向高性能、高集成方向发展。随着卫星功能的综合集成,卫星质量也不断增加,而火箭运载能力的不断提高,为大卫星的发展提供了技术基础。随着卫星技术与应用的不断发展,人们在要求降低卫星成本、减小风险的同时,迫切需要加快卫星开发研制周期。特别是单一任务的专用卫星,以及卫星组网,更需要投资小、见效快的卫星技术。小卫星技术因此应运而生现代小卫星的用途十分广泛。在民用方面,它可以应用在通信、对地观测、空间遥感、气象观测、海洋探测、科学研究等各个领域。其中利用小卫星进行移动通信已成为当今发展的热点,“铱星”和“全球星”就是典型例子。

随着微电子、微光机电和集成电路技术不断发展,卫星小型化趋势不断加速,微纳卫星性能快速提升,成为小卫星领域发展最为活跃的组成部分。尤其是50kg以下微纳卫星发展高度活跃,成为航天技术创新和航天应用变革的重要突破点。对于同样的功能与性能而言,把卫星做的越小、集成度越高,则在成本控制上的优势越明显,技术难度也越大。但是,抛开卫星的功能、性能与可靠性,光谈卫星的大小和集成度是没有任何意义的。卫星毕竟只是一种载体,说到底需要足够的性能才能提供客户满意的服务,需要足够的可靠性提供客户持续的服务。在目前国际上的主流卫星制造商看来,50Kg是目前商业卫星的一个黄金的尺寸,因为50Kg的卫星在遥感方面可以支持0.7~1m分辨率(具体意义参考1.3节)的空间光学相机(在光学原理上,分辨率与通光光学镜片的尺寸成正比关系,以哈勃及其原型锁眼为例,主镜片的直径达到了2.4m,这也使其具有了0.1m的对地分辨率),在通信方面则可以为较高通信速率的发射机提供足够的能量供给。可以说50Kg的黄金尺寸是有当前人类的技术基线和物理极限决定的,如果人类在光学、物理学、电磁学等领域取得颠覆性的进展,在同样的性能指标下把相机镜头做的更小、发射功率更低,则这一黄金尺寸将进一步降低,否则该尺寸会继续保留其强大的性价比竞争力。

在2000年后,一种标准化、模块化的立方体卫星快速兴起,1U大小为10cm*10cm*10cm,根据需求可以多个组合形成3U、6U、12U甚至36U的大型立方星。立方体卫星因其标准化、模块化、低成本优势而广受高校与初创航天公司青睐。立方星具有标准化的设计,能够很容易的采购到几乎所有的现货部件,对卫星整星研制能力的技术门槛被大幅降低。因此除了少数能够研制标准化部件模块的公司外,大量并没有能力把卫星所涉及的近十个学科门类吃透的公司也进入了商业卫星的市场竞争。2014年全球共成功发射立方体卫星103颗,而2017年已经达到了290颗立方星。客观而言,目前商业卫星的繁荣离不开立方星的功劳,但是也需要客观的看待立方星由于体积、功耗、成本的限制,存在着能力弱寿命短的问题,更适用于器件搭载试验或者低附加值商业应用(比如3U的鸽子卫星分辨率为3.7m,价值参考前文1.3节)。

对于任何工业产品而言,大小的增加并不意味着简单的堆砌,比如永远无法通过把A0级的奥拓等比放大得到一辆C级的皇冠,也无法通过把一艘排水100T的小渔船放大1000倍后得到一艘福特级航母。立方星的架构在20Kg以下的级别中具有较为明显的性价比优势。然而,随着卫星平台的增大,立方星模块堆砌数量的增加,这种架构在技术上的劣势会愈发明显。在50Kg级别上立方星已经谈不上是一个较优的解决方案了,在更大的卫星级别上立方星架构引入的缺点甚至会超过其解决的问题。综上所述,立方星只是一种特定约束下的卫星平台设计方案,并不是所有问题的万能灵药,更不是商业航天的贤者之石。过度贬低立方星的作用固然不可取(比如对鸽子星座取得的成功选择性忽视),但是过度夸张立方星的作用更不可取(比如目前的大型/巨型星座计划的卫星需求几乎没有立方星能够胜任的)。进一步,我们可以得出这样的行业判断,一个有竞争力的商业卫星公司一定会有自己的立方星平台技术路线,与之对应的则是一个只能做立方星的商业卫星公司的市场竞争力和市场弹性一定不强。

2.2按照卫星用途区分

科学卫星是用于科学探测和研究的卫星,主要包括空间物理探测卫星和天文卫星,用来研究高层大气,地球辐射带,地球磁层,宇宙线,太阳辐射等,并可以观测其他星体。其中,大家最耳熟能详的代表就是哈勃望远镜。科学卫星对卫星平台的技术门槛可以说是差异极大,如哈勃太空望远镜(没错这货就是光学类的科学卫星)、詹姆斯韦博太空望远镜(鸽王、跳票王就是这货)、中山大学的天琴卫星之类的科学卫星都属于服务于人类科学的高边疆,是用来冲击人类认知极限的,这类科学卫星本身就技术难度极大,称之为人类工程技术的结晶也不为过。但是另外一些简单测一下空间电磁、或者以极低分辨率拍下一下地球之类的科学实验的科学卫星利用最基本的立方星平台就可以解决,这类科学卫星的技术门槛就相当的低。说到底科学卫星本身是服务于科学目标的,卫星只是其技术的载体,用卫星技术的难易去衡量科学卫星的价值是相当肤浅的,科学卫星的科学价值主要由其科学目标的价值来体现。但是,对于卫星制造商来说,低技术门槛的低端科学卫星的成本控制是卫星制造商需要解决的核心问题。

技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。航天技术中有很多新原理,新材料,新仪器,其能否使用,必须在天上进行试验;一种新卫星的性能如何,也只有把它发射到天上去实际“锻炼”,试验成功后才能应用;人上天之前必须先进行动物试验这些都是技术试验卫星的使命。技术试验卫星和科学卫星类似,对卫星平台的技术门槛要求也是差异极大。类似我国的试验系列卫星、美国的应用技术系列卫星都属于要为进一步发展通信、气象、导航、地球资源勘测等业务卫星进行各种技术试验和研究,这类卫星就需要对本身就并不成熟的载荷进行试验,并且自己还要具备较强的故障处理与记录能力,因此技术难度较高。但是同样是试验卫星,如果只是提供一个在轨环境,对少数芯片或部件进行验证,这样对卫星的性能要求也很低,甚至都不需要三轴稳定,只需要测控正常即可。这类低端试验卫星在轨寿命要求不高,性能也不高,因此技术门槛也很低(事实上立方星创立之初的出发点就是解决低成本技术试验或科学实验的问题)。与实验卫星类似,技术门槛低不代表低端技术试验星没有价值或者市场,但是一个卫星制造商如果只能提供低端技术试验星,那么他的盈利能力是有待考量的。

业务星又称应用卫星,是直接为人类服务的卫星,它的种类最多,数量最大,其中包括:通信卫星,气象卫星,侦察卫星,导航卫星,测地卫星,地球资源卫星,截击卫星等等。与实验/试验星不同,业务星的技术门槛较高。究其原因是因为试验星、实验星和业务星的客户对象不同,业务星的客户不能接受低品质或不稳定的服务。客观而言,业务星的技术难度和门槛比高端试验/实验星略低,但远高于低端的试验/实验星。

进一步,我们可以得出这样的行业判断,能做高端试验星和实验星的团队的技术能力一定很强,但是能否有效成本控制有待考量;能做合格业务星的团队的技术能力和成本控制能力一定不差;只能做低端试验星和实验星的团队的技术能力一定不强,在这种情况下,团队的成本控制能力显得意义并不太大。 

3、国内商业卫星发展现状和格局

3.1国内商业卫星发展现状

商业航天业务主要包含:1卫星通信网络;2卫星遥感图像;3卫星数据服务;4外星采矿服务;和5卫星周边产业。仅以卫星遥感图像业务为例,2008~2014年,全球遥感卫星市场业务收入整体呈增长趋势,年复合增长率为14.63%。2013年,全球遥感卫星市场业务收入约为16亿美元,同比增长率为23%,2014年,全球遥感卫星市场进一步增加值18.4亿美元。2015~2022年间,全球民用与商用遥感卫星市场总产值约为160亿美元,每年的遥感卫星产值规模将基本保持在15亿美元以上。

根据市场预测,全球的商业航天市场将超1.7万亿元规模,2020年中国商业航天市场将达到8000亿元。商业航天产业有望迎来重大发展机遇,火箭、卫星制造与发射、卫星应用等航天产业链上下游上市公司将持续受益。美国商业航天巨头SpaceX开发的“猎鹰9”火箭发射升空,以“廉价火箭”强势引领商业航天市场。凭借低成本的优势,SpaceX的爆款火箭“猎鹰-9”已拿到未来五年全球38个发射合同,其中的24个来自国际商业发射市场。中国商业航天发射市场上,北京蓝箭空间科技有限公司与丹麦Gomspace公司签订火箭发射服务协议,这是中国民营商业航天企业承接的首笔国际市场商业发射订单,“快舟一号甲”小型固体运载火箭将“吉林一号”灵巧视频03星等3颗卫星成功送入轨道。此次是一次“纯商业”的航天发射。随着发射成本的持续降低(例如spaceX可回收火箭和国内的小运载),商业卫星将迎来最大的市场利好。目前国内商业航天领域的一只大型基金已成立,长江航天产业基金计划总规模达100亿元,首期计划募集20亿元,首期实际认缴资金25.8亿元。业内人士认为,这是中国商业航天领域的又一标志性事件。

当前,世界主要航天国家和组织都在大力推进商业航天发展,业务范围正从传统的商业卫星发射、商业卫星应用,扩展到商业载人航天飞行等领域。中国也出台了多项支持政策,促进商业航天产业发展。2016年12月发布的《2016中国的航天》白皮书提出,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星运营等航天活动,大力发展商业航天。面向智慧旅游、广播电视、远程教育、远程医疗、文化传播等大众信息消费与服务领域,开发卫星应用智能终端、可穿戴等电子设备;推动卫星应用与互联网、大数据、物联网等新兴产业融合发展。支持中国企业参与国际商业航天活动,推动宇航产品“走出去”。国防科工局、发改委发布的《关于加快推进“一带一路”空间信息走廊建设与应用的指导意见》明确提出,将积极推动商业卫星系统发展,支持以企业为主体、市场为导向的商业航天发展新模式。并鼓励社会资本参与,加强基于北斗系统的位置、导航和授时的商业化服务。美国航天基金会发布的报告统计,2015年全球航天经济总量约3353亿美元,其中商业航天产业占比高达76%。根据市场预测,到2020年,全球航天产业市场总额将达到4850亿美元,中国市场包括运载火箭、卫星应用、空间宽带互联网等将达到8000亿元人民币。未来五年中国商业航天产业有望迎来重大发展机遇。

3.2国内商业卫星的产业格局

本节仅针对国内的民营商业卫星企业,本节仅针对国内的民营商业卫星企业,本节仅针对国内的民营商业卫星企业。重要的事情说三遍,有对航天五院、八院、中科院上海微小有兴趣的小伙伴请自行百度。

目前国内商业卫星板块尚不存在垄断性的头部企业,大多数商业卫星企业能且只能研制立方星服务于低端试验/实验市场。科技型高端制造企业毕竟和互联网的行业特点不同,技术才是其根本。 

4、总结

商业卫星是商业航天的一个核心细分市场,决定着整个行业的上下游走向。商业卫星从市场容量上看,最大的是业务星,可以说得业务星者得行业。商业卫星的民营头部企业尚未出现,行业三年内会进行洗牌,淘汰掉至少8成的初创公司。商业卫星现阶段最核心的是技术,技术势能大,技术成熟度高的团队具有最佳的投资价值;在洗牌完成后,商业卫星最核心的是生产,生产效率高,产能规模大的企业将会取得头筹。现阶段,建议大家选择最具有投资价值的优势团队/企业,共同畅游星辰大海。

文中数据来自《美国2019卫星产业报告》、《美国航天基金会行研报告》、Morgan Stanley行业研究报告《太空:最后一个投资前沿领域》本文版权归盛景网联集团所有,若需转载请先通过邮件告知并标明转载来源(联系方式:kelare@shengjing360.com)。

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