一、通訊衛星功能組成
衛星一般可分為衛星平臺和載荷兩部分。衛星平臺是支援和保障有效載荷正常工作的所有服務系統構成的 組合體;通訊衛星的有效載荷主要是天線和轉發器系統。
1.1 衛星平臺及其功能組成
根據不同航天任務,可支援或經區域性修改就可支援多種有效載荷的衛星平臺稱為公用衛星平臺。中國現已 發展了 DFH-1、DFH-2、DFH-3、DFH-4 四代通訊衛星平臺,採用 DFH-5 衛星平臺的實踐二十號試驗驗證衛星 也已於 2019 年年底發射成功;國外主流的通訊衛星平臺包括波音公司的 BSS-702 平臺、洛馬公司的 A2100 平 臺、勞拉公司的 LS 1300 平臺、泰雷茲-阿萊尼亞公司的 Space-bus-4000 平臺以及空客公司的 Eurostar-3000 平臺, 這些平臺代表了世界上最先進的技術水平。
按衛星系統物理組成和服務功能不同,衛星平臺可分為結構、熱控、控制、推進、供配電、測控、綜合電 子等分系統。
1.2 有效載荷及其功能組成
通訊衛星有效載荷主要完成來自地球站的訊號接收、訊號變換和向地球站的訊號傳送。通訊衛星有效載荷 一般由天線分系統和轉發器分系統組成,兩者配合起來完成訊號轉發任務。
二、通訊衛星總體設計與 AIT2.1 衛星總體設計與總裝測試試驗
衛星研製任務一般採取啞鈴型的經營模式。衛星研製總體單位負責衛星系統總體設計,重要分系統如衛星 電源、測控和星務等分系統的研製,以及整星 AIT(總裝、測試、試驗)工作,其他構成衛星總體的各分系統、 零部件、元器件由協作配套單位提供。
通訊衛星總體設計是根據使用者任務使用者需求和工程大系統介面約束,進行衛星總體設計、分析與驗證,包 括衛星任務需求分析、軌道與星座設計、工程大系統介面設計、有效載荷系統設計、衛星平臺設計、衛星總體 效能分析與優化、系統級試驗驗證、空間環境防護設計、可靠性安全性設計、研製流程和標準體系設計等,其 根本目標是研製出滿足使用者任務要求、與工程大系統介面協調匹配、技術實施途徑合理可行、系統綜合性能最 優、關鍵功能可測試驗證的通訊衛星。
整星 AIT 是衛星研製過程中重要的驗證環節之一。通過 AIT,可以儘早發現問題,保證產品品質,確保飛 行任務成功。國內小衛星傳統 AIT 流程較為繁雜,在整個測試流程中,衛星需要多次開合板總裝操作,大概需 要 200 天;未來國內大規模衛星星座開始建設,必須改變傳統的 AIT 工作模式,優化工作流程,強化衛星總體 設計,適應快速 AIT 的需要,採用多星並行、精簡測試和試驗驗證專案,縮短測試和試驗時間,發展自動化測 試與試驗技術,提高 AIT 效率。
2.2 國內通訊衛星整機研製單位
中國具備衛星整機研製能力的企事業單位主要包括航天科技集團空間技術研究院(通訊事業部、航天東方 紅、深圳東方紅)、航天科工空間工程發展有限公司、上海航天技術研究院、中科院微小衛星創新研究院、長光 衛星等國家隊,以及銀河航天、天儀研究院、九天微星、千乘探索、國星宇航、零重力實驗室、微納星空、吉 利科技集團等民營企業以及清華大學、哈工大等高校。從事通訊衛星研製工作的主要包括航天科技集團空間技 術研究院、航天科工空間工程發展有限公司、中電科 54 所、銀河航天等。
1、航天五院通訊衛星事業部
航天五院通訊衛星事業部成立於 2008 年 7 月 18 日,是以航天五院總體部、研發部等通訊衛星研製隊伍為 基礎組建而成的通訊衛星業務的責任主體和業務總體單位,按照“啞鈴式”結構組織,主要負責通訊衛星領域 的業務發展規劃,各類通訊衛星的研發、總體設計及系統整合,並引領專業所廠發展相關技術與產品。
通訊衛星事業部是中國第一顆人造地球衛星(東方紅一號衛星)、第一顆實用通訊衛星(東方紅三號衛星)、 第一顆整星商業出口衛星(奈及利亞衛星)、第一顆行動通訊衛星(天通一號衛星)、第一個全球低軌衛星移動 通訊與空間網際網路系統 —“鴻雁星座”的總體研製單位,主要負責通訊廣播衛星、資料中繼衛星、高軌遙感衛 星等衛星系統的研製工作。通訊衛星事業部作為中國航天國際化、市場化的先鋒,迄今為止已獲得十餘個國際 商業衛星訂單,為白俄羅斯、委內瑞拉、玻利維亞、寮國等國家制造的多顆通訊衛星已成功在軌交付,並已進 入國際成熟運營商市場,合作伙伴遍及亞、非、歐、美等地區的三十幾個國家。2018 年,通訊衛星事業部啟動 鴻雁星座建設,在天津航天城建設的批量衛星生產線將實現年出廠 130 顆衛星的總裝能力,滿足鴻雁星座生產 能力需求。
2、中國衛星
中國衛星下屬子公司航天東方紅、深圳東方紅主要從事衛星製造,公司成功開發了 CAST10、CAST20、 CAST2000、CAST3000、CAST4000 等多個具有國內領先、國際先進水平的小/微小衛星公用平臺,衛星產品覆 蓋光學遙感、電磁與微波遙感、科學與技術試驗等業務領域,形成了覆蓋 1kg~1000kg 小/微小衛星的公用平臺 型譜。
公司生產的衛星以遙感衛星為主,包括中法海洋衛星、委內瑞拉遙感衛星二號、“珠海一號”遙感微納衛星 星座首發衛星、高景一號 01/02 星等,研製的典型通訊衛星包括 2018 年發射的嫦娥四號中繼星“ 鵲橋”、“鴻 雁”全球衛星星座通訊系統首發星等。
中國衛星主要子公司航天東方紅淨利潤近年來保持了穩定增長,2018 年淨利潤達到 3.08 億元,淨資產為 22.11 億元。2019 年上半年,實現淨利潤 1.51 億元,同比增長 15.27%。
3、航天科工空間工程發展有限公司
航天科工空間工程發展有限公司成立於 2017 年 12 月 22 日,其前身是 2011 年 7 月航天科工集團二院二部 成立的空間技術研發與發展中心,自成立以來,在多個領域取得豐碩成果,包括某衛星專案在競爭擇優中圓滿 勝出並進入國家隊、 “虹雲工程”首星發射成功及技術驗證系統低軌寬頻通訊試驗圓滿成功、入選國家國企改革 “雙百”企業。
2019 年 12 月 27 日,由空間工程公司自主建設的武漢衛星產業園一期建設專案主體結構歷經 180 多個工作 日順利封頂,預計 2020 年形成投產能力。衛星產業園建成後將全面優化空間工程公司產業佈局、提升智慧製造水平,推動公司產業的持續和良性增長。
2020 年,公司將確保衛星批生產線建設如期完成,持續提升產業化發展能力;同時也要確保股權激勵順利 完成以及 A 輪融資進場掛牌。
4、中電科 54 所
中電科 54 所始建於 1952 年,是新中國成立的第一個電信技術研究所,目前主要從事軍事通訊、衛星導航 定位、航天航空測控、情報偵察與指控、通訊與資訊對抗、航天電子資訊系統與綜合應用等前沿領域的技術研 發、生產製造和系統整合。
2019 年 6 月 5 日,54 所牽頭研製的科技創新 2030—“天地一體化資訊網路”重大專案“天象”試驗 1 星、 2 星通過搭載發射。此次發射的兩顆衛星由中國電科牽頭研製,是中國首個實現傳輸組網、星間測量、導航增 強、對地遙感等功能的綜合性低軌衛星,是未來低軌道星座系統建設的最簡網路模型。衛星搭載了國內首個基 於 SDN(軟體定義網路)的天基路由器,在國內首次實現了基於低軌星間鏈路的組網傳輸,並在國內首次構建 了基於軟體重構功能的開放式驗證平臺。
5、銀河航天
銀河航天成立於 2018 年,致力於通過敏捷開發、快速迭代模式,規模化研製低成本、高效能小衛星,打造 全球領先的低軌寬頻通訊衛星星座,建立一個覆蓋全球的天地融合通訊網路。創始人徐鳴是獵豹移動聯合創始 人、Quattroporte,帶領獵豹在移動市場取得重大突破,併成功在紐交所上市。截至目前,銀河航天已經拿到了 4 輪融 資,估值超過 50 億元。
1 月 16 日,銀河航天首發星在酒泉衛星發射中心搭乘快舟一號甲運載火箭發射升空,衛星順利進入預定軌 道,該 200 公斤量級的衛星是中國首顆通訊能力達 10Gbps 的低軌寬頻通訊衛星,單星可覆蓋 30 萬平方公里, 軌道高度 1200Km。2 月 16 日,銀河航天首發星在軌 30 天后成功開展通訊能力試驗,在國內第一次驗證低軌 Q/V/Ka 頻段通訊。
三、控制分系統2.1 控制分系統功能組成
控制分系統主要完成衛星從星箭分離開始到在軌執行直至壽命末期各階段的姿態控制和軌道控制,其主要 指標包括姿態控制精度、軌道控制精度等。控制分系統一般由敏感器、控制器和執行機構組成。
1)敏感器:包括地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器,通訊衛星控制系統一般採用星敏感器作為衛星全壽 命週期的主要姿態敏感器,地球敏感器和太陽敏感器作為備份;陀螺,用於測量衛星三軸角速度。
2)控制執行機構:動量輪或反作用輪,用於控制衛星姿態;帆板驅動機構,用於驅動太陽翼;推進分系統 用於產生姿態控制力矩和軌道控制力。
3)控制器:控制計算機,包括軟體和硬體。
2.2 控制分系統技術發展趨勢
隨著通訊載荷需求的持續增加,通訊衛星控制分系統向提供功能更強大、精度更高的趨勢發展。
1)控制部件小型化、輕量化、整合化。
隨著技術的發展,元器件可靠性越來越高,ASIC、SOC 技術、無纜化機箱等技術發展迅猛,為減輕重量、降低功耗提供了支撐。例如,控制計算機採用 ASIC、SOC 技術,可以減重 1/3 以上,動量輪驅動線路品質也在 大幅下降;數字太陽敏感器和頭部一體小型化、星敏感器線路和頭部一體小型化減少了整星線纜,自身重量也 大幅下降;控制系統大量部件還採用了無纜化機箱減輕重量。
2)控制系統姿態控制精度和穩定度越來越高
高精度、甚高精度星敏感器逐漸成為控制系統姿態確定部件的主流應用產品,定姿精度可達角秒級水平; 三軸全輪控制技術使衛星控制精度大為提高,高精度陀螺產品也將大大提高系統控制精度。
2.3 控制分系統競爭格局
2.3.1 星敏感器/太陽敏感器
據天銀機電 2018 年年報描述,星敏感器是為有效載荷的操作提供環境及技術條件的衛星平臺姿態和軌道控 制分系統的主要組成部分,是衛星上的主要部件之一,佔衛星整體成本的 5%-15%。
法國 SODERN 公司、義大利 Galileo 公司、丹麥理工大學、德國 JENAOPTRONIC 公司、英國 Sira 公司等 是目前世界生產星敏感器的知名生產方。其中,法國 SODERN 公司是阿里安集團的子公司,核心業務是星敏感 器,其中 Auriga 型星敏感器產能可達 150 臺/月,OneWeb 選擇了法國 SODERN 公司作為他們的星敏感器供應 商。
國內的星敏感器生產商有航天五院 502 所、天銀機電控股子公司天銀星際、中科院光電技術研究所、長光 衛星、航天八院 803 所、北京航空航天大學、南京航空航天大學、哈工大等。
1、航天五院 502 所
2000 年航天五院 502 所研製成功中國第一臺 CCD 星敏感器以來,該類產品已經發展到了第四代,涵蓋納 型、微型、高精度、甚高精度、超高精度等,可以滿足中國各型別航天器需要,並使中國的航天器控制越來越 精準。航天五院 502 所的納型星敏感器獲得 30 多個商用訂單,並在 2019 年拿下一筆出口訂單。
2、天銀機電子公司天銀星際
北京天銀星際科技有限責任公司成立於 2015 年 11 月 23 日,由天銀機電和清華大學團隊持股構建,是一家 專注於星敏感器研發的企業,其核心技術來自於清華大學 20年空間技術積累,其中天銀機電持股比例為 52.36%。 公司自主研發了皮型、納型兩大系列星敏感器,產能達 500 臺套每年。
目前公司的產品已經用於銀河航天首發星、鴻雁星座首發星等低軌通訊衛星以及吉林一號、珠海一號等遙 感衛星上,其中應用在銀河航天首發星上的 NST-4 星敏感器具有體積小、品質輕(小於 340g)、低功耗(小於 0.7w)、高精度(3 角秒,3σ)、高動態效能(3°/s)、高抗雜光效能等優點,效能優於法國 SODERN 公司產品。
2018 年,天銀星際承擔了國內 62%以上商業衛星恆星敏感器的訂單,並積極拓展海外市場,產品已應用到 美國 MITRE 大氣探測衛星、歐洲 Alpha 全球多媒體衛星上,而天銀星際產品在中國首個由國家主導的“鴻雁” 5G 低軌通訊星座首星上的應用,則標誌著天銀星際產品在國內外即將興起的 5G 低軌衛星星座建設上開啟了良 好的開端。2018 年,天銀星際實現營業收入 734 萬元,淨利潤 58 萬元。
3、中科院光電技術研究所
中國科學院光電技術研究所(簡稱光電所)始建於 1970 年,是中國科學院在西南地區規模最大的研究所。 建所以來,光電所在自適應光學、光束控制、微納光學等領域取得了多項重大成就。
中國科學院光電所從上世紀 90 年代起在國家“863 計劃”支援下開展星敏感器技術攻關,先後研製成功中 國首臺接入衛星姿軌控系統的中國產星敏感器和首臺在軌應用的中國產高軌星敏感器。截至 2016 年初,該所在研星 敏感器達十餘種型號,超過 100 臺(套)。
4、長光衛星
公司研發的星敏感器包括 NST-1、低功耗高精度 CMOS 星敏感器兩型,其中後者已應用於 SJ-902 星,適用 於深空探測以及高、中、低軌衛星平臺。
5、航天八院 803 所
上海航天控制技術研究所是中國航天科技集團公司第八研究院所屬的航天控制技術專業研究所,主要承擔 戰術武器、運載火箭、空間飛行器的制導、導航與控制系統和核心單機,以及載人航天與探月工程配套單機的 研製、生產和試驗任務。星敏感器產品包括甚高精度 CCD 星敏感器Ⅱ型、高精度 CCD 星敏感器Ⅱ型、一體化 高精度 APS 星敏感器Ⅰ型等。
2.3.2 飛輪
飛輪作為衛星姿態確定與控制系統中最為重要的控制組件已經得到十分廣泛的應用,絕大多數飛輪產品都 使用油潤滑滾珠軸承,飛輪的壽命主要取決於軸承的壽命,而磁懸浮飛輪採用磁軸承,壽命較長。
國內飛輪製造商主要包括航天五院 502 所、航天八院 803 所、長光衛星、洛陽軸承研究所有限公司、北京 航空航天大學以及京工智慧科技有限公司、湖南航升衛星科技有限公司等民營企業。
2.3.3 控制計算機
衛星控制計算機核心是具有抗輻射加固、輕小型低功耗特點的 SOC 晶片以及 SiP 模組產品。國內從事衛星 控制計算機核心晶片的企業包括航天九院 771 所和 772 所、康拓紅外子公司軒宇空間、歐位元、中科芯整合電 路股份有限公司等。
1、康拓紅外子公司軒宇空間
康拓紅外子公司軒宇空間成立於 2011 年 3 月,其主要產品包括智慧測試與模擬系統、微系統及控制部組 件,後者主要應用於航空航天等複雜智慧裝備的控制系統。公司智慧晶片產品均屬於宇航級抗輻射微電子整合 電路,開發了 SOC2008、SOC2012、PROM、SRAM、A1013Q 等產品,效能屬於國內領先水平,應用領域包括納 衛星、空間站、新高軌衛星平臺、試驗衛星、小衛星平臺的星載計算機、敏感器、執行機構等,並已出口俄羅 斯。2018 年,公司微系統及控制組件產品銷售收入為 1.81 億元,同比增長 34%,毛利率為 35.68%。
2、歐位元
歐位元公司是首家登陸深圳證券交易所創業板的 IC 設計公司(2010 年),是中國宇航 SPARC V8 處理器 SOC 的標杆企業、立體封裝 SIP 宇航微系統的開拓者、衛星星座運營及衛星大資料應用領航者。公司致力於宇航嵌 入式 SOC 處理器晶片、SIP 立體封裝模組/微系統、EMBC 宇航匯流排控制系統的研製、設計、生產和銷售,是中國 宇航 SPARC V8 處理器 SOC 晶片的標杆企業、SIP 立體封裝微系統的開拓者,解決了中國宇航電子系統核心處理 器及微系統中國產化、自主可控、高效能、高可靠等問題。2018 年,公司積體電路產品銷售收入為 1.58 億元,同 比增長 23%,毛利率為 42.83%。
三、推進分系統3.1 推進分系統功能組成與發展趨勢
推進分系統的主要功能是為衛星的軌道轉移和位置保持提供推力,為衛星姿態控制提供控制力矩。主要技 術指標包括總衝、推力、比衝等。推進分系統一般由發動機、推力器、貯箱、氣瓶、各類閥門、管路、驅動控 制電子裝置、充壓氣體和推進劑組成。
目前應用最廣泛的典型推進系統包括:冷氣推進系統、單組元推進系統、雙組元推進系統、電推進系統等。 傳統的化學推進技術已經相當完善,仍然是多數航天器的必然選擇,未來具有更高比衝的電推進技術將得到更 多應用。
電推進相對於化學推進最大的一個優勢就是比衝高一個數量級,由此可以節省大量推進劑,可用於增加有 效載荷、降低發射品質、延長工作壽命。從工作原理上,電推進可分為電熱、靜電、電磁等型別,其中靜電型 中的離子電推和霍爾電推為當前應用主流。
3.2 推進分系統競爭格局
這裡重點分析電推進的競爭格局。電推進應用主要包括衛星位置保持、衛星軌道轉移、姿態控制、軌道維 持、位置機動等。國內從事空間電推進技術的單位主要包括航天五院 510 所、航天五院 502 所、航天六院 801 所(上海空間推進研究所)以及蘇州納飛衛星動力科技有限公司、航宇動力技術(深圳)有限公司等企業。
四、數管分系統4.1 數管分系統功能組成
星載資料管理分系統簡稱數管分系統,其主要功能是遙測資料採集、組織和處理;對指定記憶體資料的組織 和下傳;指令的接收、譯碼、有效性驗證、儲存和分發;熱控自主管理;能源自主管理;完成對控制分系統重 要資料的接收、儲存;具有從故障情況中自動恢復的能力;具有軟體在軌維護功能。
數管分系統由數管中心計算機、匯流排以及衛星上的測控單元組成,數管中心計算機為資訊處理的核心,通 過匯流排與連線裝置進行資訊傳遞,為保證系統執行的可靠性,一般採用雙機備份工作方式。數管分系統的發展 方向是星載綜合電子系統,即在數管分系統的基礎上,把全星電子裝置的功能融合,整合在一個或幾個晶片上, 為衛星平臺和有效載荷提供全方位的服務。
4.2 數管分系統競爭格局
星載綜合電子系統是保持衛星安全、可靠執行的核心,技術難度大,對系統的安全性、可靠性和環境適應 性具有嚴苛要求,國內目前該領域的主要參與單位是軍工科研院所以及部分企業,主要包括航天九院 771 所、 航天五院 513 所、國科環宇等。
五、測控分系統5.1 測控分系統功能組成
測控分系統主要完成衛星系統工作狀態的採集和下傳,地面控制指令的接收、處理和分發,併為地面段測 距操作提供測距訊號轉發通道。測控分系統主要技術指標包括:測控頻段及測控體制,天線覆蓋,發射 EIRP 值,接收 G/T 值,遙控遙測碼速率、抗干擾能力等。
通訊衛星的典型測控分系統主要由遙測/遙控天線及網路、測控接收機、測控發射機、遙測單元、遙控單元 以及功率放大器等組成。
5.2 測控分系統技術發展趨勢
測控分系統發展趨勢包括以下幾個方面:
1)測控頻率的提高:隨著高速下行資料傳輸需求的不斷增長,衛星業務頻段已採用 Ku 或更高的 Ka 頻段, 未來航天器的測控頻段將不斷提高,向 Ku、Ka 升級。
2)提高測控系統的保密和抗干擾能力。在通道方面,採用高速、寬頻、跳頻技術,並迅速向數字化過渡; 提高資料鏈路的低截獲率、抗干擾和抗衰減效能。
3)測控基帶處理與星務系統的融合:國外主流通訊衛星測控分系統的功能逐漸分離為射頻功能和基帶功能, 射頻部分只包括測控射頻訊號的接收、解調、調製和發射,成為 TCR-RF 部分;基帶處理部分的功能主要是指 令資料和遙測資料的處理,該功能已經融入星務系統(綜合電子系統)中,實現了衛星測控和星務資料的統一 管理。
5.3 測控分系統競爭格局
國內從事測控分系統的主要單位包括航天電子子公司上海航天電子有限公司以及重慶航天火箭電子技術有 限公司、航天五院西安分院等傳統單位以及航天馭星等新企業。
1、航天電子
航天電子子公司上海航天電子有限公司是中國最早從事航天產品研製,集研究、設計、試製、生產以及環 模試驗為一體的航天高新技術企業之一,產品涉及宇航領域測控、通訊、天線及微波、訊號處理、資料處理、 計算機控制、綜合電子系統整合等專業技術產品以及天饋系統、精密機械產品等,公司綜合研製生產能力每年 可為中國各型號衛星配套研製生產近千套電子產品和 800 餘套機械產品。
2、航天五院西安分院
空間電子資訊科技研究院(原五院五○四所),1965 年 6 月 29 日正式建所,現位於陝西省西安市長安區。 主要從事空間飛行器有效載荷及電子系統與裝置、飛行器測控、武器裝備和衛星應用電子系統與裝置的研製、 生產,以及相應電子學的研究。
空間電子資訊科技研究院在衛星通訊技術領域,代表著中國通訊衛星技術發展的最高水平;在衛星資料傳 輸及處理領域,技術水平技術躋身於世界先進行列;在天線技術領域,研製了星載最大口徑的各類天線,是我 國最具實力的星載天線研製單位;在衛星遙感技術領域,研製了國內最高頻段的相關裝置,是中國這一領域的 創始者之一;在測控技術領域,是參與建設中國地面、海上航天測控網的開拓者之一。
3、航天馭星
北京航天馭星科技有限公司成立於 2016 年 10 月,是中國商業衛星測控領域的開拓者,2017 年在寧夏中衛 建成國內第一個第三方衛星測控站,2018 年取得國家工信部頒發的國內首個第三方衛星測控站電臺執照,建成 國內首個商業衛星測控指揮中心。截至 2019 年 8 月,公司已為 30 顆衛星提供了商業測控服務,佔據 2018 年國 內第三方商業衛星測控服務市場 90%以上。
公司專注於為商業衛星提供在軌管理解決方案,業務範圍覆蓋了地面站建設、測控中心建設、星上通訊產 品研製、衛星地面應用產品研製、衛星測運控服務、火箭測控服務、衛星在軌碰撞預警服務等。
六、供配電分系統6.1 供配電系統功能組成
供配電分系統的主要功能是:利用太陽電池陣和蓄電池組作為能源產生、貯存裝置,通過電源控制器的調 節和管理,向整星輸出穩定的一次電源;用電裝置配電及通斷控制等。供配電分系統的主要技術指標包括:供 電能力,供電調節體制,配電體制等。
通訊衛星普遍採用太陽電池陣-蓄電池組系統的供配電分系統,利用可展開式太陽電池陣作為主電源,選用 鎘鎳蓄電池組、氫鎳蓄電池組、鋰離子蓄電池組等作為儲能裝置,由電源控制裝置對供電母線和功率實行調節 和控制,通過 DC/DC 變換器將一次電源變換為供各種裝置使用的二次電源。
目前,空間用太陽電池片型別主要由矽電池片、單結砷化鎵和三結砷化鎵電池片。其中,三結砷化鎵電池 片效率最高,已經得到普遍應用。常用的蓄電池組主要有氫鎳蓄電池組、鋰離子蓄電池組,其中,鋰離子蓄電 池組在品質比能量和體積比能量方面優勢明顯。
6.2 供配電分系統競爭格局
國內從事衛星供配電分系統主要包括*ST 電能、中國衛星子公司天津恆電空間電源有限公司、航天八院 811 所、航天科工十院梅嶺電源有限公司等。
1、*ST 電能
*ST 電能子公司空間電源在國內空間儲能電池領域佔有超過 50%的市場份額,技術力量雄厚,其空間儲能 電源產品在通訊衛星、導航衛星、高分衛星、遙感衛星以及 其他科學試驗飛行器上得到廣泛應用, 藉助強大 的技術實力與深厚的技術積澱與國內衛星領域的相關客戶建立了良好穩定的業務關係, 為長期業務開拓奠定了 良好基礎。
2、中國衛星子公司天津恆電空間電源有限公司
天津恆電空間電源有限公司由中國東方紅衛星股份有限公司(航天五院控股,股票程式碼:600118)和中國 電子科技集團公司第十八研究所共同出資組建,於 2010 年 1 月 19 日完成工商註冊登記手續,註冊資本 1.4 億 元。主要從事空間電源產品的研製主要從事空間工程用太陽電池設計、開發、生產和服務。產品包括:空間用 矽太陽電池、空間用砷化鎵太陽電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、電源控制裝置。
3、航天八院 811 所
上海空間電源研究所是中國航天科技集團有限公司第八研究院所屬的空間電源專業研究所,是國防科工局 核定的國家空間能源專業核心保軍單位,國內主要空間電源系統抓總單位。 主要從事航天器、航空器、運載火 箭、導彈武器及特殊飛行器用電源系統和關鍵單機的研發製造和試驗,為航天裝備的更新換代和跨越式發展提 供源動力。先後承擔載人航天、探月工程、北斗導航、深空探測、高解析度對地觀測、新一代及重型運載、新 一代遙感平臺、空天往返等國家重點科研專案以及預研專案。
4、梅嶺電源有限公司
貴州梅嶺電源有限公司(原梅嶺化工廠)隸屬於中國航天科工集團有限公司第十研究院,位於貴州省遵義市, 是一家集研究、設計、試製和生產為一體的企業,主要從事化學電源及其電源配套檢測裝置的研製和生產任務。 主要產品包括鋅銀蓄電池鋅銀貯備電池、熱電池、鋰亞硫醯氯電池、鋰離子電池、鋰硫電池、鋰氟化碳電池、 高壓氫鎳電池、鋅空電池、鉛酸電池、電池充放電及檢測裝置等。
七、通訊載荷7.1 通訊載荷功能組成
天線分系統實現空間中的電磁波訊號與電纜中訊號的轉換,功能上分為接收天線和發射天線。轉發器分系 統可分為弱訊號放大、訊號變換和末級功率放大三個部分,訊號放大是將接收天線送來的訊號進行放大,要滿 足系統信噪比的要求;訊號變換是按照系統設計要求進行分路、變頻和訊號處理等,僅有簡單變頻處理的稱為 “透明轉發器”,由訊號解調再生處理的轉發器稱為“處理轉發器”;末級功率放大是將變換處理後的訊號進行 大功率放大,饋送至發射天線發到地面。
7.2 通訊載荷技術發展趨勢
透明轉發器結構簡單、成本低、可靠性高,能夠滿足大多數業務的需要,所以透明轉發器在實際中仍然佔 有重要地位。處理轉發器整個過程包括對訊號的解調、譯碼、交換、編碼和調製等一系列處理單元,所以相比 透明轉發器而言,處理轉發器可以有效的去除各類上行噪聲的影響,能夠有效的提高通訊系統容量和頻率資源 利用率,但其適應性比透明轉發要差,一旦上下行鏈路協議進行了升級,系統有可能癱瘓。
透明轉發器和再生式轉發器既有突出優點又有不可忽略的缺陷,伴隨軟體無線電的不斷髮展,出現了“軟 件定義有效載荷”這一解決方案,但這種理想的轉發器方式在經過人們長期研究和實踐後,始終在裝置的體積、 重量、功耗等難題上無法跨越,與“軟體定義有效載荷”所描述的思想存在很大差距。但是,隨著近年來數字 訊號處理技術不斷完善,晶片製造工藝日益精良,人們採用“數字通道化轉發器”實現部分“軟體定義有效載 荷”功能。
7.3 通訊載荷競爭格局
國內衛星通訊載荷主要由航天五院西安分院抓總研製,另外,虹雲工程的通訊載荷為航天二院 23 所研製。 除了通訊載荷總體研製單位外,相關配套單位還包括亞光科技、航天發展等。
八、衛星低成本製造途徑分析及投資建議8.1 衛星自動化大批量生產是降低成本的關鍵
過去,衛星製造都是高度定製化的,一型衛星通常一年僅生產 1~2 顆,造價高昂,而低軌網際網路衛星星座 衛星數量龐大,需要在短期內完成整個星座的構建,傳統衛星製造模式在產能和成本上都不能滿足需求。
自動化、大批量生產是降低衛星成本的關鍵。OneWeb 與空客公司合資成立的 OneWeb Satellites 公司首次 在衛星上運用工業規模生產技術,相比傳統衛星製造商,其新裝置可以更短時間、更低成本地生產高品質衛星, OneWeb Satellites 正在以每天兩顆的速度生產衛星,成本比傳統制造商降低一個數量級。
多領域人才合作顛覆傳統衛星製造業。OneWeb Satellites 為了實現其衛星大批量生產的目標,組建了一支 國際團隊,代表著新航天、舊航天、飛機和汽車製造業以及其他行業的最佳水平。
模組化並行生產提高效率。OneWeb Satellites 工廠將衛星模組化生產,四個模組並行構建以獲得最大效率, 每個模組建成後,機器人會將其運送到總裝站進行組裝,該生產線充分利用智慧裝配工具、大資料控制、機器 人、增強現實工具以及自動測試系統等數字化手段,加速 AIT 流程。一旦一顆衛星建成並完成了初步測試,將 對它進行為期兩天的一系列電氣和環境測試,模擬在太空環境中工作,該工廠共有 32 個試驗室,可同時進行這 些試驗。
8.2 優選供應商,大規模集中採購壓低價格
一個完整的衛星所需部件非常多,優選供應商並通過大規模集中採購壓低成本是降低衛星成本的重要舉措。 過去,衛星部件供應商每年提供的衛星相關產品數量有限,多數沒有大規模批產能力,供應商選擇不慎則會影 響星座整體建設進度,因此需要優選供應商,還要對其批產能力和成本控制能力提出較高要求。
OneWeb 的供應商大概包括 40 家廠商,每個供應商都在大批量生產 OneWeb 衛星所需的部件,OneWeb 批 產能力的建設帶動了其上游供應商在自動化生產上的投資。例如,OneWeb 選擇了加拿大麥德公司 MDA 為其生 產星上天線系統,MDA 將使用完全自動化的測試系統來驗證天線部件的射頻效能;法國 SODERN 公司開發了一 條新的生產線,來製造用於 Oneweb 衛星的星敏感器;太陽能電池板供應商美國 SolAero 公司為了保證衛星生產 要求,投資了標準化、自動化裝置,以提升產量並降低成本。
8.3 選用低成本技術途徑
選擇低成本技術途徑降低衛星成本。低成本技術途徑包括採用透明轉發器簡化衛星設計、採用電推進系統 降低衛星發射品質、採用平板形式的相控陣天線減少衛星體積以提升火箭運載效率等等。例如,Starlink 首次採 用了氪電推進系統,以取代氙電推,氪電推的效率要低於氙電推,其主要考慮是氙氣比氪的價格高的多。
8.4 國外經驗對中國衛星產業發展的啟示及投資建議
OneWeb、Starlink 已經開始大規模建設,其大批量、低成本的衛星生產能力顛覆了傳統衛星製造業。中國 低軌網際網路衛星星座建設面臨著時間和成本上的較大壓力,其中空間段資產的低成本是下游成功運營的重中之 重。
參照國際先進經驗,中國衛星網際網路衛星星座低成本可採取以下途徑:
1)打破航天封閉體系,融合航天領域品質控制、汽車等大規模自動化製造經驗,推動衛星製造的自動化水 平,提升產量降低成本;
2)提升供應商集中度,優選衛星總體以及部件供應商,初期可以通過多家比測來選出優勢企業,以提升勝 出企業的大規模生產水平,同時也可使被淘汰方及時止損;
3)多選擇低成本、成熟技術,提高成功率。
目前,衛星產業鏈相關企業眾多,但我們預計,未來在中國低軌網際網路衛星星座建設領域,行業集中度會 比較高,優勢企業更具投資價值,建議選擇技術、成本、產能、經驗優勢顯著的頭部企業,包括中國衛星、康 拓紅外、航天電子、*ST 電能、航天發展、亞光科技等。
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