【国信证券】星链（Starlink）：引领卫星互联网革命.pdf

2024-01-25

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一、星链：卫星互联网领先者

星链(Starlink)是全球规模最大的卫星互联网星座

星链（Starlink）是SpaceX推出的一项通过近地轨道卫星群，提供覆盖全球的高速互联网接入服务。星链虽然不是最早进入近地轨道宽带互联网领域，但却是迄今为止成功发射卫星最多最快、获得落地批准国家最多、用户数量规模最大、全球影响力最高的卫星星座。 SpaceX于2015年提出了大规模巨型星座计划，目标是为美国以及全球的消费者提供高速、低时延宽带接入服务。2018年星链2颗原型实验星送入预定轨道，同年3月、11月，星链第一代LEO星座计划和VLEO星座计划先后获得美国FCC批准。2019年，星链第一批v0.9卫星发射进入预定轨道，开启星座建设；2020年开始于北美启动公测服务，2022年10月进入亚洲，2023年1月进入非洲。截止2023年12月，SpaceX公司已在全球超65个国家/地区可以实现业务落地，并计划2023年之后提供全球手机服务。2023年星链共发射了63次共1984颗卫星，并首次推出了新版本的星链卫星Starlink v2 Mini。

星链是SpaceX公司的四大项目之一

SpaceX的业务范围主要包括火箭发射、低轨卫星通信、空间站运输和未来航天运输四大领域。通过设计与制造可重复使用的太空运载火箭，将货物、人员和卫星载荷运送至太空。火箭发射：SpaceX的火箭发射业务分为军方发射和商业发射。军方市场是SpaceX公司的重点目标，商业发射则作为公司树立低价发射形象的窗口，并为公司的重复使用技术提供试验田。低轨卫星通信（星链）：面向消费市场提供低轨互联网通信服务，还能面向军方用户提供全方位服务，具备通信、侦查和感知等多方面的应用潜力。星链在2023年9月达到200万用户，成为SpaceX最主要的业务之一。空间站货物和乘员运输：SpaceX在“商业轨道运输服务”计划（COTS）和“商业乘员计划”（CCP）中均获得NASA大利支持，主要提供猎鹰9火箭和“龙”飞船方案，官方披露每运输50kg费用$275K。每年国际空间站货运任务大约3次，载人任务大约2次，截止2023年已运送42人到太空。未来航天运输：SpaceX计划用星舰来进行载人绕月飞行、前往火星等太空探索，该项目的超重-星舰仍在研制中。

SpaceX愿景让人类走向多行星，星链是火星计划的重要资金来源

SpaceX的愿景是通过开发星舰实现星际移民，比如火星。SpaceX计划在火星上建立一个载人基地，并希望将其发展成为一个自给自足的殖民地。公司认为这对人类物种的长期生存是必要的，而且火星计划将降低太空运输成本，使火星旅行具有更现实的可能性。该项目计划在火星发射窗口期间发射1000艘星舰，将100万人送往火星。星舰代表了一个完全可重复使用的运输系统，旨在将机组人员和货物运送到地球轨道、月球、火星和更远的地方。马斯克预计将于2029年执行首次载人火星任务，届时将搭载12人登上火星。星链是SpaceX火星计划的重要资金来源，并能辅助部署火星上的卫星通信系统。马斯克曾表示“星链可以产生数十亿美元的收入，可用于资助火星上一座城市的发展”。据Euroconsult估计，2023年SpaceX公司40%以上的收入可能来自星链的宽带连接服务，这极大地支撑了星舰项目的推进。一旦火星移民成为现实，SpaceX计划将其星链卫星星座技术也应用于火星，从而为火星上的人们“提供沟通的方式”。

二、商业应用不断丰富

星链主要业务分个人版(toC)和商业版(toB)

星链将服务划分为两个版本——个人版(Personal)和商业版(Business)。个人版已经覆盖了超过53个国家，商业版没有那么大的覆盖范围。用户签约和取消较为灵活，在订购之前，用户拥有30天的试用期，如果不满意，可以退回设备并获得全额退款：个人版为住户、房车、船艇提供服务。个人版适用于普通家庭用户，可提供50-200Mbps的下载速度和10-20Mbps的上传速度，时延在 20-40ms。商业版为固定位置、移动装备、海事和航空提供服务。商业版适用于大型组织和政府机构，提供业务速率能达到350Mbps的下载速度和40Mbps的上传速度，更安全可靠，有更多的卫星和更大的容量作为支撑，时延在20-40ms。

toC版服务主要提供家庭、漫游、海上连接业务

星链个人版于2021年11月发布，具体分为3种应用场景：住宅(Residential)：这是星链的旗舰计划，也称为星链标准版(Standard)，允许位于偏远地区的用户访问高速和低延迟的互联网，目前该业务已经拥有签约客户超过100万户。订阅费120美元每月，在所有套餐中最低，用户可以期望下载速度高达220Mbps，上传速度为5- 15Mbps，延迟为25-50ms。漫游(Roam)：该服务允许用户在远离他们注册地址的地方连接互联网，星链最初命名它为星链房车版(For RVs)。客户可以在星链获得运营许可的任何国家上网，但只限陆地上使用，主要针对房车或露营车等交通工具，目前该业务签约客户超过30万。船舶(Boats)：该服务提供在水中的网络连接，覆盖地球上绝大多数的河流、湖泊、海洋，主要针对船只、石油钻井平台和游轮运营商。水上星链要求至少配备一个平面矩形终端，以确保冗余和减少阻塞，船载终端售价2500美元。

2024年初新开设社区服务，实现10Gbps速率

2023年9月，星链宣布第一个社区网关已在美国阿拉斯加州的偏远岛屿部署完毕。该网关由四个6英尺宽的球形天线组成，连接速度最可、达10Gbps。SpaceX去年9月和电信运营商ISP OptimERA合作，在阿拉斯加一个偏远岛屿上部署首个社区网关Starlink网络，号称可支持数千家新客户，并表示网络接入能力可“显著改善偏远地区网络覆盖情况”。 2024年1月，星链正式在官网推出社区网关计划，起价为75000美元/Gbps/月，一次性预付费用为125万美元。支付预付费用后，星链将帮助建造整个网关设施，借助社区网关，星链卫星能够提供类似光纤的速度，使用最后一英里光纤、固定无线和移动无线向家庭、企业和政府提供网络服务。

三、星链通信系统原理

低轨卫星与地面构成空天地一体网络架构，相控阵技术是核心

典型的低轨星座系统包括空间段、用户段和地面段3个部分: 空间段由低轨卫星和星间链路组成，形成空间传输主干网络。卫星在空间中均匀排布，普遍采用均匀对称的星座构型。卫星作为空间网络的接入节点，起到天基移动基站的功能。卫星间可建立微波或激光星间链路，实现数据包中继转发。用户段包括各类用户终端、综合信息服务平台以及业务支撑系统等。由于功率限制，目前低轨宽带通信必须采用固定终端（如Starlink 地面天线+路由器）的形式建立局域网络以用于家庭接入；移动卫星终端主要用于卫星通话，远期集成于消费端应用或成为趋势。地面段包括信关站、综合运控管理系统以及连接地面核心网的基础设施。信关站起到连接卫星网络和地面网络的网关功能。综合运控管理系统包括网络、星座、数据、运营、数据等管理系统以及卫星测控站等，对全网进行综合管理和监控。

星链通过大规模组网保障覆盖有效性

多轨道面组网，通过频段错位形成多层覆盖，可提升网络容量。系统将不同轨道高度的卫星与可操纵的窄点波束相结合，可优化频谱使用。系统可以将非“串连”卫星的波束定向到“串连”区域以提供服务，在满足服务需求的同时也防止了卫星容量闲置。卫星规模组网，覆盖效率提升。卫星数量增加，可以降低星载相控阵天线和地面终端的波束扫描角度，有利于提高卫星及地面终端的相控阵天线功率效率，从而降低天线的功耗及重量。如下图所示，由于卫星数量的增加，星地链路传输距离变短，地面终端在高仰角工作，天线增益提升，提高了系统传输能力。

星链卫星部署四副相控阵天线，形成多波束赋形

星链卫星配置4副相控阵天线。每颗卫星上都有4个Ku和Ka波段相控阵天线，其中两个用于和多个终端通信，另外两个用于与地面站通信以中继互联网流量。这些天线可以在短时间内处理和重定向大量吞吐量，从而降低一个数量级的成本。星上相控阵天线形成多波束赋形。对收发端而言可采用同一套硬件平板结构，而在数字波束域进行不同信号处理。对于发送而言，可生成最多N个波束，即右图实现机制中250-1到250-N所示，此N路信号经过相位控制因子、低噪放/功放、M个天线阵子完成收发。

四、SpaceX 运载火箭研究

SpaceX火箭已发展20年，早期主要是NASA项目支撑为主

SpaceX成立于2002年5月6日，迄今为止已经实现了多个里程碑式的成就，彻底改变了太空探索的历史。这一发展史离不了NASA的支持，早在 2006年，NASA就授予了SpaceX价值2.78亿美元的商业轨道运输服务合同(COTS)。随着SpaceX星舰计划的推进，NASA计划在2030年代末之前前往火星，而不是原来所预计的2033年。

SpaceX占2022年全球发射30%，2023-2024年规划发射96/150次

2019-2022年，SpaceX火箭发射次数的复合增速达到67%，占全球发射次数的比例也逐年提升。2022年，全球的20家火箭制造企业共进行了187次发射活动，其中美国火箭发射87次，SpaceX的发射数量占全球发射总数的32.6%，占美国发射总数的70.1%。 2023年，SpaceX一共成功发射了96次（猎鹰9发射91次，猎鹰重型发射5次。已经打破它在2022年创造的年度61次轨道发射任务的记录。96次发射中，包含了63次星链发射，占据了66%，共发射了1984颗星链卫星，截止2023年底累计发射了5650颗星链卫星。按照马斯克的规划，SpaceX在2024年平均每月要发射12 次，全年预计150次。

猎鹰9是目前主力运载火箭，单箭已实现重复发射最大19次

截止2023年12月10日，猎鹰9号系列火箭已发射289次，其中287次任务成功，活跃版本猎鹰9 Block5已执行231次飞行任务，全部成功。猎鹰9号第一级助推器在266次尝试中成功着陆253次(95.1%)，而猎鹰9 Block 5的第一级则在234次尝试中成功着陆229次(97.9%)。除了12月底由于风浪在回港途中倾倒而毁坏的B1058（发了860颗卫星，将260公吨重量送入轨道）完成了19次回收以外，B1060、B1061和B1062等助推器也飞行了17次。

五、全球卫星运营商加速布局低轨星座

全球卫星互联网运营商陆续投入LEO星座建设

全球计划部署卫星互联网星座公司近30家，部署卫星数量超万颗。继SpaceX在2015年推出StarLink计划，目的是提供覆盖全球的高速互联网服务后，全球互联网巨头、初创公司等纷纷申请各自的卫星互联网星座，抢占轨位和频段。据不完全统计，全球宣布部署卫星互联网星座的公司近30家，部署卫星计划达3万颗以上。NASA预测，按照现有发展速度，70年后低轨道碎片密度将达到临界值，业界预计最终全球低轨卫星星座不会超过5个，未来将形成寡头垄断格局。卫星星座建设存在明显的先发优势。第一个卫星互联网星座Starlink于2019年底开始发射卫星，并于2020年底开始对网络进行Beta测试，截止2023年12月已经有超5000颗在轨卫星。OneWeb紧随其后，于2020年上半年开始发射卫星，目前已完成一代星部署。一些原来专注GEO、MEO 轨道的卫星运营商也开始投资低轨互联网星座，如Eutelsat、Intelsat、Telesat等。

Eutelsat：全球收入第三的卫星运营商，合并带来新机遇

欧洲通信卫星公司(Eutelsat)成立于1977年，公司业务覆盖欧洲、中东、非洲、亚太和美洲地区，为将近7000家电视台和1100个广播电台提供服务。公司于2005年在巴黎泛欧交易所上市，2019-2023财年的收入均超10亿欧元。2022年7月，Eutelsat宣布与LEO卫星互联网运营商 OneWeb合并，合并于2023年9月完成，并组成了新实体“Eutelsat Group”。 Eutelsat Group拥有来自Eutelsat的36颗对地静止(GEO)卫星和来自OneWeb的600多颗近地轨道(LEO)卫星。公司计划从2023年底开始，打造具有显著附加值的GEO-LEO组合产品，这将使其获得卫星行业的独特领先优势。公司官网显示未来有两颗新部署的卫星，预计在2024年上半年发射Eutelsat 36D，以接替位于东经36°的Eutelsat 36B，并将在2026年交付具有GEO-LEO联合服务功能的“Flexsat”。

六、关注国产卫星互联网投资机会

全球卫星互联网市场空间广阔，我国仍处在加速发展期

卫星制造空间：星链卫星制造商业模式成熟，目前V2 mini星近100万美元/颗，V2标准星或达到120万美元/颗（单星质量增大），考虑到卫星5年左右迭代周期，星链实现前期规划的4.3万颗卫星预计累计需要发射超过7万颗卫星，若以100万美元/颗计算，星链卫星制造市场空间约为700亿美元。我国“GW星座”和“G60星座”分别规划了1.2万颗卫星，Amazon Kuier星座规划了3600颗卫星，整体全球低轨卫星互联网市场空间超过1000亿美元。地面终端空间：星链应用商业模式成熟，下游应用中全球10亿住户卫星连接渗透率达5%、至2030年新增约5亿台车卫星连接渗透率达10%、船只保有量8万艘卫星连接渗透率达30%、私人飞机约3万架卫星连接渗透率达30%，若按照星链500美元标准终端（高端版2000美元），120美元 /月租费（高端版250~1000美元/月）标准测算，下游全球卫星应用市场空间约2000亿美元；以上测算参考各卫星运营商自研终端，若考虑今年将开启的手机直连卫星业务，市场空间或更大。

报告节选：

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