時間：2021-09-06     信息來源：縱橫集團
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商業小衛星正在引領航天器上下游產業鏈重構

2020年以來，電動車的持續火爆鑄就了特斯拉和馬斯克的資本神話，卻也讓公眾忽略了SpaceX這家商業航天公司的耀眼光芒。

如果用投資人的視角來看：在過去的僅2年時間里，SpaceX的估值已經悄悄上漲了400多億美金，從320億漲到了740億美金。

這是個什么概念呢？

2019年4月，Forge曾經做過一張SpaceX估值的變化圖，大概是長這樣的：

到2021年4月，SpaceX完成最新一輪融資，這張圖已經變成了這樣：

如果把業務線拆開看，支撐這400億美金估值的很大一塊，其實是衛星，即Starlink。

自從2019 年 5 月首批 60 顆星鏈衛星上天以來，SpaceX 已經累計將1700多顆衛星送入軌道；在Starlink之前，全球在軌衛星也只有2300多顆，這家民營航天公司是以一己之力，將全球衛星總量提升了80%。

按照SpaceX的計劃，未來星鏈的衛星總數將達到12000-42000顆。

作為目前全球最熱門也最前沿科技的引領者，馬斯克選擇大規模押注「小衛星星座」，無疑有著他對于商業航天的深刻思考，而這對中國的投資者也有著許多啟示。

因此在本篇中，我們將嘗試一起去探討：

• 相比于傳統衛星，小衛星的區別和特點是什么？

• 為什么說小衛星星座重構了衛星產業鏈？

• 傳統航天和商業航天的區別是什么？

• 未來，中國衛星商業化的機會可能出現在哪些領域？

一、為什么衛星越做越小了？

其實，「小衛星」并非始于商業，而是始于軍事。

2006年，美國麻省理工大學驗證了「分離型航天器」的概念，引起了軍方的高度關注。在此基礎上，美國國防部很快制定「F6衛星系統」計劃，其核心思想是把“衛星的功能分散化、模塊化”。

比如，把一顆大衛星的功能分給六顆小衛星，形成一個衛星集群。

這種思路稱為“彈性空間理論”，在戰爭狀態下可以大幅提高衛星的生存能力，避免出現敵方一發導彈就摧毀已方整顆大衛星的情況。

盡管F6衛星系統沒能最終成型，但在一系列研究和實踐過程中，人們開始逐漸發現小衛星在天基全球通信、 遙感等一領域的巨大應用價值。

首先，是單顆小衛星的能力在不斷變強。

早年間小衛星只能做一些簡單的空間飛行技術實驗，更像是一個“玩具”；然而，構成一顆衛星的大部分元器件其實都是半導體產品，而半導體是遵循摩爾定律的。

舉個例子，左邊這顆是美國1999年發射的陸地衛星7號，右邊是天儀研究院2020年發射的海絲一號（1:4模型）。

對比一下，陸地衛星7號的重量是2200KG，海絲1號是185KG，兩者相差了12倍。

但在功能上，前者的分辨率只有15至60米，只能在晴朗的白天工作；而后者的分辨率已經達到了最優1米，能夠穿透云層，獲取全天時全天候的圖像數據 。

20年間信息技術的進步，已經讓衛星的性能大幅提升，類似于智能手機芯片越做越小，但算力卻越來越強。

受制于發射成本的限制，一個簡單的結論是：在功能一致的情況下，衛星體積和重量越小越好。

今天的火箭發射成本已經大幅降低，但商業報價依然在5000到20000美元/公斤左右，算下來一顆中型衛星的入軌成本，差不多需要1億元人民幣，而如果用一箭多星的方式走“團購”，發射一顆10公斤的小衛星只需要幾十萬元。

這在很大程度上擴展了衛星的潛在用戶群，讓高校、科研院所和發展中國家，也開始關注到了衛星服務市場。

第二，是小衛星的「系統可靠性」更高。

不同于汽車和飛機，衛星在發射后幾乎不可維修，因此通常的做法，是通過增加冗余和備份設計來提高衛星的可靠性。

按照傳統理解，大衛星比小衛星的體積更大、資源更多，冗余備份設計更全面，可靠性也應該相對更高。

但是如果站在頂層設計的角度，把衛星看成一個系統，大小衛星的「系統可靠性」區別就顯現出來了。

一顆大衛星的造價往往非常昂貴，因此為了“確保成功”，就不得不增加冗余和備份設計來提高可靠性。由此進一步帶來更高的系統復雜度和更加高昂的成本，最后做出來的衛星，往往都要有幾十萬個零件構成。

這樣一個復雜的系統，即使每個零件的可靠性都是99.99%，但0.01%連續相加幾十萬次，發生故障的概率依然很高。

舉個例子，和平號空間站（空間站可以看做是一種“可載人”的大衛星）在服役的15年中，前后總共出現了2000多個故障點；經過歷代宇航員們的努力，其中有1000多個故障還是始終沒能修復，bug越攢越多，最后威脅到了乘員安全，只能報廢。

從這個角度來說，大衛星路線本身，就意味著「把雞蛋裝進同一個籃子」。

而如果改用多顆小衛星代替單顆大衛星，在功能相同的前提下，由于小衛星的設計復雜度低很多，零件數也更少，出問題的概率就會低得多。

此外，小衛星成本很低，哪怕出現故障，也可以后續再補發，甚至可以一開始就多部署一些作備用，隨時替換故障衛星，相當于在小衛星的數量上做冗余備份，增加了整個系統的“彈性”，獲得了。

目前這樣的技術已經被馬斯克用在了「星鏈」上。

圖：60顆Starlink小衛星被折疊后裝入獵鷹9號火箭頭部

第三，因為系統可靠性高，所以小衛星也「更敢于采用新技術」。

不同于大多數人的認知，衛星的電子設備其實是遠遠落后于消費電子行業的——即使是最新型號，衛星上的芯片性能也比同時代的IPhone差了幾個數量級。

太空環境遠比地面上嚴苛，大量高能粒子會破壞電子設備的微結構，因此芯片的技術含量越高、構造越復雜，也就越容易損壞。

過去一顆大衛星造價動輒數億美金，為了保證使用壽命，就不敢用太先進的電子元件，一切以「求穩」為主。

但小衛星造價只有大衛星的幾百甚至幾千分之一，壞了也不會造成特別大的損失，因此會更傾向于采用更先進的技術。

另一方面，大衛星從設計制造到發射，一般需要兩三年的周期，而小衛星的部署非常靈活，最快只需要幾周，遇到突發事件可以隨發隨用，這也是小衛星能夠使用高性能元器件的另一個原因。

因此從這個角度來看，小衛星技術更大意義是推動了整個衛星技術體系的迭代周期，從而實現了成本持續降低的正向循環。

 圖：小衛星降低衛星成本

二星座：從「單體式」向「分布式」的進化

正如前面提到的，「分離型航天器」最早的想法是分散風險和降低成本，但在很多場景下，功能不同的小衛星經過組合之后，可以起到「1+1>2」的效果。

比如有的衛星可以只裝高性能芯片，做成整個星座的“大腦”，專注于數據計算，其他輔助小衛星做成不同的遙感或者通信單元，彼此分工協作。

這樣整個星座可以根據任務需求自由組合或者增減衛星，像魔方或積木一樣，開發出各種新的功能和場景。

而從一個更大的格局來看，星座技術更像是一種「衛星理念的變革」——類似于從單細胞生物像多細胞的過度，推動衛星從「單體式」向「分布式」進化。

 圖：遙感星座在軌模擬圖

當然，小衛星星座的缺陷也很明顯：因為體積小，所能攜帶燃料和電池也少，單顆衛星的壽命和續航能力有限；另外一些大型儀器設備始終是無法小型化的，只能由大衛星來完成。

但從整體看，作為這場21世紀“軌道革命”的重要「增量」，小衛星星座的價值已經越來越為航天業所接受。

無論是在軍事、遙感監測還是通訊領域，近年來小衛星的占比都在持續增加。

根據歐洲咨詢公司的測算，2019-2029年全球小型衛星的發射數量將達到10105個，增長率超過460%；小衛星市場的總值將達到513億美元，同比增長251%。

「衛星微小化」已成為各國政府和科技公司爭相投入的熱門方向。 

表：2009-2029全球小衛星市場現狀及預測；資料來源：歐洲咨詢公司《小衛星市場前景》

三、遙感星座：更多中國初創企業選擇的方向

衛星星座按照用途，可以分為四大類：導航、通信、遙感和其他。 

圖：衛星的分類（按用途）

其中，「導航星座」的代表就是北斗——這是個幾乎完全依靠國家力量建立的系統，主要目的是擺脫對GPS的依賴。

當時的北斗面臨的是“有沒有”的問題，因此必須要靠國家隊主導，下一步則要解決“好不好”的問題，具體到項目上，就是預計在2035年實現組網的「下一代導航」系統。

目前這套系統正在由多個商業衛星公司積極參與建設中；站在國家的角度，也希望引入市場化力量參與。

因此業內的普遍看法是：「下一代導航」會以一種“商業化為主，國家優先使用”的形式呈現。

不過，由于「導航星座」具有較強的「排他性」，之前進入的企業已經完成了卡位，實際上留給后來者的空間不太多。

從這個角度來說，「導航星座」更大的機會可能還是在應用端。

下一代導航的精度至少比現在高出一個數量級，更高的精度會為帶來新的場景——比起衛星本身，這些場景應用可能是創業公司更好的機會。

在「通訊星座」領域，最知名的莫過于馬斯克的星鏈計劃，這也是目前小衛星星座中最熱的方向。

但「通訊星座」最大的問題，是前期投入非常巨大，在很長時間里沒有正向現金流，這對創業公司來說并不友好。

建立一個寬帶通信星座至少需要300-400顆衛星，窄帶星座也要五六十顆，形成系統后才會產生收入；如果是小批量，打十幾顆衛星上天，其實很難為用戶提供持續穩定的網絡服務。

比如之前另一家很火的公司OneWeb，花費5年時間，發射了74顆衛星后依然沒有任何營收，融資燒完只能宣布破產；雖然最后被英國政府以及印度富商救活，但距離系統建成仍然還很遙遠。

另一方面，美國地面基站較少，大部分國土的網絡信號很差，對于衛星寬帶的需求更迫切，而中國的4G、5G技術全球領先，5G基站在全球的占比已經超過70%，這也決定了中美兩國在衛星通信的發展路徑上可能會很不一樣。

監管層面，目前中國的地面通訊都需要牌照，通訊星座未來大概率也會參照實行牌照準入，這對于創業團隊來說也會是一個很高的門檻。

因此從上述維度看，中國的「通訊星座」還屬于較為「超前」的領域，單靠商業航天的力量很難獨自前行，未來還需要和國家隊一起，共同推動這個市場的形成和發展。

因此相比于“星鏈”，更多的中國初創企業選擇了「遙感星座」作為自己的創業方向。

盡管遙感衛星的市場體量是目前四類衛星里最小的，但是成長速度卻是最快的。

2020年全球遙感衛星是759億美元，其中上游制造是236億美元，下游服務是423億美元，5年預計的年增長率是14.9%。

衛星數量的話，根據美國衛星工業協會2020年的統計，全球在軌衛星數量的年平均增長率為17%，其中遙感的比重排第二，占了27%。

「遙感星座」的最大優勢是不依賴規模，不需要燒錢——只要有少量衛星能夠穩定的傳回圖像數據，就可以開展業務，形成收入和價值。

此外，不同于導航和通信，「遙感星座」不是一個封閉系統，基本不存在排他性，新玩家進入相對容易。

更重要的是，遙感是一個全新的增量市場。

以前遙感的規模小，主要是當時衛星的能力差、數量少、價格高；傳回的圖像看不清，也不能實時響應，大家想不到這種衛星有什么用，想到了也買不起。

換句話說，很多需求本身是存在的，只是供給能力不足抑制了需求。

舉個例子，這幾年中國的環保部門在打擊非法采礦，取得了很大成效，但在過去，這其實是一件很難的事情。

一方面是這些人大多是本地人，受到當地勢力的保護，另一方面偷采活動都是在晚上進行，如果想去取證，開車進山會有人堵路報信，派無人機也會被干擾或破壞。

但是現在，遙感衛星已經很好的解決了這個問題：通過衛星照片，環保部門可以清晰看見某個地區突然出現大量卡車，之后又迅速消失，拿著這些證據，執法人員就可以準確抓捕犯罪分子。

再比如商業領域，美國有一家專門提供衛星數據的分析業務的公司，叫RS Metrics。

它們會用衛星持續拍攝全球各大煉銅廠的衛星照片，收集如庫存面積，卡車數量，員工車輛數量，甚至垃圾車數量等數據，然后通過建模形來預測銅價的走勢。

因為是實時監控，RS Metrics的信息甚至會比煉銅廠自己的數據更快、更準確，由此可以在市場上套利獲取收益。

對此，天儀楊峰曾經用「長尾理論」來解釋商業航天的發展軌跡：

在傳統的航天市場里，因為成本極其的昂貴，客單價極高，因此市場很小，基本上只有政府和軍方。

但是隨著單位成本下降，很多新的使用場景開始不斷出現，新增市場會越來越大。

從這個趨勢來看，未來兩類衛星數據的價值可能會越來越大：

一是高分辨率的光學數據（達到0.5米到1.5米的精度）；

二是SAR衛星數據——這類衛星通過主動發射電磁波，接觸到地面物體反射回來后形成圖像，由于不受自然條件限制，理論上可以做到隨叫隨到、快速響應，形成類似Saas的常態服務。

簡而言之，隨著單位衛星數據成本的降低，「高分辨率圖像數據」的市場規模會持續擴大，越來越多的用戶也會愿意為此買單。

四、從賣服務到賣產品：衛星產業鏈的重構機會

小衛星星座推動了整個衛星技術體系的迭代周期，也重構了整個衛星的設計思路。

這也引出了一個問題：傳統航天和商業航天的區別是什么？

本質上，傳統航天是「做項目」，簡單來說就是“先有訂單再干活”。

一顆衛星的核心部組件，比如計算機、車控、電源、控制、數傳、通信，每個部分都有很高的專業性，需要有不同的團隊分別承擔。

因此在傳統模式下，一般都是由政府或者軍方首先提出需求，各個研究院（美國是軍工集團）根據指標要求來定制產品。

這樣造出的衛星，實際上是一種“非標品”，整條產業鏈是以「達成任務」為導向，為了保證萬無一失，天然會選擇犧牲成本和效率。

比如前面提到的衛星芯片，宇航級的設計理念是“高防護+低性能”。把芯片造的很強很貴，可以抵御幾十兆電的高能沖擊，即使被粒子打中還可以正常工作，但對計算性能的設計要求反而會較低，因為簡單就意味著不易出錯。

而商業航天的思路是「賣產品（服務）」，先把衛星打上去，再找客戶銷售；成本導向下，會更加看重產品的標準化和性價比，對新技術和失敗的接受度也更高。

這樣的衛星一般會直接使用工業級芯片，造價會比宇航級低一兩個數量級，然后利通過模塊分區備份和備用小衛星來對沖風險，犧牲一部分可靠性，換取成本的大幅降低。

從這個角度來看，商業航天的本質，并不是「把原來已經成熟的技術拿出來商業化」，而是走了一條「平行于」傳統航天的新路線。

正因為兩種模式的區別，我們認為在商業航天這條全新的產業鏈上，很可能會誕生一批優質的初創企業。

具體到細分領域，決定衛星性能的主要有三個維度：

1）發電能力：發電能力越高，衛星能承受的載荷越大，工作時間也就越長，能搭載的功能就越多。

2）數據傳輸能力：決定衛星能否把看到的東西傳回地面，能傳多遠，傳多快。

3）控制能力：包含衛星的姿態控制和軌道控制，其中姿態控制決定了衛星“拍照時手抖不抖、抓拍時快不快”；軌道控制決定衛星在編隊飛行和星座構型時的控軌和變軌能力。

圖：衛星性能的三大維度

這三項能力分別對應著衛星的電源系統、數據傳輸系統和控制系統，三者加起來，可以占到一顆衛星總價值的一半以上。

它們的共性是既有一定的技術壁壘，又有通用性，每一個方向都可以挖得很深，也都可能誕生一些細分的頭部制造商。

比如險峰投資的魔方衛星，他們探索的方向就是通過工業化的方式，降低電控等衛星核心零部件的成本，目前幾個規格的部組件已經實現了國產替代，并拿到了真正意義上的批量化訂單。

圖：險峰在商業航天領域的布局（截止2021年8月）

未來當衛星行業成熟到一定的階段，這些頭部制造商可以憑借裝備壁壘和產業鏈整合能力，形成局部優勢。

而其他衛星制造商也將不再從事制造，只做設計，出現類似蘋果和富士康一樣的分工。

長遠來看，整個衛星行業會變得越來越細分，越來越集中，越來越高效，越來越便宜。 

最后總結一下：

• 「小衛星」是未來衛星市場的主要增量，它推動了整個衛星技術體系的迭代周期，實現了成本持續降低的正向循環。

• 「小衛星星座」是一種衛星理念的變革，類似于從單細胞生物像多細胞的過度，推動著衛星從「單體式」向「分布式」進化。

• 比起starlink，「遙感星座」是目前更多中國初創企業選擇的方向，值得投資者關注。

• 商業小衛星正在引領航天器上下游產業鏈的重構，在這條全新的產業鏈上，將很可能會誕生一批優質的初創企業。