新质生产力系列② | 商业航天:浩瀚星空、天地一体开启产业新引擎

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写在前面的话  

 
 

新质生产力是未来相当长一段时期内引领和支撑我国经济高质量发展的重要驱动力量。目前,各地均在积极落实国家战略要求,加快布局新质生产力。新质生产力具有特定的内涵、特征以及内在的趋势规律,习总书记也强调各地要因地制宜发展新质生产力。新质生产力以新兴产业和未来产业为主体,但同时也包括了传统产业向新质生产力的转型和升级,传统与新兴互动融合、相互支撑,共同组成了现代化产业体系的核心内涵。为更深刻地认识新质生产力的重点产业领域,上海中创产业创新研究院推出新质生产力研究系列,围绕系列重点产业,把握产业规律、梳理产业链条、分析趋势格局、提出对策建议,为各地因地制宜发展新质生产提供参考和借鉴。本篇为系列文章第二篇,聚焦商业航天分析产业趋势、提出发展建议,为大家提供参考。

 
 
 
 
作者:上海中创产业创新研究院商业航天研究小组
字数:8k+

时长:10min

 
 
 

 

商业航天是依托市场机制运行,具有商业盈利模式的航天活动,主要包括运载火箭、人造卫星、载人航天、深空探测以及空间站等重点方向,目前主要以人造卫星和运载火箭为主,具体环节包括火箭和卫星的研制、发射、测控、地面服务、卫星终端及其应用服务等。商业航天是相对于国家力量推动为主、军用为主的传统航天事业而言,具有广阔的市场前景和发展潜力,成为各国竞相布局的战略必争之地。对于我国而言,商业航天的发展也正是我国从航天大国迈向航天强国的必由之路,对于竞逐世界航天版图的地位具有战略意义。

 

商业航天何以成为新的引擎赛道?

 

1.商业航天代表一国对空天资源的掌控能力,战略价值不言而喻

 

空天资源是人类历史上一直在探索利用的重要疆域资源,象征着人类对宇宙的探索、对自然的利用,也是一国高端制造能力和综合国力的重要体现。商业航天发展对于空天资源的利用具有重要价值,根据国际电信联盟(ITU)的规定,卫星的频率及轨道使用权采用“先登先占”的竞争方式来获取。根据专家的估算,地球近地轨道可容纳的6G卫星最大数量约为6万颗。因此,太空轨道作为一种稀缺资源,成为各国发射卫星的必争之地,是我们在空天资源利用的赛道上能否占据主动的战略领域。

同时,商业航天具有广泛的应用场景,客观上也要快速发展的需求。其应用场景覆盖了包括国土调查、水利、林业、农业、电力、应急管理、环保、海洋、气象以及智慧城市建设等在内的诸多领域。具体来讲,具备通、导、遥等不同功能的卫星,也具有差异化的应用场景,比如通过通信卫星,提供全球范围内的语音、数据传输服务,可以解决目前高空、深山等通信信号的“盲区”问题;通过遥感卫星,对地球表面进行观测,为农业、环境监测等行业提供数据支持,有效支撑我国在国土资源调查、地图测制、环境监测、防灾减灾、重大活动保障等领域的工作;通过导航卫星,为各类交通工具提供定位和导航服务等等,对于城市安全、自动驾驶、互联网行业的增值服务都具有广阔的前景。此外,一些商业航天企业还在探索太空旅行、太空基础设施建设等新兴领域。

对于我国而言,尽管商业航天的起步相对较晚,但是近年来发展迅速,而商业航天也是我国从航天大国走向航天强国的关键,这其中,不仅包括强大的商业火箭、卫星研发制造能力,也包括火箭卫星的发射能力、空间基础设施的支撑能力、航天对于国家安全、经济发展的服务能力,以及航天发展对其他科技进步事业的牵引能力。因此,商业航天具备区别于一般产业的非同一般的战略意义。

2.商业航天进入产业化爆发期,未来市场前景可期

 

从国际经验来看,欧美航天产业的发展也经历了从原来国家主导、军用为主向商业航天的转变,主要是因为传统的火箭卫星供给体系(主要是国家航空航天局NASA主导,)难以满足对空天资源利用的需求,而且持续的投入也为政府财政带来压力,在这样的背景下,商业航天应运而生。1984年,美国政府发布《空间商业发射法案》,向商业公司放开火箭发射业务,2008年开始采用市场化招标的方式推动“商业轨道运输服务”,中标公司就包括如今赫赫有名的Space X公司(太空探索技术公司),2010年美国颁布《美国国家航天政策》,提出要致力于鼓励和推动商业航天发展计划,至此美国的商业航天开始快速发展。近年来,全球商业航天产业蓬勃发展,美欧主要发达国家将商业航天视为国家战略,以美国SpaceX、欧盟OneWeb等领军企业为代表加快抢占频率和轨道资源。2023年全球共进行了223次航天发射任务,共发射航天器2932个,其中商业发射120次,次数占比54%,发射商业航天器2676个,数量占比91%。商业发射次数和商业航天器发射数量分别较2022年增长45%和21%。

从市场规模来看,商业航天产业链由许多环节构成,位于产业链上游的制造环节可分为卫星总体制造和卫星配套制造,发射环节可分为火箭总体制造、火箭配套制造、卫星发射服务等,而产业链下游则可细分为通信、导航、遥感应用等领域。从上游研制、发射,到下游运营、应用,几乎每一个环节都能创造千亿级别的市场。近年来,全球商业航天市场规模年均增长率保持在20%左右,根据美国卫星产业协会(SIA)的统计数据,2022年全球航天产业的总收入是3840亿美元,其中卫星产业总收入为2810亿美元,占全球航天产业收入的73%,主要包括卫星制造业收入、发射服务业收入(约70亿美元)、卫星服务业收入和地面设备制造业收入等。

从国内市场来看,根据中商产业研究院数据,2019-2023年,我国商业航天市场规模由0.8万亿元增长至1.9万亿元,年复合增长率达23.3%。据泰伯智库预测,2023-2028年,商业航天产业将进入发展黄金期,2025年中国市场规模将达2.8万亿元。

表1 商业航天细分领域市场规模及预测

课题组根据公开资料整理。

3、我国航天技术积累达到一定阶段,商业化大规模发展迎来新契机

 

一直以来,我国航天工业的发展主要是面向军用需求,并以国家力量为主导推动,航天科技集团和航天科工集团组成了我国航天工业的主体,助力我国航天产业形成了初步规模,也取得一系列举世瞩目的成就。

伴随着航天技术的积累和航天事业的不断进步,以及国际上商业航天发展带来的启示,我国也开始逐步放开商业航天市场,2014年起,我国开放民间资本从事火箭和卫星的研发制造,中国商业航天正是在2015年开始起步,不到十年里,中国民营商业航天领域迎来了跨越式的飞跃。到2023年,我国有5家民营火箭公司先后成功向近地球轨道发射13发火箭,同比2022年增长160%,同时,多个卫星公司也开始走向商业化闭环,2023年,中国共将270颗卫星送入太空,其中有137颗是商业卫星,占比已经达到65%。

从市场主体增长来看,2023年,我国商业航天领域新增企业数量超过了11万家,同比增长28.95%。其中43%为火箭制造企业、35%为卫星制造企业,一大批的民营企业加速崛起。伴随着市场开放环境的优化、空间信息基础设施的完善,占领频轨资源迫切性的加剧、我国航天技术研发持续突破等综合因素,我国商业航天将迎来爆发式增长的重要窗口期。

 

商业航天的技术趋势与应用场景

 

推动商业航天发展要把握、顺应行业发展的趋势,具体来看,如下四个方面的趋势值得关注。

1.卫星研制轻量化、批量化、低轨化明显

 

目前,卫星的研发制造有三个方面的趋势特征比较明显。一是卫星制造呈现轻量化趋势,更多采用一体化3D打印技术的拓扑设计、晶格设计等轻量化设计技术,以塑料、碳纤维复合材料等替代金属材料,有利于减少运载火箭发射的成本。二是卫星批产、智能化制造成为新模式,使卫星生产效率大幅提升,是构建大规模星座的前提,否则难以跟上占领太空轨道资源的速度要求。三是与中高轨卫星相比,低轨卫星研制具有周期短、成本低廉、传输延时短、路径损耗小等优势。卫星发射将加速过渡到微型、高频、短周期的轻量模式,微小卫星成为发射主流,中低轨道资源成为下一阶段太空开发的重点,太赫兹和激光通信技术等新型载波技术和编码技术加快研发。

2.运载火箭向提升运力、可重复使用、通用化设计方向发展

 

运载火箭来看,也呈现一些新的趋势特征。火箭的运力主要由火箭总体设计水平、发动机性能与制造水平、箭体结构设计与制造水平等多种因素决定。通过采用液体发动机新技术路径、提高发动机比冲、结构轻量化等方式提升火箭运载能力,成为商业火箭必然之路。火箭回收重复利用技术逐渐成为主流,具有发射成本低、运输效率高、生态友好等优势,突破高精度制导与控制、发动机推力控制、着落缓冲等技术成为关键。简化设计、平价材料替代能够降低火箭箭体结构成本,而广泛采用模块化设计,使用优惠的市场货架产品代替高昂的宇航级设备,实现配件批量化生产,将成为有效降低火箭研制成本的重要方式。

3.大众消费领域规模化应用开启卫星应用新时代

 

伴随着商业航天的发展,卫星应用的领域也逐步拓展,大众消费领域具有产品规模大、辐射作用强的特点,是扩大卫星应用规模、提高应用普及率、培育卫星应用发展新动能的重要领域。卫星导航应用迎来“万亿”级市场,北斗与各类新技术更加紧密结合,应用场景也更加丰富,手机、车载导航等卫星应用终端仍是主力,健康养老等消费新场景推动智能穿戴设备等终端产品迎来大发展。卫星互联网消费级终端研发加快,万亿级消费市场正在孕育期。基于遥感卫星数据的商业化应用层出叠现,以商业选址、生态保护、农业等为代表应用越来越广泛,各类商业软件、数据服务等为代表的服务新业态正获得巨大经济效益。此外,低成本、可回收利用等新技术催生了太空旅行、太空采矿、深空探索等未来新兴应用场景。

4.多技术集成融合成为卫星应用技术突破新方向

 

集成、融合意味着更小体积、更低成本、更丰富应用、广阔市场空间,这也成为卫星应用技术突破的新方向。如在导航领域,卫星+惯性导航、北斗+伪卫星室内定位/蓝牙室内定位等多模集成高精度定位技术是实现终端产品室内外高精度导航定位的主流技术,在智能手机、自动驾驶等领域应用广泛,但惯性导航所需高端陀螺仪、加速度计等传感器国内短板明显。通信领域,天地一体卫星互联网是下一代通信基础,“天体一体化信息网络”也是国家科技创新2030重大项目,而开发低成本、消费级、集卫星与蜂窝通信的双模或多模一体化终端无疑是通信卫星市场化应用关键。

5.卫星通导遥一体化加快融合

 

以地面网络为基础、以卫星网络为延伸,融合通信、导航、遥感、物联网等功能的智慧太空网络,覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间,提供覆盖更广、精度更高、更加稳健的时空服务,成为空间基础设施发展、空间信息应用的长期愿景和目标,通导遥一体化已成为我国抢占战略制高点,尤其是在实施重大灾害应急救援、全方位提供商业化大众服务的重大需求。智能手机在通信和导航一体化方面具有天然优势,物联网时代将进一步催生大量5G+北斗应用场景,无人驾驶车载终端、智慧养老智能手环等产品迎来广泛应用。而以遥感、导航为基础的地理信息产业进入加速期,开发通导遥融合技术,推动卫星遥感数据、地理信息数据和互联网数据融合应用将在商业、智慧城市管理等领域迎来广阔空间。

表2 商业航天应用场景代表性进展

 
 

商业航天的国内外竞争格局

 

衡量商业航天发展水平,核心的标志是企业的集聚水平,另外就是是否有国内重要的航天基地,相应的匹配卫星火箭研制与发射能力,以及对星座资源的布局。初步梳理来看,国际国内都有一些代表的企业,国内也形成了一些优势的航天集聚区或产业基地。

1.国际代表企业以美国的Space X和欧盟的OneWeb为例

 

美国Space X。2023年,美国共发射火箭116次,其中98次都来自美国太空探索技术公司(SpaceX)。除去2次实验性质的“星舰”发射,2023年,SpaceX旗下“猎鹰9号”和“重型猎鹰”可复用运载火箭共实施96次发射,全部成功,全球占比43%。2023年,SpaceX发射质量达1195吨,全球占比80%;发射的卫星数量为2514颗(其中“星链”占1948颗),全球占比87%。SpaceX作为私营航天公司,已经成为美国航天的主力,也是引领全球商业航天发展的风向标企业。Space X还发起了“星链计划”以及“星际飞船”等项目,前者的目标是建立一个由数千颗卫星组成的网络,为全球提供高速、低延迟、可靠和平价的互联网接入服务;后者致力于深空探索和多行星居住战略的实现。

欧盟OneWeb。OneWeb是一家创始于2012年的英国卫星互联网公司,提供卫星应用的各类地面行为。OneWeb星座于2023年年底前提供全球服务解决方案;2024年2月,阿根廷国家通讯管理局(Enacom)批准OneWEB等卫星互联网服务公司在阿运营,目前也在持续拓展多国对于公司相关服务的采购。

 

2.国内也形成了若干标志性的航天基地

 

北京:引领高地。自2015年在全国率先布局发展商业航天产业以来,经过近十年努力,北京已经成为全国商业航天产业链布局最为全面、产业发展最具活力的城市。目前形成了“南箭北星”的空间布局,北京经济技术开发区、大兴区集聚商业火箭研发制造企业,形成“南箭”产业集群;海淀区集聚众多商业卫星制造、测运控和运营企业,形成“北星”产业集群。培育了银河航天、星际荣耀、星河动力等30家国家级专精特新“小巨人”企业和100余家商业航天重点企业。

上海:航天重镇。上海火箭、卫星、终端及应用服务完整,拥有一批产业链重点企业,拥有航天八院、小卫星工程中心等火箭卫星研制企业,以及华测导航、泰素智能、千寻位置等卫星应用终端企业,在火箭总体研制、相关产业链配套、卫星批量制造能力以及终端设备配套方面具备一定优势,也布局了智慧天网、千帆星座等商业星座。不过,总体上,上海在民营商业航天企业的集聚和发展方面还有待增强。

西安:航天动力之乡。航空航天是西安五个千亿级硬核产业集群之一,其中,商业航天占据重要位置。作为我国航天产业发展的策源地之一,依托航天四院、六院等大院大所,形成了突出的竞争优势。航天领域国家级重点实验室12个,科研人员逾万人,集聚了国内航天1/3的科研生产力量。西安既有商业航天“国家队”——长征火箭、科工火箭等主力军,也有蓝箭航天、银河航天、天回航天等商业航天民营公司在西安布局的研发中心等。

成都:西部重镇。成都商业航天以地面通信领域为主,在卫星电子器件研制、火箭制造、地面设备及服务、空间信息应用、北斗导航应用等产业发展态势较好。近年来,成都涌现了一批商业航天代表性企业,包括国星宇航、盟升电子、星联芯通、创智联恒、大地量子等,再加上振芯科技、天奥电子等老牌企业,成都航天产业链日趋完备。

济南:崛起新秀。济南虽然商业航天布局较晚,但发展迅速,成为国内商业航天的一支重要力量。2019年济南与中科院空天信息创新研究院紧密合作,共同打造产、学、研深度融合的空天信息产业链。之后又成立齐鲁空天信息研究院,接着发布了空天信息的三年行动计划和卫星导航实施意见,成立空天产业专业投资公司,设立10个亿的产业引导资金,成立空间信息产业大学等,从而成就了商业航天通信、导航、遥感三个领域的全面布局。济南还发布了量子卫星“济南一号”、 “济高科创号”卫星(国内首颗星载一体化设计研发的X波段合成孔径雷达卫星)等,在全国商业航天版图中占有一席之地。

图:“济高科创号”卫星发射

长春:东北商业航天重镇。长春也是国内商业航天起步较早的城市,拥有中国商业航天开创者和领跑者代表——长光卫星,该公司2023年完成了“1箭41星”发射和组网任务,不仅刷新该公司保持的中国航天单次发射卫星数量纪录,而且把吉林一号组网卫星数量大幅提升至108颗,制造卫星数量超过130颗,打造了全球最大的亚米级商业遥感卫星星座。

3.若干商业航天“特色明星城”

 

商业航天产业发展在依赖硬核技术创新的特点,使得其在一些创新资源丰富的大城市先发布局,但又因为火箭、卫星的发射以及应用等特点,在一些非头部城市也形成了差异化的发展特色。如四川绵阳,被誉为“卫星工厂”,计划2025年完成6颗SAR卫星发射组网,为全球提供遥感数据服务;眉山也在4个月发射10颗光学遥感卫星,卫星数量国内领先;再比如,国内知名的商业航天发射场—海南文昌, 2022年,我国首个商业航天发射场——海南商业航天发射场在海南文昌开工建设,标志着我国商业航天发展迈入了新阶段。再比如,山东东方航天港,将打造国内首个集海上发射、星箭产研、卫星应用、配套集成、航天文旅为一体的商业航天高科技产业集群。目前,东方航天港招引集聚产业项目21个,总投资约271亿元,已成功保障我国10次57颗卫星海上发射任务。

 

商业航天快速发展的核心关键在哪里?

 

1.向核心关键技术突破要动力

 

商业航天是典型的硬核技术驱动型产业,技术的突破是推动产业发展的前提。具体来看,要突破的核心技术包括,液体火箭发动机技术、火箭可重复回收技术、卫星平台及载荷关键技术、规模星座组网核心技术、卫星终端产品产业化关键技术等。要加快布局一批国家级的创新平台,持续加大技术研发服务,攻克前沿关键和共性技术。

2.以培育壮大世界一流航天企业为目标

 

企业发展是商业航天核心竞争力的重要体现,因此,商业航天的发展要将培育壮大企业作为核心根本。从企业的分类来讲,一方面,要发挥好“国家队”的引领作用,发挥人才团队、技术积累和资金实力优势,加强核心技术攻关,持续引领航天前沿技术突破;另一方面,要高度重视民营商业航天企业的发展,营造公平竞争的市场环境,加大民营企业申请星座、测试验证、发射场基础设施等方面的支持。

3.以锻造具有竞争力的商业航天产业链为重点

 

商业航天既覆盖多个领域,也有较长的产业链条,应同步加强布局,空天地一体统筹来发展。一是持续突破运载火箭、卫星研发设计及制造优势。发挥央企主力军优势,以及民营商业火箭、商业卫星龙头企业,重点引进卫星推进器、高精度传感器、高精度惯性仪表、火箭控制系统等关键基础零部件研制。二是布局卫星运营服务。推动人工智能、大数据等数字新技术与空间信息融合应用,培育壮大卫星商业运营服务、专用软件及系统开发集成服务、数据处理服务、信息平台服务等空间信息应用领域,打造一批国内知名品牌企业。三是加快布局卫星终端。包括直连卫星智能手机、便携式卫星互联网通信热点等终端产品以及专用通信芯片等核心零部件等。

4.以示范应用场景牵引产业发展为路径

 

商业航天具有广阔的应用场景,要通过场景示范应用带动产业发展。如城市治理领域的应用场景,卫星的定位导航、遥感观测等技术,推动在城市治理、灾害预警、应急响应、公共安全、水务监测、生态保护、规划建设、安全生产等领域的应用;行业场景来说,可积极扩大北斗大众消费市场规模,推动在健康养老、儿童关爱、助残关怀、新兴消费、便民服务等领域实现广泛应用等。

5.以适配商业航天的产业生态建构为支撑

 

良好的行业生态是商业航天发展的保障支撑。具体来讲,一是强化政策支持。国家相关部门主要推动在卫星资源跨系统调用和市场化应用、电信运营许可、无线电频率台站等卫星应用政策方面的先行示范,支持有条件企业申请卫星通信基础电信业务经营许可证,设立商业航天发展专项资金等。二是加强标准体系建设。探索制定商业航天元器件标准以及相关质量认证标准规范,形成一批国家标准。三是搭建交流平台。加强产业孵化平台和交流平台建设,举办品牌峰会展会、创新创业大赛、产业链供需对接大会等活动,促进市场主体交流合作。

 

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作者:丁国杰 李光辉 王诗悦 揭永琴

编辑:龙彦霖

图源:摄图网、百度

 

2024年6月24日 10:37
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