中国商业航天产业发展报告
2022-06-09
来源:中关村商业航天产业联盟(ID:cncaia)
在新的历史时期下,中国航天产业被赋予了新的责任和使命。习近平总书记在2013年指出“发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦”,首次将航天梦上升至中国梦的高度,充分凸显了其战略地位。党和国家领导人关于建设航天强国的指示精神,既是对我国航天产业发展取得成绩的肯定,也是党、国家和人民对航天产业未来发展的期望和要求。建设航天强国,已经成为我国航天产业现阶段最紧迫、最重要的发展使命和目标。
商业航天作为我国航天工业发展的重要补充和生力军,近年来发展迅速,依托中国雄厚的航天工业技术基础和人才储备,商业航天企业在研发设计、生产制造等具有一定的规模,但我国商业航天整体处于探索和业务布局阶段,还未形成真正的产业闭环,在发展过程中,也暴露出了一些共性问题。在此背景下,中关村领创领创商业航天产业联盟联合钱学森空间技术实验室开展商业航天产业现状调研,编写了《中国商业航天产业发展报告(2021年)》并于2022年4月24日在首届中关村商业航天大会上正式对外发布,旨在为商业航天产业健康快速发展提供有效的参考。
本报告走访调研了国内数十家主要商业航天企业,涵盖产业链主要环节,具有较好的代表性。报告从商业航天的定义、政策与法规、业务活动、市场、产业分布及发展趋势等维度,反应当下商业航天产业的现状和挑战,并对未来发展给出建设性建议。本报告得到了中关村领创商业航天产业发展联盟多家成员单位的鼎力支持。
商业航天的内涵和定义
关于商业航天,各航天大国都是根据自己国情、发展目的、技术基础等做出了相关内涵界定。
美国:2010年美国《国家航天政策》中提出,商业航天活动是“私营企业在承担适度的投资风险和责任的前提下,提供航天产品和服务的活动。商业航天活动与基于市场动机的活动都以控制成本、优化投资回报率为目标,均具有为现有或潜在非政府用户提供产品和服务的法定资格。”,根据概定义,包括三个方面:一是国家类航天工程项目商业化运行。即把私企能承担的国家重大航天工程项目(涵盖军事航天工程项目),都通过市场竞争机制交给私企运营;二是非政府航天工程项目商业化运行。即航天项目完全由私营企业自行发起、社会投资、自主经营、自担风险;三是航天应用领域商业化。即私营企业围绕卫星通信、卫星遥感、卫星导航等领域提供航天产品和服务的活动。
欧洲:主要航天国家对商业航天的普遍认识是,按市场规则运行的所有航天活动,如企业以竞争性方式承接欧盟、欧空局或欧洲国家的政府项目,包括使用公私合作模式(PPP),由公私各方共同承担责任和融资风险,实现航天资源的高效配置。对企业的所有制属性不做过多限制。
我国:关于商业航天,国内还没有统一的、被业内广泛接受的成熟概念。本研究中,商业航天定义为按市场规则配置技术、资金、人才等资源要素,以盈利为目的、独立的非政府航天活动及商业行为。
商业航天的发展
随着世界航天经济的发展,航天产业是当今世界上最具挑战性和广泛带动性的高科技领域之一,是国家综合国力的集中体现和重要标志,是国家战略新兴产业和先进制造业的重要组成部分。近几年来,随着航天技术的不断发展和航天产业规模的日益扩大,商业航天快速发展,以商业运载火箭、低轨互联网星座、亚轨道旅游、商业遥感等为代表的商业航天各领域得到迅速推进,航天产业呈现新的发展态势,成为推进全球航天产业经济发展的重要动力,商业航天已经稳居世界航天经济的核心主导地位,并呈现高潮迭起的态势。
商业航天的发展催生了新的航天发展模式,培育了新型的航天企业主体,进一步激发了航天发展的新活力,展现出了旺盛的生命力和良好的发展势头。2021年,全球航天产业收入已达6000多亿美元,其中商业航天占比高达80%,商业航天产业已经成为世界发达国家倍受追捧的战略性新兴产业,成为推进全球航天产业经济发展的重要动力,是建设现代化产业体系的新机遇、新动能、新赛道、新业态,是社会资本热捧的投资前沿领域,同时也是世界大国战略竞争与博弈的主阵地、主战场。
作为航天产业的战略型先导产业,商业航天能够充分发挥民营效率优势,构建上下游产业链体系,整合技术降低成本;以航天技术成果转化与应用为特色的产业链条快速延伸,在信息安全、安防安保、空间生物、节能环保、物联网、新能源、软件、气象工程、特种装备等民用产业领域形成了一定产业规模,对于带动周边产业发展及升级具有十分明显的作用。商业航天的快速发展,使得传统的生产模式正在被颠覆,新经济、新业态得到快速的应用和催生。
商业航天政策与法规
总体上看,我国直接针对商业航天产业出台的监管政策较少,但我国针对航天产业本身的监管政策,对商业航天也同样适用,并在某种程度上对我国商业航天的发展产生了深刻影响。从这个意义上说,我国在商业航天的火箭研制与发射、卫星研制、卫星应用、频率轨位资源管理等环节都有相应的政策法规加以规范,这些规范性文件从当时管理需求出发,对相关领域的规范发展起到了重要作用,但也存在一些文件与其所应有的法律位阶不相适应、一些文件已不适应当前发展现状等情况,对这些文件应该视情况转化为法律或予以废止。
国家对商业航天监管的规范性文件一览表
近年来,国家密集出台各类支持商业航天发展的政策或规划,覆盖卫星研制、发射、卫星应用等细分领域,有力地促进了商业航天的发展。从政策具体内容来看,主要包括在相关政策或规划中提出未来某一阶段的具体发展目标,或者提出鼓励发展的细分领域。
国家促进商业航天发展的有关政策一览表
由于商业航天产业属于高科技产业,产业带动力较强,经济效益明显,因此深受我国地方政府欢迎。随着各地“十四五”规划的出台,从各地“十四五”规划中,也有许多关于商业航天产业相关的内容。据统计,我国不含港澳台的31个省级行政区域相继发布的“十四五规划”中,有30个省级行政区域提及了商业航天或航天产业发展有关的内容,占比高达96.7%。
部分地方政府促进商业航天发展的政策文件
从全国各省级行政区“十四五”规划中对航天产业的政策定位来看,基本可以分为定位为以制造业为主(产业链上游)的省份和定位于以服务业为主(产业链中、下游)的省份两类。前者一般拥有较好的传统航天产业基础,且经济实力较强,往往还会往产业链下游(服务业)延伸;后者较多聚焦于本省产业结构,将卫星应用作为重要手段为本省经济发展有关领域的转型升级赋能。
省级“十四五”规划中主要定位于航天领域制造业的省份图
省级“十四五”规划中主要定位于航天领域服务业的省份图
商业航天活动
商业发射活动:商业发射是指以盈利为目的进行的运载火箭发射活动,所搭载的载荷类型主要是国内外商业卫星。本报告主要通过火箭搭载载荷的性质和火箭研制方背景来判断是否为商业发射。
我国最早的商业发射可以追溯到1990年用长征三号火箭对亚洲一号卫星的发射。发展至今,商业发射领域是目前资本最为关注的商业航天细分领域,也是近年来融资金额最大的商业航天细分领域。近年来,我国在商业发射领域发展迅速,一系列重点商业火箭型号陆续完成了地面试验、总装、发射等活动,并形成了一定的社会影响力。近年来该领域主要商业航天活动如下表所示:
2015-2021年我国商业发射分类情况图
2015-2021年各型号火箭商业发射次数图
火箭研制活动:在商业火箭的研制上,我国的“快舟”系列火箭是先行者,早在2013年我国就首次采用“快舟”固体小型运载火箭以一车一箭车载机动发射方式成功将“快舟一号”卫星发射升空;2018年,我国的零壹空间公司又发射了首颗民营商业火箭“OS-M”;2021年,星河动力公司研制的“谷神星一号”取得了民营商业火箭的连续发射成功。目前我国已发射和在研的商业运载火箭型号合计超过20种。
我国已发射和主要在研商业运载火箭情况表
商业卫星研制:商业卫星是指在轨运行后将以商业化方式运营并用于盈利目的的卫星。总体上看,目前我国遥感卫星和导航卫星领域都呈现出以公益卫星为主体,商业卫星为补充的特点;通信卫星领域当前商业化程度较高,大部分民用通信卫星都已经以商业化方式运营。据统计,截至2021年12月底,我国共有在轨商业卫星(不含试验星)179颗。
1、商业遥感卫星
我国第一颗完全以商业化模式运营的遥感卫星为北京二十一世纪公司所运营的“北京一号”遥感卫星,该卫星由我国与英国的萨里卫星技术有限公司(SSTL)合作设计制造,于2005年投入使用。到2015年,由长光卫星公司研制的“吉林一号”光学遥感卫星发射升空,该卫星是我国第一颗自主研发的商业遥感卫星。从2015年至今,我国商业遥感卫星研制领域蓬勃发展,已经成为当前我国商业卫星研制数量最多、最活跃的领域。主要包括吉林、高景、北京、珠海、航天宏图、海丝、星时代、天雁、千乘、佛山、齐鲁、潇湘、灵鹊等系列卫星。到2021年底,我国商业航天公司、高校和产业应用研究机构、地方政府等各类主体已规划商业遥感卫星星座计划27个,规划卫星总数超过1801颗。2021年当年,我国研制并成功发射商业遥感卫星及其试验星20颗,具体情况如下表所示:
2021年我国发射商业遥感卫星表
到2021年底,我国已发射商业遥感卫星及其试验星超过87颗,其中绝大部分属于光学遥感卫星,部分遥感星座建设情况如下表所示:
我国主要商业遥感卫星星座建设情况表(截至2021年底)
2、商业通信卫星
我国民用通信卫星开展商业化运营之路最早可追溯到二十世纪八九十年代,至今已探索出了一套适合我国国情的商业通信卫星发展之路。在研制领域,地球静止轨道通信卫星的订单基本被国家航天力量所把控,总体研制层面缺乏民营企业参与。到2015年后,随着国家对商业航天的鼓励政策,我国开始不断有民营企业涉足低轨商业通信卫星研制,目前我国民营背景的商业通信卫星主要集中在低轨互联网通信卫星和低轨物联网通信卫星的研制方面。
2021年我国主要商业通信卫星发射情况表
目前我国商业通信卫星包括亚太卫星、亚洲卫星、鑫诺卫星、天通卫星、中星等地球静止轨道卫星系列和正在规划建设中的星网、上海垣信卫星、九天微星、天启等低轨通信卫星系列。
我国同步轨道商业通信卫星情况表(截至2021年底)
除星网和上海垣信卫星的低轨星座外,其他部分已公布的低轨星座建设情况如下表所示:
我国低轨商业通信卫星建设规划情况表(截至2021年底)
3、其他商业卫星
除了商业遥感和商业通信卫星外,目前国内商业航天领域还包括商业科学实验卫星、商业AIS卫星、商业电磁频谱探测卫星、商业低轨导航增强卫星等。2015年至今,我国在这些商业航天细分领域也取得了较大的进步:
2016年我国第一颗商业科学实验卫星“潇湘一号”发射成功;
2017年,我国第一颗低轨导航增强试验用卫星和第一颗AIS商用海事卫星分别发射成功;
2019年,我国第一颗商业电磁频谱探测卫星“钟子号”发射成功。
其他商业卫星研制和发射情况表(截至2021年底)
卫星在轨运管服务:航天器在轨正常运行所需保障性服务包括:测控与数据接收、遥感卫星定标、碰撞预警等服务。
1、商业测控和数据接收服务。据统计,经过近几年的快速发展,目前我国商业测控站已遍布全国和海外地区,测控站点的设施设备数量合计超过100台套。我国部分商业公司地面站点建设情况如下:
我国主要商业公司地面站网
2、 碰撞预警服务。近年来,随着以SpaceX为代表的商业航天产业的兴起,在轨卫星数量爆发式的增长,发生空间碰撞的风险急剧增加。据新闻报道,仅2021年,SpaceX的星链卫星就曾2次靠近中国的空间站,给我国执行在轨任务的航天员带来了巨大的风险,并使得尚在建设阶段的中国空间站组合体实施了两次“紧急避碰”。从国际法来说,由于各卫星均有归属国,各归属国均有义务避免碰撞的发生,在此需求下,天链测控于2021年开发部署了“碰撞预警分析系统”,经过多次实战化验证,系统具备了为各卫星用户提供常态化碰撞预警分析服务的能力,同时天链测控与国内权威单位建立了良好的碰撞预警信息共享与通报机制,已具备常规预警、应急预警和控制过程预警等多种模式下的预警能力。
3、卫星定标服务。定标指用标准设备对仪器仪表进行校验、调整以保证其测量精度。遥感卫星定标是指在遥感卫星过境时,对地面定标场进行拍摄成像,地面设备测量大气状态及地面状态,对卫星实际成像与地面数据进行比对,分析评判卫星成像误差。遥感卫星定标需要借助专业的定标设施进行。
传统的遥感卫星定标与真实性检验技术和相关基础设施功能单一,建设成本高,共享性低,无法满足我国商业卫星领域日益增长的定标与真实性检验需求。从国内卫星产业的发展情况来看,商业化将成为未来一个重要发展趋势。
卫星应用:传统的航天应用以卫星为主,包括通信、导航、遥感、科研四大方向。随着商业航天的 兴起,产生了新的方向,在卫星通信领域出现了卫星互联网,以及太空旅行、太空采矿、 深空探测等。更长期的如建设太空基地、移民火星等,也是人类航天技术未来可能的发展方向。
1、卫星遥感:卫星遥感商业应用的主要产出是卫星遥感图像及以遥感图像为基础的图像分析服务。具体业务划分包括:数据接收业务、遥感数据增值业务、信息产品业务、大数据产品业务。
2、卫星通信。按照传统划分,我国卫星通信应用按业务模式可分为卫星电视直播、广播业务,卫星固定通信业务和卫星移动通信业务。我国卫星通信应用领域长期以地球同步轨道通信卫星所提供的传统直播、广播和固定通信业务为主,卫星通信应用产值规模一直偏小。
2016年前后,随着国外“Oneweb”和“星链计划”不断取得突破性进展,国内对低轨通信卫星应用的关注和热度也在不断增加。一些民营企业如九天微星、银河航天等陆续成立并致力于在该领域的发展。当前,我国卫星通信应用领域已经形成了三条特征明显的赛道,即地球静止轨道卫星通信,低轨卫星通信,卫星物联网,三条赛道有明显不同的主导、参与者和商业模式。总体来看,地球静止轨道卫星倾向于提供电视直播、广播,政府、企业专网通信、高轨移动通信等;低轨通信卫星侧重于发展互联网接入、低轨移动通信等;物联网业务可由高轨或低轨通信卫星提供,一般为窄带数据传输业务。由于技术和行政准入门槛相对友好,卫星物联网领域也是民营企业提供服务最活跃的赛道。目前已经广泛应用于城市交通基础设施监测、城市周边生态环境监测、气象与自然灾害监测、空天地一体森林防火等领域。
3、卫星导航。目前我国卫星导航已广泛应用于智能手机、可穿戴设备等个人消费领域以及电力、交通运输、公共安全、森林防火、防灾减灾等行业应用领域。卫星导航应用是目前我国应用卫星应用领域规模最大、发展最快、产业化发展最成功的领域。
与卫星导航技术研发和应用直接相关的,包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值在总产值中占比为32.11%,同比增长11%;包括与定位导航授时应用相关的其他各种数据及软件产品、各类集成应用系统、基于位置信息的运营服务业务等在内的,由卫星导航衍生带动形成的关联产值达到2738亿元人民币。同时,我国北斗已经走出国门,在俄罗斯、巴基斯坦、泰国、缅甸、新加坡、印度尼西亚等国得到应用和推广。
技术创新:随着规模化星座组网建设需求牵引及国外先进制造理念影响,国内卫星批量化生产线也逐步开始规划和建造;不断提高星上自主运行和自主任务规划能力,自主完成卫星长期在轨状态管理和运行监测,星上自主实现用户定制的各载荷在轨应用模式的相关操作复杂的控制指令序列,减轻地面测运控压力;液体火箭宽范围变推力控制技术是可重复使用液体火箭得以应用的瓶颈技术。国内目前在飞的液体火箭发动机基本上还是定推力发动机,即使有一部分具备变推能力,但也是阶跃性调节。
商业航天市场
根据测算,我国火箭研制总体规模从2015年63亿元人民币增长到2021年134亿元人民币;卫星研制总体规模从2015年244.9亿元增长到2021年已达到519.6亿元人民币,其中,商业微小卫星(<200kg)研制规模从16.6亿元增长到36.6亿元。卫星应用市场2021年我国卫星应用产业规模约为6837.8亿元人民币;航天保险市场方面,我国由中国人保牵头,在1997年成立了“航天保险联合体”,目前该联合体成员几乎包揽了国内商业发射保险市场。对超出保险联合体成员承保能力的部分,也会依商业惯例将份额再分保给国际市场。
2015-2021年我国航天保险市场规模图(单位:亿元)
商业航天企业
据统计,目前我国较活跃的商业航天企业已超过320家。当前,商业航天企业已经深入到产业链每一个细分环节,从数量来说,产业链下游企业数量最多,产业链上游次之,产业链中游企业数量最少。值得注意的是,我国商业航天企业产业链布局较为灵活,一些商业航天企业采取了深耕某一产业链环节的“纵向”发展战略,另一些企业采取了跨产业链环节经营的“横向”发展战略,如卫星应用企业可能同时从事相关卫星运营业务,卫星研制企业可能同时从事卫星运营、卫星应用业务。
商业航天发展趋势
一、市场发展趋势
卫星研制领域,从市场结构上呈现出三个重要变化趋势,即商业遥感卫星研制领域由单一的光学商业遥感卫星研制到光学遥感卫星与SAR卫星并重;通信卫星研制领域由扎堆提出低轨互联网卫星研制计划到大部分聚焦于研制低轨物联网卫星;卫星导航领域全球服务系统组网完成,未来热点在于建设低轨导航增强系统。
我国商业卫星研制市场结构变化图
市场结构变化方面,短期市场竞争将立足于谁能提供更稳定、成功率更高的固体火箭商业运载服务。但长期看,谁能最早推出发射成功率高、发射次数稳定、满足市场需求的中、大型液体箭型,谁就能真正实现商业运载火箭研制的质的突破和先发优势。
火箭研制市场短期和长期市场聚焦关键能力
市场规模方面,结合我国商业卫星星座发射计划和当前我国商业运载火箭的运载能力估算,预计我国“十四五”期间商业发射市场规模将达到763.2亿元人民币。
卫星应用领域,市场结构方面,卫星遥感预计新型数据接收业务比重将进一步加大,尤其是红外、微波以及温室气体排放检测等相关载荷比重预计将进一步上升;卫星通信预计短期内卫星物联网将保持高增长,长期看低轨卫星宽带服务将逐步出现并规模化应用。卫星导航方面,随着低轨增强和地基增强的深入,高精度服务将越来越呈现呈现泛在化的趋势,大众设备也可以进行低端测绘活动,不再是测绘设备厂商和商业服务提供商的专有市场。
市场规模方面,按我国卫星应用领域现有增速推算,“十四五”期间,卫星应用领域总体市场规模将达到4.15万亿元,年均市场规模约8313亿元。
二、技术发展趋势
1、兼顾低成本和可靠性的商业元器件选用标准体系和质量体系。商业微小卫星以盈利为目的,因此在成本控制上较传统卫星更加苛刻。在成本的优化上,卫星有关元器件的成本降低是一个很重要的环节,宇航级元器件相对成熟工业级元器件来说,在同样性能水平下成本可以高出数倍。但直接选用工业级元器件上星又面临空间环境的诸多考验,即使是把低成本看做很重要因素的商业卫星也不敢贸然选用。因此,发展符合商业航天选用需求的元器件标准体系、质量体系,兼顾商业航天的成本要求和可靠性要求,则成为未来商业航天发展的重要趋势。
2、可重复使用商业火箭研制。近年来,由于美国“猎鹰9”火箭在成本、运载能力方面取得的巨大成功。可重复使用火箭研制成为商业运载火箭研制领域的热点之一。目前全世界仅有SpaceX的“猎鹰9号”液氧/煤油火箭具备垂直回收重复使用能力,同时也是全球发射成本最低的火箭,占据2020全球发射市场的50%以上。由于动力系统的技术特点,仅液体火箭具备实现可重复使用的能力,而动力系统占液体火箭整箭成本的70%以上,通过对火箭的子级回收,可以大幅降低火箭的发射成本。根据公开报道,星际荣耀、蓝箭、星河动力、深蓝航天等均致力于研制商业可重复使用运载火箭。商业可重复使用运载火箭的研制,将成为未来我国新一代商业运载火箭发展最重要的技术趋势之一。
3、一箭多星多任务并行商业测运控。商业卫星大多采用微纳平台,整星重量小、成本低,前期试验阶段以搭载发射为主,正式进入组网阶段将采用专箭一箭多星的方式发射。近两年,商业卫星一箭10星甚至更多卫星的发射任务并不鲜见,Starlink星座几乎都是以一箭60星的速度快速发射,因此多星入轨和飞控阶段的多任务并行测运控将成为一个迫切且重要的技术发展趋势。
4、“软件+服务”变革卫星通信应用模式。传统卫星通信应用模式上,卫星主要作为通信链路的节点提供弯管式转发服务,且业务类型以窄带通信为主。未来随着卫星通信应用领域卫星通信容量的提高,且卫星宽带通信的大力发展,以“软件+服务”为特征的卫星通信应用模式将成为主流。即对于卫星运营商来说,提供语音服务、数据流量服务只是作为通信基础设施的管道化的存在,能够创造价值的部分则是以此为基础的个性化软件和服务。
5、人工智能技术将牵引遥感大数据产品业务的发展。在卫星遥感应用的细分产品类型中,大数据产品业务近年来增速最快。大数据业务从本质上来说涉及到海量数据的目标提取、模式识别等过程。该领域的发展近年来与人工智能的发展密不可分,人工智能领域中的深度学习、神经网络等技术必将极大推动遥感大数据业务的进一步发展,人工智能技术未来将牵引遥感大数据产品业务的发展。
商业航天发展趋势
从2015年以来,我国商业航天加速发展,至今已到了第七个年头。回首看来,我国商业航天产业在短短几年时间在诸多省份形成了产业集群,跑出了一批具有较强竞争力的新型商业航天企业,同时对我国航天产业生态和发展格局产生了深远影响。展望未来,我国商业航天产业将持续发力,为国民经济和我国航天事业的发展贡献自己的力量。