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时间：2020-09-06 信息来源：纵横集团
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商业小卫星正在引领航天器上下游产业链重构
2020年以来，电动车的持续火爆铸就了和马斯克的资本神话，却也让公众忽略了spacex这家商业航天公司的耀眼光芒。
如果用投资人的视角来看：在过去的仅2年时间里，spacex的估值已经悄悄上涨了400多亿美金，从320亿涨到了740亿美金。
这是个什么概念呢？
2019年4月，forge曾经做过一张spacex估值的变化图，大概是长这样的：
到2021年4月，spacex完成最新一轮融资，这张图已经变成了这样：
如果把业务线拆开看，支撑这400亿美金估值的很大一块，其实是卫星，即starlink。
自从2019 年 5 月首批 60 颗星链卫星上天以来，spacex 已经累计将1700多颗卫星送入轨道；在starlink之前，全球在轨卫星也只有2300多颗，这家民营航天公司是以一己之力，将全球卫星总量提升了80%。
按照spacex的计划，未来星链的卫星总数将达到12000-42000颗。
作为目前全球最热门也最前沿科技的引领者，马斯克选择大规模押注「小卫星星座」，无疑有着他对于商业航天的深刻思考，而这对中国的投资者也有着许多启示。
因此在本篇中，我们将尝试去探讨：
相比于传统卫星，小卫星的区别和特点是什么？
为什么说小卫星星座重构了卫星产业链？
传统航天和商业航天的区别是什么？
未来，中国卫星商业化的机会可能出现在哪些领域？
其实，「小卫星」并非始于商业，而是始于军事。
2006年，美国麻省理工大学验证了「分离型航天器」的概念，引起了军方的高度关注。在此基础上，美国国防部很快制定「f6卫星系统」计划，其核心思想是把“卫星的功能分散化、模块化”。
比如，把一颗大卫星的功能分给六颗小卫星，形成一个卫星集群。
这种思路称为“弹性空间理论”，在战争状态下可以大幅提高卫星的生存能力，避免出现敌方一发导弹就摧毁已方整颗大卫星的情况。
尽管f6卫星系统没能最终成型，但在一系列研究和实践过程中，人们开始逐渐发现小卫星在天基全球通信、 遥感等一领域的巨大应用价值。
首先，是单颗小卫星的能力在不断变强。
早年间小卫星只能做一些简单的空间飞行技术实验，更像是一个“玩具”；然而，构成一颗卫星的大部分元器件其实都是半导体产品，而半导体是遵循摩尔定律的。
举个例子，左边这颗是美国1999年发射的陆地卫星7号，右边是天仪研究院2020年发射的海丝一号（1:4模型）。
对比一下，陆地卫星7号的重量是2200kg，海丝1号是185kg，两者相差了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；而后者的分辨率已经达到了最优1米，能够穿透云层，获取全天时全天候的图像数据 。
20年间信息技术的进步，已经让卫星的性能大幅提升，类似于智能手机芯片越做越小，但算力却越来越强。
受制于发射成本的限制，一个简单的结论是：在功能一致的情况下，卫星体积和重量越小越好。
今天的火箭发射成本已经大幅降低，但商业报价依然在5000到20000美元/公斤左右，算下来一颗中型卫星的入轨成本，差不多需要1亿元人民币，而如果用一箭多星的方式走“团购”，发射一颗10公斤的小卫星只需要几十万元。
这在很大程度上扩展了卫星的潜在用户群，让高校、科研院所和发展中国家，也开始关注到了卫星服务市场。
第二，是小卫星的「系统可靠性」更高。
不同于汽车和飞机，卫星在发射后几乎不可维修，因此通常的做法，是通过增加冗余和备份设计来提高卫星的可靠性。
按照传统理解，大卫星比小卫星的体积更大、资源更多，冗余备份设计更全面，可靠性也应该相对更高。
但是如果站在顶层设计的角度，把卫星看成一个系统，大小卫星的「系统可靠性」区别就显现出来了。
一颗大卫星的造价往往非常昂贵，因此为了“确保成功”，就不得不增加冗余和备份设计来提高可靠性。由此进一步带来更高的系统复杂度和更加高昂的成本，最后做出来的卫星，往往都要有几十万个零件构成。
这样一个复杂的系统，即使每个零件的可靠性都是99.99%，但0.01%连续相加几十万次，发生故障的概率依然很高。
举个例子，空间站（空间站可以看做是一种“可载人”的大卫星）在服役的15年中，前后总共出现了2000多个故障点；经过历代宇航员们的努力，其中有1000多个故障还是始终没能修复，bug越攒越多，最后威胁到了乘员安全，只能报废。
从这个角度来说，大卫星路线本身，就意味着「把鸡蛋装进同一个篮子」。
而如果改用多颗小卫星代替单颗大卫星，在功能相同的前提下，由于小卫星的设计复杂度低很多，零件数也更少，出问题的概率就会低得多。
此外，小卫星成本很低，哪怕出现故障，也可以后续再补发，甚至可以一开始就多部署一些作备用，随时替换故障卫星，相当于在小卫星的数量上做冗余备份，增加了整个系统的“弹性”，获得了。
目前这样的技术已经被马斯克用在了「星链」上。
图：60颗starlink小卫星被折叠后装入猎鹰9号火箭头部
第三，因为系统可靠性高，所以小卫星也「更敢于采用新技术」。
不同于大多数人的认知，卫星的电子设备其实是远远落后于消费电子行业的——即使是最新型号，卫星上的芯片性能也比同时代的iphone差了几个数量级。
太空环境远比地面上严苛，大量高能粒子会破坏电子设备的微结构，因此芯片的技术含量越高、构造越复杂，也就越容易损坏。
过去一颗大卫星造价动辄数亿美金，为了保证使用寿命，就不敢用太先进的电子元件，一切以「求稳」为主。
但小卫星造价只有大卫星的几百甚至几千分之一，坏了也不会造成特别大的损失，因此会更倾向于采用更先进的技术。
另一方面，大卫星从设计制造到发射，一般需要两三年的周期，而小卫星的部署非常灵活，最快只需要几周，遇到突发事件可以随发随用，这也是小卫星能够使用高性能元器件的另一个原因。
因此从这个角度来看，小卫星技术更大意义是推动了整个卫星技术体系的迭代周期，从而实现了成本持续降低的正向循环。
图：小卫星降低卫星成本
正如前面提到的，「分离型航天器」最早的想法是分散风险和降低成本，但在很多场景下，功能不同的小卫星经过组合之后，可以起到「1 1>2」的效果。
比如有的卫星可以只装高性能芯片，做成整个星座的“大脑”，专注于数据计算，其他辅助小卫星做成不同的遥感或者通信单元，彼此分工协作。
这样整个星座可以根据任务需求自由组合或者增减卫星，像或积木一样，开发出各种新的功能和场景。
而从一个更大的格局来看，星座技术更像是一种「卫星理念的变革」——类似于从单细胞生物像多细胞的过度，推动卫星从「单体式」向「分布式」进化。
图：遥感星座在轨模拟图
当然，小卫星星座的缺陷也很明显：因为体积小，所能携带燃料和电池也少，单颗卫星的寿命和续航能力有限；另外一些大型仪器设备始终是无法小型化的，只能由大卫完成。
但从整体看，作为这场21世纪“轨道革命”的重要「增量」，小卫星星座的价值已经越来越为航天业所接受。
无论是在军事、遥感监测还是通讯领域，近年来小卫星的占比都在持续增加。
根据欧洲咨询公司的测算，2019-2029年全球小型卫星的发射数量将达到10105个，增长率超过460%；小卫星市场的总值将达到513亿美元，同比增长251%。
「卫星微小化」已成为各国政府和科技公司争入的热门方向。
表：2009-2029全球小卫星市场现状及预测；资料来源：欧洲咨询公司《小卫星市场前景》
卫星星座按照用途，可以分为四大类：导航、通信、遥感和其他。
图：卫星的分类（按用途）
其中，「导航星座」的代表就是北斗——这是个几乎完全依靠国家力量建立的系统，主要目的是摆脱对gps的依赖。
当时的北斗面临的是“有没有”的问题，因此必须要靠国家队主导，下一步则要解决“好不好”的问题，具体到项目上，就是预计在2035年实现组网的「下一代导航」系统。
目前这套系统正在由多个商业卫星公司积极参与建设中；站在国家的角度，也希望引入市场化力量参与。
因此业内的普遍看法是：「下一代导航」会以一种“商业化为主，国家优先使用”的形式呈现。
不过，由于「导航星座」具有较强的「排他性」，之前进入的企业已经完成了卡位，实际上留给后来者的空间不太多。
从这个角度来说，「导航星座」更大的机会可能还是在应用端。
下一代导航的精度至少比现在高出一个数量级，更高的精度会为带来新的场景——比起卫星本身，这些场景应用可能是创业公司更好的机会。
在「通讯星座」领域，最知名的莫过于马斯克的星链计划，这也是目前小卫星星座中最热的方向。
但「通讯星座」最大的问题，是前期投入非常巨大，在很长时间里没有正向现金流，这对创业公司来说并不友好。
建立一个宽带通信星座至少需要300-400颗卫星，窄带星座也要五六十颗，形成系统后才会产生收入；如果是小批量，打十几颗卫星上天，其实很难为用户提供持续稳定的网络服务。
比如之前另一家很火的公司oneweb，花费5年时间，发射了74颗卫依然没有任何营收，融资烧完只能宣布破产；虽然最后被英国政府以及印度富商救活，但距离系统建成仍然还很遥远。
另一方面，美国地面基站较少，大部分国土的网络信号很差，对于卫星宽带的需求更迫切，而中国的4g、5g技术全球领先，5g基站在全球的占比已经超过70%，这也决定了中美两国在卫星通信的发展路径上可能会很不一样。
监管层面，目前中国的讯都需要牌照，通讯星座未来大概率也会参照实行牌照准入，这对于创业团队来说也会是一个很高的门槛。
因此从上述维度看，中国的「通讯星座」还属于较为「超前」的领域，单靠商业航天的力量很难独自前行，未来还需要和国家队一起，共同推动这个市场的形成和发展。
因此相比于“星链”，更多的中国初创企业选择了「遥感星座」作为自己的创业方向。
尽管遥感卫星的市场体量是目前四类卫星里最小的，但是成长速度却是最快的。
2020年全球遥感卫星是759亿美元，其中上游制造是236亿美元，下游服务是423亿美元，5年预计的年增长率是14.9%。
卫星数量的话，根据美国卫星工业协会2020年的统计，全球在轨卫星数量的年平均增长率为17%，其中遥感的比重排第二，占了27%。
「遥感星座」的最大优势是不依赖规模，不需要烧钱——只要有少量卫星能够稳定的传回图像数据，就可以开展业务，形成收入和价值。
此外，不同于导航和通信，「遥感星座」不是一个封闭系统，基本不存在排他性，新玩家进入相对容易。
更重要的是，遥感是一个全新的增量市场。
以前遥感的规模小，主要是当时卫星的能力差、数量少、价格高；传回的图像看不清，也不能实时响应，大家想不到这种卫星有什么用，想到了也买不起。
换句话说，很多需求本身是存在的，只是供给能力不足抑制了需求。
举个例子，这几年中国的环保部门在打击非法采矿，取得了很大成效，但在过去，这其实是一件很难的事情。
一方面是这些人大多是本地人，受到当地势力的保护，另一方面偷采活动都是在晚上进行，如果想去取证，开车进山会有人堵路报信，派无人机也会被干扰或破坏。
但是现在，遥感卫星已经很好的解决了这个问题：通过卫星照片，环保部门可以清晰看见某个地区突然出现大量卡车，之后又迅速消失，拿着这些证据，执法人员就可以准确抓捕犯罪分子。
再比如商业领域，美国有一家专门提供卫星数据的分析业务的公司，叫rs metrics。
它们会用卫星持续拍摄全球各大炼铜厂的卫星照片，收集如库存面积，卡车数量，员工车辆数量，甚至垃圾车数量等数据，然后通过建模形来预测铜价的走势。
因为是实时监控，rs metrics的信息甚至会比炼铜厂自己的数据更快、更准确，由此可以在市场上套利获取收益。
对此，天仪杨峰曾经用「长尾理论」来解释商业航天的发展轨迹：
在传统的航天市场里，因为成本极其的昂贵，客单价极高，因此市场很小，基本上只有政府和军方。
但是随着单位成本下降，很多新的使用场景开始不断出现，新增市场会越来越大。
从这个趋势来看，未来两类卫星数据的价值可能会越来越大：
一是高分辨率的光学数据（达到0.5米到1.5米的精度）；
二是sar卫星数据——这类卫星通过主动发射电磁波，接触到地面物体反射回来后形成图像，由于不受自然条件限制，理论上可以做到、快速响应，形成类似saas的常态服务。
简而言之，随着单位卫星数据成本的降低，「高分辨率图像数据」的市场规模会持续扩大，越来越多的用户也会愿意为此买单。
小卫星星座推动了整个卫星技术体系的迭代周期，也重构了整个卫星的设计思路。
这也引出了一个问题：传统航天和商业航天的区别是什么？
本质上，传统航天是「做项目」，简单来说就是“先有订单再干活”。
一颗卫星的核心部组件，比如计算机、车控、电源、控制、数传、通信，每个部分都有很高的专业性，需要有不同的团队分别承担。
因此在传统模式下，一般都是由政府或者军方首先提出需求，各个研究院（美国是军工集团）根据指标要求来定制产品。
这样造出的卫星，实际上是一种“非标品”，整条产业链是以「达成任务」为导向，为了保证万无一失，天然会选择牺牲成本和效率。
比如前面提到的卫星芯片，宇航级的设计理念是“高防护 低性能”。把芯片造的很强很贵，可以抵御几十兆电的高能冲击，即使被粒子打中还可以正常工作，但对计算性能的设计要求反而会较低，因为简单就意味着不易出错。
而商业航天的思路是「卖产品（服务）」，先把卫星打上去，再找客户销售；成本导向下，会更加看重产品的标准化和性价比，对新技术和失败的接受度也更高。
这样的卫星一般会直接使用工业级芯片，造价会比宇航级低一两个数量级，然后利通过模块分区备份和备用小卫星来对冲风险，牺牲一部分可靠性，换取成本的大幅降低。
从这个角度来看，商业航天的本质，并不是「把原来已经成熟的技术拿出来商业化」，而是走了「平行于」传统航天的新路线。
正因为两种模式的区别，我们认为在商业航天这条全新的产业链上，很可能会诞生一批优质的初创企业。
具体到细分领域，决定卫星性能的主要有三个维度：
1）发电能力：发电能力越高，卫星能承受的载荷越大，工作时间也就越长，能搭载的功能就越多。
2）数据传输能力：决定卫星能否把看到的东西传回地面，能传多远，传多快。
3）控制能力：包含卫星的姿态控制和轨道控制，其中姿态控制决定了卫星“拍照时手抖不抖、抓拍时快不快”；轨道控制决定卫星在编队飞行和星座构型时的控轨和变轨能力。
图：卫星性能的三大维度
这三项能力分别对应着卫星的电源系统、数据传输系统和控制系统，三者加起来，可以占到一颗卫星总价值的一半以上。
它们的共性是既有一定的技术，又有通用性，每一个方向都可以挖得很深，也都可能诞生一些细分的头部制造商。
比如险峰投资的魔方卫星，他们探索的方向就是通过工业化的方式，降低电控等卫星核心零部件的成本，目前几个规格的部组件已经实现了国产替代，并拿到了真正意义上的批量化订单。
图：险峰在商业航天领域的布局（截止2021年8月）
未来当卫星行业成熟到一定的阶段，这些头部制造商可以凭借装备壁垒和产业链整合能力，形成局部优势。
而其他卫星制造商也将不再从事制造，只做设计，出现类似苹果和一样的分工。
长远来看，整个卫星行业会变得越来越细分，越来越集中，越来越高效，越来越便宜。
最后总结一下：
「小卫星」是未来卫星市场的主要增量，它推动了整个卫星技术体系的迭代周期，实现了成本持续降低的正向循环。
「小卫星星座」是一种卫星理念的变革，类似于从单细胞生物像多细胞的过度，推动着卫星从「单体式」向「分布式」进化。
比起starlink，「遥感星座」是目前更多中国初创企业选择的方向，值得投资者关注。
商业小卫星正在引领航天器上下游产业链的重构，在这条全新的产业链上，将很可能会诞生一批优质的初创企业。