义柏研究院 | 商业航天专题:低轨卫星星座“争夺赛”,民营企业竞速降本增效

文摘   2024-06-19 10:11   北京  


 100Summit

 义柏研究院



2024年,商业航天里程碑式的大新闻不断。


  • 就在近日,SpaceX的新一代重型运载火箭“星舰”以及飞船集成系统展开第四次试飞。“星舰”飞船在升入地球轨道后返回地球,最终成功溅落在印度洋。SpaceX超级火箭“星舰”历史上第一次完成了所有任务。
  • 在此之前,波音的Starliner宇宙飞船进行了首次载人发射升空,本次的计划是将2名NASA宇航员送入国际空间站。
  • 此外,今年3月,SpaceX的CFO表示星链Starlink(星链项目旨在通过构建一个由数千颗卫星组成的网络,为全球提供高速、低延迟的互联网接入服务)在2023年底实现了正向现金流,并实现了盈利。这也意味着商业航天的商业模式已被初步验证,同时也让更多人看到了卫星互联网的无限商业潜力。



图为Starlink的收入模型预测


  • 5月,中国嫦娥六号探测器发射探索月球,6月完成人类首次月球背面采样和起飞;我国2030年实现首次载人登月的计划以及地月空间经济带的设想正在逐渐完成布局。

由于卫星低轨道资源有限且秉承“先到先得”原则,各国在航天资源的争夺愈演愈烈,国家队、资本、创业者纷纷入局,也由此推动了中国商业航天的快速进展。

因此,也有乐观的玩家预测,随着国内商业航天与卫星产业布局指数级加速,中国商业航天的“星链”将在未来几年到来

整体而言,随着航天技术的发展,人类对宇宙的探索计划也已经展现出巨大的商业价值,向两大方向“进攻”:

  • 一面是实现多行星文明的计划,通过探索并建设可供人类使用的第二星球、建设多个空间站,使地球人在其他星球“安营扎寨”并挖掘地球之外的更多丰富资源成为可能。例如Axoim Space预计2024年完工的商业空间站、贝索斯旗下Blue Origin参与的Orbital Reef商业空间站;以及顺应而生的运输需求,如载人火箭、太空电梯等。

图为Axoim商业空间站渲染图


  • 另一面是更快速可实现商业化的空中组网(将在本文第二部分产业链分析中详细分析),例如Starlink,通过推进星座建设而满足通信、遥感、导航等当下诉求。这也是目前国内民营企业主要布局的领域。

万亿规模的想象空间,吸引了无数创业者和投资人躬身入局。但回归商业与可落地维度,我国航天领域哪些细分赛道拥有爆发机会?一级市场投资与创业者需求如何匹配?本文将从投融资与技术发展角度详细分析。

欢迎商业航天领域创业者、投资人与我们联系,投递BP请发送至邮箱:BP@100summit.com,期待与您深入交流!




本文核心观点浓缩

Insight

1. 运营商或成最大“蛋糕”:低轨卫星星座建设和运营成为当下核心主题,不仅仅是国内民营星座快速建设,地方省市乃至全球化的星座计划逐步提上日程,背后的中国卫星制造运营商,正在加速跑马圈地。

2. 商业航天再进化,从“1.0”迈向“2.0”:星网集团公司和垣信卫星等链主企业设立并快速推进星座建设,产业链上下游公司商业化能力加强,卫星制造成为新的投资主题。


3. 在投资策略上,投资机构在判断创业团队价值时,更偏好有验证的产品,更加关注技术的差异化以及护城河。此外,投资机构关注头部企业和与政府支持的产业园区合作的机会。


4. 2023年开始,卫星制造产业链上游成为市场关注的焦点,特别是零部件和卫星平台的分系统。通信载荷、相控阵天线、电源等关键零部件的需求日益增长。


5. 义柏更关注具备以下几个核心能力的创业公司:技术研发能力、下游客户进展、自我造血能力、产业化能力


以下,enjoy。


01




从商业空间站到卫星星座,

创业公司竞速商业化




尽管商业航天是拥有万亿规模的庞大市场,涉及到空间站、卫星、火箭等多个场景的诸多细分赛道,但对于创业公司而言,商业航天想要成功,不仅仅是技术的领先,商业模式和盈利性的闭环同样重要

以马斯克的SpaceX为例,其之所以能够在全球市场独占鳌头,一方面是形成了以火箭制造、火箭发射和回收、地面站建设、卫星制造、运营和服务为一体的商业闭环另一方面则是借产业链的垂直整合,发挥集聚效应,进而把控成本和交付周期。

因此,商业模式的验证与商业化应用进展的争夺,势必会成为创业公司生存战中至关重要的影响因素。

目前,全球在商业航天领域的布局图景主要集中在四大部分:商业空间站的基础设施建设及运营、航天运载设备的研发与制造、卫星组网建设、星座运营等。而在商业航天的蛋糕里,由于规模商业化依旧依靠下游应用层,因此星座建设和运营在长期盈利层面可以分走最大的两块。

  • 商业空间站:由于现有的国际空间站(ISS)将于2030年到期,而正在运行的空间站也仅有由NASA主导、即将到期国际空间站以及中国建设的天宫空间站两家。因此,全球有诸多航天公司看准时机,主动向NASA提供商业空间站的商业方案;而NASA也顺水推舟提出了两种路线:一种是推进目前国际空间站的商业化利用,让更多的民营企业可以参与到国际空间站的运营中;而另一种则是与这些愿意合作的航天公司一起共同搭建商业空间站。
    随后,则出现了Axiom Space、Blue Origin等商业化运营的商业空间站建设及运营商。


ORBITAL REEF空间站渲染图

  • 星座运营:在海外,自 2015 年 SpaceX 发布 Starlink 计划以来,OneWeb、亚马逊等众多科技巨头相继发布了卫星互联网星座计划,由 SpaceX 星链建设引发的轨道和频谱资源争夺战愈演愈烈。根据美国卫星产业协会(SIA)的统计数据,2022 年全球发射的 2325 颗卫星中,商业通信卫星占84%,民商对地观测卫星占10%,技术试验卫星占 2%。



而2024年开始的这一轮国内创投行业内的商业航天热,很大程度上是由卫星互联网催生的。

根据国际电信联盟规定,由于卫星低轨道资源有限,卫星频率及轨道使用的规则是“先到先得”,因此全球卫星发射竞争激烈。遥感和通信卫星主要集中在300至1000km左右的低轨道,大约能容纳数十万卫星。每个星座都需要成千上万颗卫星组成,仅美国Space-X“星链”计划就预计将占据4.2万颗轨道位置。所以当下对卫星低轨道的布局成为了全球航天实力的竞赛。目前,我国低轨道卫星数量远低于美国,抢占低轨资源迫在眉睫,“国家队”与“民间力量”加速跑马圈地,共同发力星座组网并规划全球商业运营服务


目前国内主要的星座计划


根据公开信息不完全统计,我国已公开发布的星座计划卫星数量超过2.8万颗,主要星座计划如下:


  1. 中国星网:中国计划中的GW星座,包含GW-A59和GW-2两个子星座,共计约13000颗卫星,旨在实现全球覆盖并提供高效的互联网连接。

  2. 垣信卫星:G60星座由上海市政府支持,计划在2024年发射并运行至少108颗卫星,最终达到12000颗卫星的规模。

  3. 其他民营星座计划:包括长光卫星、银河航天、国星宇航、零重空间、椭圆时空、时空道宇等企业,各自公布了星座的建设计划,卫星数量从几十颗到几百颗不等。

另外,国内的卫星公司也在积极参与海外星座的建设规划,商业化已经迈出了新的一步;未来的全球化星座建设蓬勃发展,必然会需要中国民营公司的深度参与。



02




新兴万亿市场,商业航天产业链分析





星座积极布局的背后,是商业航天领域复杂且环环相扣的产业链。当前我国商业航天活动主要通过卫星火箭两大航天器来展开,商业航天各个产业部门的技术经济关联与产业活动依次顺序如下:


首先卫星生产厂商制造出来各种类商业用途的卫星,由运载火箭负责将卫星送入预定的太空轨道;同时地面配套设备为运载火箭的成功发射、卫星正常在轨运行提供支撑;最后顺利进入太空预定轨道上的在轨卫星为经济社会各领域用户提供通信供遥感、通信广播、导航定位以及其他产品与服务,从而产生经济价值。


• 卫星产业链拆解

根据上述逻辑,商业航天产业链总体可分为上、中、下游三个环节。






上游(卫星制造)




卫星制造是卫星产业链的根基与核心。随着星座构建和服务提供等业务的高速发展,对于高效高可靠性的卫星制造能力需求日益凸显。卫星制造环节主要包括卫星平台和卫星载荷,涉及卫星制造和相关配件的生产。其中包括:



一、卫星平台


卫星公用平台模式有助于推动卫星研制向市场化发展,降低研制成本与研制周期。通用卫星平台的功能强弱对卫星的整体技术水平具有较大影响。包含结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、姿轨控制系统、热控系统及数据管理系统等。电源、姿轨控与推进分系统是卫星平台中价值占比较高的环节。
  • 代表民营卫星平台公司包括:长光卫星、银河航天、微纳星空、工大卫星、鸿擎科技等。




其中又含括了多个分系统,包括:


1. 姿轨控分系统


姿态控制分系统和轨道控制分系统的总称。主要包括姿态测量部件、控制器与执行部件,姿态测量部件包括太阳敏感器、星敏感器、地球敏感器;执行部件包括飞轮、磁力矩器和推力器等。


  • 星敏感器:卫星的“眼睛”,价值约占卫星制造的5%-15%。星载星敏感器指应用于卫星平台的星敏感器。第一代星载星敏感器是CCD星敏感器,第二代星载星敏感器采用成熟的大面阵CCD作为图像传感器,第三代星敏感器采用CMOSAPS图像传感器作为成像器件。国外星敏感器制造商主要为美国、德国、法国、意大利技术较强的公司,我国在高精度、甚高精度星敏感器研制技术上与国外水平相当。国内科研院所及军工集团主要承担高轨、高精度、甚高精度星敏感器研制,天银机电为微小卫星星敏感器主要制造商。

  • 飞轮:卫星的“四肢”,价值占卫星制造的5%~8%左右。飞轮作为卫星的关键动力部件,是保障卫星在轨寿命和任务效能的核心关键部件,卫星的有效寿命很大程度上就取决于飞轮的寿命,其重要性如同航空发动机之于飞机。早前国外的飞轮制造商占据了国内市场一半以上的市场份额,国内主要研制单位为科研院所及军工集团,自主品牌揽月机电客户包括国内70%以上的卫星总体厂商。

  • 星载计算机及数据管理分系统:卫星的“中枢神经”。数据管理分系统是指用于存储各种程序,采集、处理数据以及协调管理卫星各分系统工作的分系统。国内星载计算机、数管分系统的主要生产厂商为航天九院771所、772所、航天五院502所及康拓红外子公司轩宇空间,配套的电子元器件生产厂商较多、商业化程度高。



2. 推进分系统


推进分系统为卫星轨道转移、位置保持提供所需要的推力,为姿态控制提供所需的力矩,是卫星最重要的分系统之一,主要分为化学推进、电推进、双组元推进等。


目前,双模式系统应用最成功的是美国洛克西德马丁公司的S5000、S7000与A2100系列卫星平台,在洛马A2100双模式推进系统平台中,双组元推进由英国宇航的Royal Ordnance公司研制。国内双组元推进系统主要制造商为航天五院502所,电推进中主要制造商为科研院所及少数民企。


  • 化学推进系统:是最早使用的推进系统,分为两类冷气推进和燃烧推进;目前单纯依靠化学推进来提高喷气速度加速卫星的方法,接近了极限。随着探索宇宙空间范围和深度的拓展,化学推进由于能量密度低,接近极限,已经无法满足未来空间探索的需要。


  • 电推进系统:根据电能转化为推进剂动能方式的不同,大致可将电推力器分为三类:电热型、静电型和电磁型。电推进系统由于拥有高比冲,逐步得到发展并成为主要选择。目前,电推进系统发展趋势如下:

  • 提升推力器性能。目前,电推进系统高比冲、小推力和长寿命的特点逐步成为卫星平台的主要选择。随着近年来小行星探测与深空探测等大型航天任务不断发展,对于电推进系统的功率和推力提出了更高的要求。为了满足不同航天任务的需求,电推进系统需要扩展推力范围,霍尔推力器在大功率范围下优势突出,因此推力从几十微牛向牛级甚至是10N以上发展。离子推力器(射频)由于没有永磁体和空心阴极,易于小型化,主要向小型化的方向发展,实现高比冲、推力在 μN 至 mN 内连续可调、极低的推力分辨率和快速的响应速度等。


  • 强化多模式工作。航天器位置保持、姿态控制和轨道转移等不同航天任务对于电推进系统各性能指标要求各不相同,因此,具备多种工作模式的电推进系统成为一个优异的选择。目前美、俄、欧等研制的电推力器均实现了多模式工作能力。国内电推进系统也逐步向多模式进行转变,多模式工作也是建立在电推力器性能提高、推力范围扩展的基础上。


  • 选择不同工质。推力器一般采用氙气作为工质,氙是惰性气体中原子量最大的气体,相同加速电压条件下离子的喷出速度明显偏低,针对高比冲要求是个缺点。因此,选择更多不同的工质是推力器发展的主要方向,如Kr、Ar和I等工质。采用稀有气体Kr相对于Xe不仅可以降低成本,而且因相对原子质量更小,Kr的理论比冲比Xe高出25%。采用I工质,可以有效的减少储存难度,大幅降低任务成本。但是不同工质对推力器的性能有较大影响,如采用Kr工质,贮存要求储箱体积较大、其原子碰撞截面相对较小引起的电离率与Xe相比较低。采用I工质在低温下易冷凝带来的贮供系统设计问题,以及I具有强腐蚀性,羽流对于航天器表面的污染。


  • 降成本。为了满足商业化卫星的需求,电推进系统需要进一步降低其成本。如前文所述,目前国内卫星制造成本偏高,卫星平台和载荷成本接近1:1,降低推力器成本可以有效降低卫星平台成本。


3. 电源分系统


电源分系统是用于产生、存储、变换电能的分系统,卫星上的发电设备主要是太阳电池阵,储能设备则是蓄电池,电源管理器负责电源系统的调节、控制和保护配电器和电缆网共同实现对用电设备安全可靠的配电控制。


4. 结构与机构分系统


由太阳翼机械部分、桅杆、机械臂构成,主要为各种仪器、设备、有效载荷提供工作平台。目前,卫星材料向着提高材料性能、减小结构质量、满足使用性能和降低制造成本等方向发展,高强度镁基合金、铝锂合金及高模量碳纤维、记忆合金等材料是未来的发展需求。卫星结构系统主要原材料及部组件逐步实现国产替代,市场化程度较高。


5. 测控及数传分系统


近年来测控与数传分系统逐步实现一体化,国内从事测控及数传分系统的主要单位包括航天电子、中国空间技术研究院西安分院、欧科微、天津迅联、京济通信、航天驭星等企业。


测控分系统是遥测、遥控和跟踪测轨分系统的总称。


  • 遥测分系统:采集星上各种仪器设备的工作参数,并实时或延时发送给地面测控站,实现地面对卫星工作的监视;
  • 遥控分系统:接收地面遥控指令,直接或者经数据管理分系统传送给星上有关仪器设备并加以执行,实现地面对卫星的控制;
  • 跟踪测轨分系统:测定卫星运行的轨道参数,以提供地面系统和遥感卫星用户使用。数传分系统是对数据处理、存储和传输的分系统。


6. 热控分系统


热控分系统价值约占卫星平台的7%,大多数卫星都采用被动为主、主动为辅的热控模式。该系统用于控制卫星内外的热交换过程,使星上设备和结构部件的温度处于要求的范围内。


主动热控包括电加热器制冷器等,被动热控包括热控涂层、热管、隔热垫片等。


科研院所中中科院上海硅酸盐所研制出30多种热控涂层,并成功地应用于我国已发射的各类航天器上,民企中上海沪工控股孙公司璈宇机电,是一家以卫星电子装联、热控实施、射频组件、卫星地面测控设备生产的产品供应商,用户广泛分布于以卫星研制任务为主的航天单位中。



二、卫星载荷


卫星有效载荷是直接执行特定卫星任务的仪器设备或分系统。通信卫星的有效载荷有通信转发器和天线。导航卫星的有效载荷有卫星时钟、导航数据存储器及数据注入接收机。侦察卫星的有效载荷有可见光胶片型相机、可见光CCD相机、雷达信息信号接收机(信道化接收机、测向接收机)和天线阵及大幅面测量相机等。


单一用途的卫星,一般装有几种有效载荷。随着航天技术的不断发展,有效载荷也在逐步向低功耗、小质量和小体积的方向发展,为提高卫星有效载荷比提供基础。对于对地观测卫星而言,把多种遥感器安装在一颗星上去完成不同的任务,将是提高效费比的主要发展趋势。





中游(卫星发射)




包括运载火箭的整箭制造、卫星地面设备制造、核心零部件、火箭发射服务以及卫星在轨寿命保险等。运载火箭制造是卫星发射服务的关键环节,涉及箭上设备、发动机、箭体结构以及火箭总装集成。


此外,地面设备制造主要面向导航、通信、遥感等多个应用终端,为卫星提供跟踪、控制和数据处理等服务。

  • 代表民营公司包括:蓝箭航天、天兵科技、星际荣耀、箭元科技等。




下游(卫星应用)




下游主要是指卫星应用与服务,包括卫星通信、卫星导航与位置服务、卫星遥感技术应用等。卫星通信对国民经济发展和产业信息化有重要促进作用。卫星导航系统,如中国的北斗系统,对经济社会发展具有显著的辐射带动作用。目前,下游需求,尤其是在通信领域,是推动商业航天赛道火热的主要原因之一。低时延、低链路损耗的通信卫星在战略高地中展现出巨大潜力,吸引了投资者的关注。

  • 代表民营公司包括:未来导航、航天宏图、椭圆时空、云遥宇航等。

此外,随着商业航天产业的发展,出现了一些新兴的参与主体,包括民营企业、中国科学院系企业和航天系企业。民营企业在商业航天领域尤其是火箭发射和卫星应用等领域表现活跃,成为重要的市场参与者。整个产业链在市场需求的推动下持续发展和创新。


03




中国商业航天加速进化,已从1.0迭代2.0






2024年,中国商业航天按下加速键,国内投融资市场火热,民营企业技术能力、产品能力、商业化能力均有突破性进展。纵观中国商业航天发展历程,自2015年文件正式提出后开始发展,至今已经经历从1.0到2.0的迭代。


1. 里程碑事件驱动的1.0时代(2015年-2023年),其中包括如下特点:

a. 从产品的层面:目标是从无到有,证明民营公司的技术实力;

b. 从参与角色层面:民营火箭公司逐渐成为市场主角,包括蓝箭、天兵、星际荣耀等玩家;

c. 从融资层面:由于火箭是中游的发射环节,可以理解为基础建设或干线物流,前期投入大回报很慢,融资节奏基本以有关键节点融一轮进行,整体商业逻辑尚不清晰;

d. 从资方层面:投资人主要以航天体系圈内基金及双币/美元为主。


2. 商业化发展驱动的2.0阶段(2023年下半年之后),和上一阶段的明显特点:

a. 从产品层面:国内主要星座的建设开始启动,商业逻辑更清晰,能形成吨级以上的商业运载能力,高可靠、低成本,能够满足商业发射的需要;

b. 从参与角色层面:这一阶段公司以上游的卫星制造为主,包括卫星总体/整星公司、子系统/部件公司、载荷公司等;

c. 从融资层面:商业航天玩家有明确的商业化进展,公司普遍有订单和营收,部分公司能做到盈利
d. 从资方层面:更广泛的外部投资人进入,包括:财务投资人、券商系基金、国家队、战略投资人。


从1.0到2.0,随着商业航天行业的日益成熟,在资本市场上,商业航天也展现出了显著的增速发展趋势。尽管一级市场情绪整体偏悲观,但商业航天企业仍在2023年一季度获得了近30亿元人民币的融资。



04




国内商业航天赛道资本市场

复盘与投资机会分析




1. 整体投融资概况


2011-2022年间,我国商业航天赛道共发生近400起融资事件,披露的融资额超过360亿元。

根据未来宇航数据统计,2023年一级市场中实际发生的融资总额突破200亿元,较上一年增加82%;年度内投融资事件数量为80项,其中超过亿元的投融资事件数量达56笔,占比70%。

以2023年情况为例,商业航天产业在一季度快速上涨,全年保持高位波动,市场整体向好。从投资轮次来看,大部分集中在A轮至C轮,共41次,其中A轮33次、B轮15次、C轮9次,投资额度超过100亿元。


活跃机构主要以主流人民币机构为主国资+人民币财投+券商系基金最为活跃,同时航天体系内的投资机构也在产业链进行持续布局,如:合肥产投、梁溪科创母基金、策源资本、北创投、普华资本、中科创星、方正和生、华泰紫金、航天科工、中国航空产业基金、惠华基金等。

从2023年投资交易成交数量来看,卫星制造产业链上游成为市场关注的焦点,特别是零部件和卫星平台的分系统通信载荷、相控阵天线、电源等关键零部件的需求日益增长。

同时,先进的功能材料在航空航天领域的应用也愈发广泛,例如热管理材料和陶瓷涂布材料,这些材料的应用提升了铝合金等材料的抗腐蚀性,反映出市场对于高性能材料的需求。产业链上游的布局受到投资者的青睐,市场对具备验证产品和技术差异化的企业表现出较高的兴趣。
 
在商业航天的不同资产端,投资者对卫星制造、火箭制造与发射、地面设备制造以及卫星运营和应用等方面展现出不同的兴趣。

2. 投融资高热领域

以下几个领域,在近3年尤为受到关注:

• 卫星制造关注具有批产能力、低成本及产业化能力的卫星制造企业;重点关注通信载荷、星载相控阵天线、T/R组件、星载转发器、星间激光器等核心部件。
• 火箭制造和发射:重点关注已实现规模化发射的企业,跟进其一箭多星和可回收复用液体火箭技术。重点关注火箭发动机、燃料贮箱等细分方向。
• 地面设备制造重视采用相控阵天线的高性能终端采用平板/反射面天线的低成本终端等发展。
• 卫星运关注遥感运营、通信运营,测运控领域中的核心企业。
• 卫星应用重点关注能提供有效精准、系统化解决方案,并有效解决卫星数据在垂直行业应用的企业。

 

总体来说,2023年一级市场在商业空天领域的投资情绪火热,布局逐渐在往产业链上游延伸且更多覆盖核心赛道上游。 


投资策略上,投资机构在判断创业团队价值时,更偏好有验证的产品,更加关注技术的差异化以及护城河此外,投资机构关注头部企业和与政府支持的产业园区合作的机会。同时,上游供应链中的材料体系迭代、贮箱制造等细分领域存在结构性机会,有望成为未来投资的热点。


从能力上,义柏会持续关注具备以下几个核心能力的创业公司:


  • 技术研发能力:关键零部件研发到量产的能力,包括原材料目录梳理及进一步降本&工业化替代路径
  • 下游客户进展:对于整星、分系统及关键载荷等环节,关注在国内几大核心星座招标进度及评分状况
  • 自我造血能力:商业化进度,是否短期有盈利能力,未来价格若进一步下降是否预留合适盈利空间
  • 产业化能力:是否具备批产能力,关键环节工艺流程是否能完成半自动化&自动化革新



05




总结




中国商业航天进入“大航海时代”,民企与国家队在科研能力与实践应用能力上的互补,或将推动中国在全球航天与深空资源抢夺中占据更有利的位置。


目前,中国商业航天的第一个10年已近尾声,第二个10年即将开启,民营航天企业面临一个重要的阶段性转折,那就是商业航天正在从基础制造、产品研发的1.0时代向应用牵引、市场主导的2.0时代加速布局,正在面对市场、模式、机制、动力、路径、创新等一系列深层次问题。


在资本市场上,商业航空航天行业快速发展的新阶段受到持续关注。投资人对产业链上游的布局、技术创新、以及具备产业化能力的企业的偏好明显。随着下游需求的不断增长,以及政府和资本市场的支持,商业航天行业展现出巨大的发展潜力和投资价值。


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