全球小衛(wèi)星發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁

劉潔（中國(guó)長(zhǎng)城工業(yè)集團(tuán)有限公司）

過(guò)去10 年，信息技術(shù)和制造技術(shù)的快速進(jìn)步使得衛(wèi)星部件的小型化發(fā)展成為可能，傳統(tǒng)只有大衛(wèi)星才具備的功能和性能可以越來(lái)越多地由小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)，同時(shí)小衛(wèi)星還可以通過(guò)多星組網(wǎng)方式提供更高質(zhì)量、更多創(chuàng)新的解決方案。小衛(wèi)星從以往低成本驗(yàn)證新技術(shù)的非商業(yè)應(yīng)用，逐漸進(jìn)入并占據(jù)商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)的重要地位，在衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感、深空探測(cè)等領(lǐng)域持續(xù)釋放應(yīng)用潛力。小衛(wèi)星所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值愈加彰顯，民用和軍用價(jià)值愈受關(guān)注。隨著全球航天界持續(xù)推進(jìn)衛(wèi)星制造及發(fā)射服務(wù)低成本化和規(guī)模化發(fā)展，小衛(wèi)星技術(shù)和應(yīng)用迎來(lái)了更加繁榮的時(shí)期。

本文調(diào)研了布萊斯技術(shù)公司（Brycetech）《2023 年小衛(wèi)星數(shù)量》報(bào)告以及歐洲咨詢公司（Euroconsult）2023 版《小衛(wèi)星市場(chǎng)前景》，分析了近10 年小衛(wèi)星發(fā)展特點(diǎn)及未來(lái)趨勢(shì)。

1 小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量明顯增多

關(guān)于小衛(wèi)星的質(zhì)量劃分區(qū)間，根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）發(fā)布的《2018 年商業(yè)航天運(yùn)輸報(bào)告》，明確將質(zhì)量在600kg 以下的衛(wèi)星劃分為小衛(wèi)星。

Brycetech 公司《2023 年小衛(wèi)星數(shù)量》報(bào)告顯示，2013-2022 年全球共發(fā)射航天器7956 個(gè)，其中小衛(wèi)星數(shù)量占比87%。2022 年全球發(fā)射了2413 個(gè)航天器，其中小衛(wèi)星2304 顆，數(shù)量占比95%（2021 年為94%）；2022 年全球186 次航天發(fā)射活動(dòng)中108 次為小衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)（2021 年為80 次），年度小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量占過(guò)去10 年小衛(wèi)星發(fā)射總數(shù)的33%（2020-2022 年這3 年，小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量占比為76%）；2022 年微、小型火箭發(fā)射的小衛(wèi)星占比7%（2021 年為6%），中型和大型運(yùn)載火箭發(fā)射了93%的小衛(wèi)星。

2 小衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量增加

2013-2022 年全球共發(fā)射航天器總質(zhì)量4900t，其中小衛(wèi)星質(zhì)量占比24%。過(guò)去10 年發(fā)射的航天器中，質(zhì)量為201～600kg 的微小衛(wèi)星數(shù)量最多，數(shù)量占比48%，質(zhì)量占比22%；7t 以上的超大衛(wèi)星總質(zhì)量最高，質(zhì)量占比26%，數(shù)量占比2%。

2022 年全球共發(fā)射航天器總質(zhì)量991t，其中小衛(wèi)星質(zhì)量占比54%。質(zhì)量為201～600kg 的微小衛(wèi)星數(shù)量最多、總質(zhì)量最高，分別占比70%和51%，其中包括“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星；超重型衛(wèi)星數(shù)量占比1%，質(zhì)量占比23%。

2019 年“星鏈”計(jì)劃和“一網(wǎng)”（OneWeb）系統(tǒng)進(jìn)入空間部署階段以來(lái)，全球小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，排除這兩個(gè)大型星座計(jì)劃的影響，小衛(wèi)星數(shù)量從2019 年263 顆增加到2022 年568 顆，增加1.2 倍；2022 年質(zhì)量為10～200kg 的微衛(wèi)星數(shù)量最多，占36%，10 年來(lái)數(shù)量首次超越質(zhì)量1～10kg 的納衛(wèi)星。2013-2022 年全球小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量如圖1 所示。

圖1 2013-2022 年全球小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量趨勢(shì)（單位：顆）

如果排除“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星，2013 年以來(lái)全球發(fā)射小衛(wèi)星的平均質(zhì)量不足100kg。如果考慮“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星在內(nèi)，則全球發(fā)射小衛(wèi)星的平均質(zhì)量已經(jīng)于2022 年首次超過(guò)200kg。2013-2022 年全球發(fā)射小衛(wèi)星平均質(zhì)量如圖2 所示。

圖2 2013-2022 年全球發(fā)射小衛(wèi)星平均質(zhì)量趨勢(shì)（單位：kg）

3 小衛(wèi)星應(yīng)用趨勢(shì)

通信衛(wèi)星逐漸獲得主導(dǎo)地位

10 年來(lái)，全球發(fā)射的小衛(wèi)星從最初絕大部分用于技術(shù)驗(yàn)證到逐漸具備業(yè)務(wù)功能，目前已廣泛應(yīng)用于低軌業(yè)務(wù)衛(wèi)星星座項(xiàng)目。2013 年全球發(fā)射的小衛(wèi)星中，61%為技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星，通信和遙感衛(wèi)星數(shù)量占比僅有19%；2022 年全球發(fā)射的小衛(wèi)星中，通信衛(wèi)星數(shù)量占比80%（其中“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星共占75%），遙感衛(wèi)星數(shù)量占比10%，技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星數(shù)量占比7%，科學(xué)衛(wèi)星數(shù)量占1%，其他類型衛(wèi)星數(shù)量占比2%。如果排除“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星，則2022年全球發(fā)射的遙感類小衛(wèi)星數(shù)量最多。

商業(yè)衛(wèi)星大規(guī)模增加

2013 年以來(lái)，全球每年發(fā)射的商業(yè)小衛(wèi)星數(shù)量顯著增加，從2013 年的14 顆增加到2022 年的2090顆，非商業(yè)小衛(wèi)星數(shù)量變化不明顯。2022 年全球發(fā)射的2304 顆小衛(wèi)星中，商業(yè)小衛(wèi)星為2090 顆（“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星共1736 顆）。2013 年以來(lái)發(fā)射小衛(wèi)星的運(yùn)營(yíng)方明顯增多，從2013 年的76 家增加到2022 年的204 家，增幅達(dá)1.7 倍。

2013-2022 年全球211 家運(yùn)營(yíng)商共發(fā)射5675 顆商業(yè)小衛(wèi)星，其中88%由5 家運(yùn)營(yíng)商發(fā)射：美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）3570 顆，占比63%；行星公司（Planet）529 顆，占比9%；一網(wǎng)公司（OneWeb）504 顆，占比9%；蜂群技術(shù)公司（Swarm Technologies）173 顆，占比3%；頂尖全球公司（Spire Global）151 顆，占比3%。另外還有10 家公司運(yùn)營(yíng)發(fā)射小衛(wèi)星數(shù)量超過(guò)15 顆。

發(fā)射次數(shù)逐年增多

2013-2022 年全球小衛(wèi)星主要由美國(guó)、俄羅斯、印度、中國(guó)、法國(guó)和日本的火箭發(fā)射。2017 年美國(guó)發(fā)射的小衛(wèi)星在本國(guó)發(fā)射的全部航天器中數(shù)量占比為27%，之后迎來(lái)快速增長(zhǎng)，在2022 年高達(dá)87%；我國(guó)火箭發(fā)射小衛(wèi)星的數(shù)量占比在2018 年最高，達(dá)20%，在2022 年降到7%。

2013-2022 年全球攜帶小衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)次數(shù)穩(wěn)步增加，如圖3 所示，2020 年以來(lái)全球連續(xù)3 年每年一半以上的火箭發(fā)射都攜帶了小衛(wèi)星。

圖3 2013-2022 年全球小衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)次數(shù)（單位：次）

小火箭執(zhí)行小衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的次數(shù)總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)

低軌巨型通信衛(wèi)星星座的部署將帶動(dòng)小衛(wèi)星制造和發(fā)射活動(dòng)繼續(xù)活躍，中型和大型火箭仍然是小衛(wèi)星發(fā)射的主要選擇。小衛(wèi)星的軍用和政府應(yīng)用價(jià)值將逐漸體現(xiàn)，美國(guó)軍方將率先部署低軌國(guó)家安全小衛(wèi)星星座。小衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步和推廣還將促進(jìn)地球靜止軌道（GEO）和非地球同步軌道（NGSO）衛(wèi)星應(yīng)用的融合。

2013-2022 年全球小火箭（低軌運(yùn)力小于2268kg）執(zhí)行小衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的次數(shù)總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，從2013 年的11 次增長(zhǎng)到2022 年的32 次，占比始終低于大中型火箭，其中2013 年占比最高，為39%，2022 年僅為7%；即使排除“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，2022 年占比也僅為29%。這與美國(guó)獵鷹-9（Falcon-9）火箭通過(guò)拼車發(fā)射和搭載發(fā)射，將眾多小衛(wèi)星送入太空有直接關(guān)系。2018-2022年全球發(fā)射小衛(wèi)星5966 顆，其中獵鷹-9 火箭發(fā)射70%（“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星共占60%），即使排除“星鏈”和“一網(wǎng)”衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，獵鷹-9 火箭仍是全球發(fā)射小衛(wèi)星最多的火箭。

小衛(wèi)星發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁

Euroconsult 公司2023 版《小衛(wèi)星市場(chǎng)前景》顯示，預(yù)測(cè)2023-2032 年全球?qū)l(fā)射小衛(wèi)星約26104顆，其中星座項(xiàng)目的小衛(wèi)星22131 顆，占85%。未來(lái)10 年小衛(wèi)星發(fā)射總質(zhì)量將達(dá)到約5438t，其中包括：商業(yè)小衛(wèi)星4482t，約占82%；政府民用小衛(wèi)星789t，約占15%；軍事小衛(wèi)星146t，約占3%；學(xué)術(shù)研究小衛(wèi)星21t，約占1%。如果排除“星鏈”衛(wèi)星在外，2013-2022 年全球發(fā)射小衛(wèi)星的平均質(zhì)量為54kg，2023-2032 年發(fā)射小衛(wèi)星的平均質(zhì)量將增加至83kg。

報(bào)告顯示，2013-2022 年全球小衛(wèi)星制造和發(fā)射收入共302 億美元（衛(wèi)星制造207 億美元，發(fā)射服務(wù)95 億美元），2023-2032 年全球小衛(wèi)星制造和發(fā)射收入將達(dá)到1105 億美元（衛(wèi)星制造763 億美元，發(fā)射服務(wù)342 億美元）。據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)10 年累計(jì)小衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)收入最高的地區(qū)為北美地區(qū)，約5970 億美元，占54%；其次亞洲約2870 億美元，占26%；歐洲約1630 億美元，占15%。

未來(lái)10 年，小衛(wèi)星制造和發(fā)射收入將增長(zhǎng)2.7倍，質(zhì)量增長(zhǎng)幅度更大，兩者之間的增長(zhǎng)差距也體現(xiàn)出小衛(wèi)星制造成本在未來(lái)10 年將繼續(xù)降低。

4 小結(jié)

未來(lái)10 年，商業(yè)小衛(wèi)星星座項(xiàng)目將帶動(dòng)全球的小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量、質(zhì)量激增，制造成本持續(xù)降低，制造和發(fā)射收入增加，應(yīng)用價(jià)值在通信、遙感、空間科學(xué)和深空探測(cè)領(lǐng)域持續(xù)釋放。隨著“星艦”（Starship）、“火神”（Vulcan）、阿里安-6（Ariane-6）、維加-C（Vega-C）、H3 火箭等越來(lái)越多的低成本中型、大型和重型運(yùn)載火箭投入使用，小衛(wèi)星將獲得更好的發(fā)展空間，加速釋放更大的應(yīng)用價(jià)值。