卫星互联网供应链与工业级器件选型和应用

牛旼 宁少杰 俱丹（北京未来宇航空间科技研究院有限公司）

2022 年1 月12 日，国务院正式印发《“十四五”数字经济发展规划》，当中提到加快建设信息网络基础设施，积极稳妥推进空间信息基础设施演进升级，加快布局卫星通信网络，推动卫星互联网建设。

可以清晰地预见，卫星互联网供应链将迎来发展风口，特别是民营卫星相关制造厂商，如能抓住机遇则有望成为“卫星互联网”星座建设中的重要供应链环节。卫星互联网供应链涉及多个方面，包括卫星制造商、卫星发射商、卫星接收设备制造商、卫星地面终端设备制造商等，这些环节都需要进行合理的选型和应用，以确保整个供应链的高效稳定运作。

1 引言

卫星互联网供应链需求广泛，为满足其增长需求，卫星研制和星载载荷方面需要先进技术。在卫星研制中，要有高速稳定通信、多协议支持、高效数据处理、云技术应用，提高平台灵活性和扩展性。在卫星载荷方面，须保证稳定信号、精准性、耐久性、可靠性，与地面系统协作远程控制，确保安全性。空间高速数据传输涉及星间通信、星地通信、信关站与基站、终端与基站，对商业卫星星座至关重要。卫星互联网供应链通过通信卫星、测控中心、信关站、终端设备实现全球信息中继、通信和数据交互。卫星互联网供应链构成如图1 所示。

卫星互联网供应链的未来发展将集中在低轨卫星领域，这为航天供应链企业提供机会，加强对整个卫星产品的零部件质量和性能控制。因此，近年来各国纷纷关注卫星互联网供应链中工业级器件的选择和应用标准化，这已成为研究和发展的关键趋势之一，进一步推动了卫星互联网供应链的迅速发展。

2 卫星互联网供应链发展的现状

传统卫星互联网供应链依托传统的航天和军工体系，企业各自负责提供卫星的各个子系统和部件（包括：平台、姿轨控、动力、结构、测控、数传、电源、储存、导航等）。卫星的组件构成因其类型和大小而异，一般而言，一颗典型的卫星包括数百个部件，涵盖微处理器和转发器，乃至太阳翼和天线等。这些部组件对卫星的性能和运行都至关重要。随着航天和空间信息技术的迅速发展，低轨卫星网络的建设需要满足超高速数据传输、更低延迟、更广泛频谱资源的利用，以适应物联网、云计算、人工智能（AI）等技术的需求。卫星互联网供应链目前正在快速发展，已经成为国家战略，并在国际竞争中呈现出越来越激烈的态势。

全球卫星互联网供应链近年来飞速发展。随着卫星技术的不断进步，越来越多的国家和企业纷纷加大在卫星研发和应用领域的投资，全球卫星互联网供应链得以蓬勃增长。美国、欧洲等地的企业和机构在卫星产业链和供应链方面具备较高的成熟度。在全球卫星互联网供应链中，太空探索技术公司（SpaceX）、一网公司（OneWeb）、亚马逊公司（Amazon）、通信卫星公司（Telesat）和低轨卫星公司（LeoSat）等企业处于领先地位。此外，日本和俄罗斯等国家也在技术和应用方面取得了显著进展。

全球卫星互联网供应链涵盖多个国家的卫星器件供应商，例如：美国的霍尼韦尔公司（Honeywell）、英国的科巴姆公司（Cobham）、法国的泰雷兹公司（Thales）等。与此同时，系统集成商在全球范围内设有多个生产基地和研发中心，包括美国的L3哈里斯公司（L3 Harris）、欧洲的空客防务与航天公司（ADS）、日本的三菱电机公司（Mitsubishi Electric）等。为满足客户需求，提高灵活性，一些卫星制造商开始提供开放式卫星平台，使客户能够自由选择配件，以实现快速、低成本的卫星定制。例如，英国的卫星制造商克莱德航天公司（Clyde Space）提供了多种开放式卫星平台，包括立方星和小卫星。

“星链”（Starlink）是全球首个规模超过万颗的巨型星座项目，建设进度领先。初期规划包括三期两代系统，总规模达到4.2 万颗卫星。截至2023 年11 月，已成功发射超过5000 颗卫星。

“星链”项目之所以能够实现高产速度，得益于一体化生产模式：首先，在全国建立多个分布式生产基地，以降低生产和运输成本；其次，大部分硬件由SpaceX 公司自主研发和制造，充分利用其技术和经验优势，同时实现更好的器件标准化；此外，采用商业化通信协议（如：TCP/IP 和Wi-Fi），以提高系统的兼容性和互操作性；更重要的是，“星链”的生产流程高度标准化，以确保每颗卫星都达到预期标准，提高生产效率和质量。

自2015 年起，我国随着政策的扶持和社会资本的介入推动了中国航天进入商业时代，开启了对空天轨道资源的全面战略布局。卫星互联网供应链建设已被确立为国家战略性工程，融入遥感和导航，成为我国天地一体化信息系统的重要组成部分。

我国卫星互联网供应链始于20 世纪60 年代，经多年发展取得显著成就。现已建立完整卫星产业链，包含设计、制造、发射、控制等各环节。国有企业拥有丰富经验与较强技术，逐渐实现从小型到大型卫星的设计制造能力。在材料与电子元器件方面，多家企业拥有技术优势。民营企业（如：长光卫星、微纳星空、天仪研究院、航升卫星、星众空间、九天微星、赛德雷特、工大卫星等）专注卫星总体设计与制造；还有其他卫星材料配套供应商（如：三超新材、睿创微纳、云铝股份、京济通信、海格通信、柒星通信、程星通信、斯北图、遨海科技、英田光学、氦星光联、光珀智能等），拥有多次在轨验证经验。

在卫星制造中，上游高价值组件至关重要，如：相控阵TR 组件、星间激光通信、FPGA 信号处理、北斗三号芯片、测试仿真系统、微系统与控制部件和空间光学敏感器等。此外，还包括航天电子、航天电器、振华科技、鸿远电子、雷科防务、亚光科技等上游配套厂商。我国卫星制造成本较高，卫星制造成本约为每千克10 万～20 万元人民币，与之对比，2020 年“星链”卫星制造成本已低于50 万美元，当时v1.0 版本卫星质量为260kg，卫星成本仅每千克1.25 万美元。因此，我国需要不断努力降低卫星制造成本，卫星平台将成为未来成本控制的关键领域。

3 工业级器件在卫星互联网供应链应用的挑战

工业级器件选型与应用是指在工业领域中选择和应用符合高标准和可靠性要求的电子器件和组件的过程，这些器件通常需要满足特定的工业标准，以确保其在严苛的工作环境下能够稳定运行。工业级器件通常比一般消费级产品更可靠、耐用，并且能够在更广泛的温度范围内工作，但要用在航天还面临着巨大的挑战，器件选型过程需要根据特定的环境和应用，满足在航天设备中集成，以确保设备的可靠性和性能。卫星互联网供应链的工业级产品举例说明如下：①卫星通信设备。卫星互联网的关键部分是卫星通信设备（包括：高性能的通信卫星、卫星调制解调器、射频天线、数据链路等）。这些设备需要具备极高的可靠性和抗干扰能力，以保障卫星通信的稳定性。②卫星地面站设备。卫星互联网需要地面站设备来与卫星通信（包括：地面天线、控制系统、数据处理设备等）。这些设备也需要符合航天领域的工业级标准，以应对恶劣的环境条件。③航天电源系统。卫星互联网中使用的电源系统需要具备高效、可靠、长寿命的特点，以满足卫星的电力需求。这可能涉及高性能的太阳能电池、电池组件和电力管理系统等。④航天电子元件。卫星互联网的航天电子元件需要具备高温、高辐射、低压等极端条件下的可靠性（包括：微处理器、存储器、传感器等）。

工业级器件选型与应用在卫星互联网供应链中扮演着重要角色，但也伴随着一些挑战。这些器件因其在成本、速度和可靠性等方面的优势而备受青睐，但也需要克服以下挑战：

1）在卫星互联网供应链中使用工业级器件，高可靠性是关键，这些器件必须能够在极端环境下稳定运行，具备长寿命、抗辐射和耐高温等特性，以确保卫星系统持续性能；

2）需要满足稳定性，以确保卫星能够准确定位和控制轨道，以及需要在广泛的工作温度范围内稳定工作，提供精确的时序控制和良好的抗干扰性能；

3）工业级器件通常支持多功能，适用于多种应用场景，这要求它们具备灵活性和适应性，以满足不同用户的需求；

4）卫星互联网供应链中的成本一直是重要因素，在选择工业级器件时，必须在保持性能的同时降低成本；

5）需要充分考虑安全问题。因为卫星传输的数据可能涉及敏感信息，所以在选择和应用工业级器件时需要全面考虑多个因素，以确保系统具备可靠性和安全性。

4 探索与实践——卫星互联网供应链平台

卫星互联网供应链企业需要长期投资和高成本，需要大量的设备、技术和人才，成熟的工业级器件选型与应用则能够快速满足卫星研制的低成本、短周期、高性能等特点。通过引入成熟工业体系产品，可以加速卫星互联网供应链的发展，减少成本，提高效率，并推动技术创新和产业升级。例如：引入舰船、弹载、车规级、航空级成熟产品，各种商用货架产品（COTS）元器件及航天先进制造工业品，在满足空间环境设计要求的情况下可以大幅度提高卫星的性能和稳定性，同时降低生产和运营成本，增加可靠性和透明度，提高整个供应链的协同效率。

卫星互联网供应链交易中，需考虑多个因素（如：制造商信誉、技术实力、产品质量、交货能力、经验、产能）。发射商需满足轨道及位置需求；接收设备和地面终端需考虑兼容性和可扩展性；对工业级器件的选型和应用需考虑性能、稳定性、价格等因素，选择在轨验证的器件。建立高效卫星互联网供应链平台对企业竞争力和吸引力至关重要。供应链平台可以降低成本、提高效率、推动技术创新，并减少运营风险，从而使卫星互联网供应链企业更具竞争力和吸引力。卫星互联网供应链平台“太空工厂”（见图2）作为商业航天界的“阿里巴巴”，旨在整合卫星互联网供应链资源，针对相关企业开展认证、供应商生产能力审核、工业级器件质量调查、在轨案例验证、实际销售情况审查等，帮助企业规避供应链采购风险和引入更多工业级产品的同时，专注卫星互联网供应链相关企业筛选，吸引超过3000+优质的企业参与。

图2 卫星互联网供应链平台“太空工厂”

通过平台参与，能够获取更多供应商和客户信息，建立紧密合作关系。一是通过引入成熟工业级器件和相关供应商资源，降低制造成本、周期，降低供应链总成本；二是提高效率，借助供应商评选、质量控制、风险管理和市场竞争，提升供应链效率和可靠性；三是推动技术创新，采用新工业器件、新的工艺和设计，从而提高卫星性能、可靠性，降低成本。

5 结束语

卫星互联网供应链的发展与工业级设备的选择和应用密切相关。工业级产品旨在在太空环境中高效、可靠地运行，使其成为卫星互联网供应链应用的理想选择。此外，它们通常具有拓展功能，使其更容易集成到现有系统和网络中，并提供更高的安全性和隐私性。工业级设备通常比宇航级组件更具成本效益，从而使提供商能够降低总体成本。

总之，卫星互联网供应链的发展离不开高质量、高可靠性的供应链体系，而工业级器件则是构建该体系的重要组成部分。正确选型和应用工业级器件能够提高卫星平台和载荷的性能和稳定性，降低成本，提升市场竞争力。卫星互联网供应链企业需要注重供应链管理和技术创新，加强合作关系，利用成熟工业体系商品和商业航天互联网平台等资源，促进卫星互联网供应链的蓬勃、高效、稳定发展。