據測算，到2027年中國“GW”激光載荷市場規模將達約800億(yi) 。

一、激光通信的技術發展趨勢

1.1 激光通信的技術優勢及瓶頸

1.1.1 激光通信以其高帶寬、高安全性以及設備體(ti) 積小等優(you) 勢有望成為(wei) 發展主流

激光通信的通信容量大，也即是傳(chuan) 輸速率更快。激光的頻率比微波要高許多，作為(wei) 通信的載波有更寬的利用頻帶。目前無線激光通信工作頻段主要在365～326THz（對應波長範圍光波長範圍多在820nm～920nm），設備間無射頻信號幹擾。

從(cong) 現有技術來說，光波作為(wei) 信息載體(ti) 可傳(chuan) 輸達10Gbit/s的數據碼率，采用名為(wei) 波分複用技術的方法還能進一步提高（將兩(liang) 種或多種不同波長的光載波信號在發送端經複用器匯合在一起，傳(chuan) 輸後在接收端經分波器將各種波長的光載波進行分離並恢複信號）。

激光通信的可靠性高，且保密性好。激光作為(wei) 光源的發散角很小，能量集中在很窄的光束中。這意味著和鄰近衛星間的通信幹擾將會(hui) 減小，避免了相互影響衝(chong) 突，穩定性增強，也就是所謂的可靠性高。而且這樣的光束具有高度的定向性，纖細而集中的發射波束指向接收機，可有效的提高抗幹擾、防竊聽的能力，除非其通信鏈路被截斷，否則數據不易外泄，保密性好。

激光通信技術結合了無線電通信和光纖通信的優(you) 點，以激光為(wei) 載波進行通信。激光通信技術具有抗幹擾能力強、安全性高、通信速率高、傳(chuan) 輸速度快、波段選擇方便及信息容量大的優(you) 勢，其特點是係統體(ti) 積小、重量輕、功耗低、施工簡單、靈活機動，在軍(jun) 事和民用領域均有重大的戰略需求與(yu) 應用價(jia) 值。

激光通信相關(guan) 的設備體(ti) 積小、質量輕、功耗低。激光的光束集中且攜帶信息量大，激光通信的能量利用率高，落在接收機望遠鏡天線上的功率密度高，發射機的功耗低，發射功率也可大大降低，所以發射設備及其供電係統可以做的體(ti) 積更小、重量更輕，更加便於(yu) 衛星等空間探測器攜帶。

另一方麵，激光的波長短、穿透力強，方向性好且能量集中，這些優(you) 點也使得接收望遠鏡口徑可以減小，擺脫了無線電波通信係統巨大的碟形天線，接收係統也可以做的體(ti) 積更小、重量更輕。這些也使得激光通信相關(guan) 係統、設備的建造和維護費用相對低廉。

表一：各種通信方式特點對比 

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

1.1.2 激光通信光束易發散且易受大氣條件影響

窄波束的激光在長距離的傳(chuan) 播後會(hui) 產(chan) 生發散也是不可避免的。所以在越遠的地方看到光源的亮度就越暗淡。

激光傳(chuan) 輸深受大氣吸收和散射、大氣湍流、以及背景光等因素的影響，其可靠性受到一定的挑戰。影響星地激光通信的主要因素有大氣吸收及散射、大氣湍流、背景光、雲(yun) 霧雨等，如圖1所示。大氣對激光的吸收主要是由於(yu) 大氣分子和特定波長的激光相互作用產(chan) 生的，大氣對激光的散射也與(yu) 波長相關(guan) ，可以由比爾-朗伯（Beer-Lambert）定律描述；大氣湍流是由於(yu) 大氣溫度和壓強的變化產(chan) 生的，會(hui) 使信號的強度和相位重新分布，也即波前畸變，通常采用伽瑪-伽瑪（Gamma-Gamma）分布或者更為(wei) 精確的雙參數威布爾（Weibull）分布來描述；背景光的影響來自於(yu) 太陽、其他恒星、及散射光等；雲(yun) 霧雨主要從(cong) 吸收和散射的角度來影響激光通信。針對上述各類因素，世界各國開展了理論研究，並進行了多類地麵演示試驗。

圖一：影響星地激光鏈路的主要因素

（資料來源：公眾(zhong) 號“衛星與(yu) 網絡”，本翼資本整理）

1.2 激光通信的主要技術

隨著激光、光學和光電子元器件技術的發展進步，激光通信技術不斷取得突破。按照係統功能劃分，激光通信技術主要分為(wei) 捕獲跟蹤、通信收發、大氣補償(chang) 、光機電設計以及係留氣球和平流層飛艇6類技術。 

1.2.1 捕捉跟蹤技術

激光通信技術借助光源的小發散角波束提供高功率增益，這對光束的捕獲跟蹤提出了比微波通信更高的要求。實現快速、大概率、大範圍的光束捕獲和穩定的高帶寬、高精度光束跟蹤是激光通信瞄準、捕獲、跟蹤技術研究的核心目標。其中，光束捕獲采用激光瞄準技術和粗/精跟蹤相獨立的體(ti) 製，即粗跟蹤由大視場相機和伺服轉台組成閉環，提供大範圍低頻帶伺服控製；精跟蹤由高幀頻相機和快速振鏡組成閉環，提供小範圍高頻帶伺服控製，從(cong) 而有效抑製因光束大範圍運動和高頻率抖動引起的光束擾動。

隨著激光技術的進步，受益於(yu) 激光光束智能變換、激光相控陣等新技術的逐漸發展成熟，將其應用於(yu) 激光通信技術的捕獲、瞄準、跟蹤係統中，使傳(chuan) 統跟瞄模式發生改變，可提高空間光通信係統的跟瞄精度、速度和可靠性。同時，小型高效率激光器的出現也使跟瞄係統向小型化、輕型化和集成化發展。另外，可采用粗精複合高精度跟蹤，通過激光光束智能變換，在保證跟蹤性能的前提下，簡化激光通信跟瞄係統。

1.2.2 通信收發技術

激光通信技術需要激光器具有大調製帶寬、高發射功率和窄線寬等特點。具體(ti) 來看，激光調製技術的調製方式可以分為(wei) 直接調製和間接調製，由於(yu) 直接調製方式使帶寬和發射功率受限，目前主要采用小功率種子激光源間接調製後通過高功率光纖放大器獲得高發射功率的方法進行調製；根據作用光束的參數不同（如強度、頻率、相位等），可分為(wei) 調幅、調頻和調相等不同調製方式，由於(yu) 不同波長係統相應器件的差異，調製方式也有所差別。目前激光通信技術采用的激光波長主要有800nm、1000nm和1550nm3個(ge) 波段，其中800nm波段的半導體(ti) 激光器一般利用強度調製/直接檢測（IM/DD），1000nm波段的Nd:YAG固體(ti) 激光器可采用各種調製方式，而1550nm波段的半導體(ti) 激光器與(yu) 光纖通信係統兼容，可采用多種高速調製方式並利用摻鉺光纖放大器實現高速、高功率發射。

激光通信接收機的高速探測器均由光纖耦合以適應高速探測器的小探測截麵，並有利於(yu) 係統集成化。因此，激光到光纖的耦合是激光通信接收部分的關(guan) 鍵技術之一，其中對光纖高效率耦合主要受模式匹配、對準偏差、菲涅爾反射、吸收損耗、平台振動等影響。現有的光纖耦合方法主要采用的是光學自適應、錐形光纖、光纖章動等，尚未出現實質性突破，光纖高效耦合技術仍是當前激光通信係統的主要難題之一。

1.2.3 大氣補償(chang) 技術

當空間激光通信技術應用在星地、空空和空地等鏈路時，激光在穿越大氣層的過程中受大氣湍流影響，在傳(chuan) 輸時會(hui) 出現接收功率抖動，導致係統出現誤碼，這在高速激光通信中更加明顯。為(wei) 解決(jue) 這一問題，采用高精度實時波前畸變校正技術是抑製大氣湍流對傳(chuan) 輸光束波前影響的有效方法，即通過哈特曼傳(chuan) 感器進行多孔徑波麵探測，在一定程度上能夠矯正波前畸變。但該技術的主要難點在於(yu) 激光到達角起伏補償(chang) 、波麵變形補償(chang) 和空中飛行時附麵層影響補償(chang) ，可通過探測係統引入波前畸變補償(chang) 鏡技術進行聯合校正。

近年來有關(guan) 大氣信道的研究成果頗豐(feng) 。例如，2018年開展的基於(yu) 部分相幹載波的大氣高速傳(chuan) 輸研究，由有源鎖模光纖激光器泵浦色散位移光纖而產(chan) 生的超連續譜光源作為(wei) 部分相幹高速載波，在1km大氣湍流信道中，相比於(yu) 相幹光源，采用部分相幹光載波源能有效抑製大氣湍流造成的光強閃爍。而後，證明了可將全光時分複用（OTDM）技術應用在部分相幹光通信係統中以提升傳(chuan) 輸速率，最高速率達到了16Gb/s。

1.2.4 光機電設計技術

為(wei) 減小自由空間的功率損耗，提高發射光學係統增益，需要通信光束以近衍射極限角發射。在保證發射光學口徑的基礎上，提高光束發射增益對光纖耦合技術、光束整形技術、望遠鏡麵型設計提出了更嚴(yan) 格的要求。為(wei) 突破近衍射極限角發射的關(guan) 鍵技術、發射激光源的整形準直技術和高效率光纖耦合技術，亟需通過激光技術的發展，研究光纖不同芯徑、束散角與(yu) 光學係統匹配的優(you) 化選取方法。

對於(yu) 光學基台技術，要求對光學係統進行模塊化、輕量化設計，且能滿足未來空間激光通信網絡一點對多點動中通同時傳(chuan) 輸。與(yu) 此同時，激光技術的廣泛應用促成了多行業(ye) 的標準化，如基於(yu) 激光技術的激光整形傳(chuan) 輸促成了元件的模塊化和標準化，降低了整機體(ti) 積與(yu) 成本。

1.2.5 係留氣球中繼技術

係留氣球是一種通過纜繩固定於(yu) 地麵，靠氣囊內(nei) 的浮升氣體(ti) 獲得浮力的浮空器。其特點是可以在空中特定範圍內(nei) 實現定高、長時間駐留，具備搭載各種通信、偵(zhen) 察和探測等電子設備實現相應任務功能的能力。

圖二：係留氣球中繼技術

（資料來源：基於(yu) 浮空平台的天地一體(ti) 化網絡激光中繼設計，本翼資本整理）

該中繼方案能夠充分利用係留氣球平台成本低，使用維護簡便的優(you) 點，適合在短時間內(nei) 進行大規模部署，以快速實現廣域的高速數據服務覆蓋。同時，係留氣球通過光纖與(yu) 地理骨幹節點之間直接建立高可靠的有線通信鏈路，有效克服了無線通信鏈路在低層大氣環境中不夠穩定可靠的缺點。但是由於(yu) 係留氣球仍工作在對流層，其激光中繼受大氣內(nei) 天氣現象的影響不能完全消除，且單個(ge) 氣球由於(yu) 通過線纜固定於(yu) 地麵，不具備機動能力，使用場景也受到了一定程度的限製。

1.2.6 平流層飛艇中繼技術

平流層飛艇是一種通過浮生氣體(ti) 產(chan) 生浮力，並帶有推進係統，可連續在特定區域駐留的浮空平台。相對於(yu) 係留氣球平台，平流層飛艇除了能夠長期定點懸停工作外，其最大特點在於(yu) 還能夠跨區域進行大範圍機動，能夠實現廣域覆蓋。

圖三：平流層飛艇氣球中繼技術

（資料來源：基於(yu) 浮空平台的天地一體(ti) 化網絡激光中繼設計，本翼資本整理）

平流層飛艇攜帶激光通信終端、微波通信設備工作在平流層底層，通過轉化成多路微波信號克服低空複雜氣象條件的影響，可完全克服低空複雜氣象條件幹擾，長時可靠工作。在飛艇上部署激光通信終端，飛艇與(yu) 衛星之間通過空間激光鏈路進行數據傳(chuan) 輸，飛艇與(yu) 地麵之間通過微波鏈路進行數據傳(chuan) 輸與(yu) 分發。本方案充分結合激光高速傳(chuan) 輸能力，以及微波大氣穿透性強的特點，實現天地數據的高速高可靠中繼。

相對於(yu) 係留氣球平台，平流層飛艇工作在對流層之上，與(yu) 天基骨幹網之間的激光鏈路更為(wei) 穩定可靠，且平台本身具備大範圍機動的能力，能夠實現長時間的廣域覆蓋。平流層飛艇的主要缺點在於(yu) 成本較高，保障維護較為(wei) 困難，在未來的天地一體(ti) 化網絡建設中，需要根據實際場景需求，對兩(liang) 種中繼平台進行合適的選擇。

1.3 激光通信技術的發展趨勢

激光通信的技術趨勢就是向高速率、網絡化、多用途以及一體(ti) 化發展。

1.3.1 高速率

隨著空間激光通信高速調製解調和傳(chuan) 輸技術的快速發展，未來星地激光通信鏈路速率有望達到100Gb/s量級。高速激光通信采用高階調製方式如正交相移鍵控（QPSK）、正交振幅調製（QAM）和複用方式如波分複用（WDM）、時分複用（TDM）、軌道角動量複用（OAM），短距離（<1km）速率可達Tb/s量級。

1.3.2 網絡化

隨著全球化和信息技術的發展，亟需建設具有不依托地麵網絡、無縫覆蓋全球、高帶寬和抗毀性能的空間網絡。因此，依托空間激光通信技術實現的天基寬帶傳(chuan) 送網絡是今後發展的重要趨勢。

空間激光通信技術逐漸從(cong) 點對點模式向中繼轉發和構建激光網絡的方向發展。由於(yu) 激光網絡建設的主要難點在於(yu) 激光發散角小、光信號動態接入以及受空間環境影響大等，因此構建激光通信網絡時，需突破“一對多”的激光通信技術難題、研究動態路由解決(jue) 接入方案、尋求激光通信和微波聯合通信體(ti) 製。長春理工大學提出的采用旋轉拋物麵結構設計一點對多點光學收發天線，實現多顆衛星間激光通信組網，光學原理簡單，是探索解決(jue) 這一難點的重大突破。

1.3.3 多用途

隨著空間激光通信技術的逐漸成熟，空間激光通信的高調製速率、遠傳(chuan) 輸距離和低能耗的優(you) 點逐漸凸顯。目前，空間激光通信技術已廣泛應用於(yu) 星間、星空、空空、空地等鏈路的寬帶數據傳(chuan) 輸，並逐漸向深空探測、水下和地麵接入通信擴展，用途越來越廣。

深空探測是人類對月球、遠距離天體(ti) 或空間開展的探測活動，是了解太陽係及宇宙，揭示宇宙起源與(yu) 演變，拓展人類生存空間的必然選擇。月球探測工程的實施拉開了我國深空探測的序幕，隨後又實施了火星探測工程。水下無線光通信作為(wei) 一種新興(xing) 通信技術，具有容量大、帶寬高、保密性好、抗幹擾能力強等優(you) 勢，已成為(wei) 世界大國競相發展的一項重要通信技術。利用可見光進行數據通信的無線光傳(chuan) 輸技術兼具照明、通信和控製定位等功能，易與(yu) 現有基礎照明設施相融合，且符合國家節能減排的戰略思想，逐漸成為(wei) 未來智能時代超高速泛在光聯網的主要寬帶傳(chuan) 輸方法。另外，在一些無法鋪設光纜的特殊應用場合，如海島之間、城市樓宇間、野外複雜環境等，空間激光通信技術可起到光纖通信技術所無法替代的作用。

1.3.4 一體(ti) 化

由於(yu) 激光在高速通信和精密測距方麵具有優(you) 勢，近年來激光測距與(yu) 通信一體(ti) 化技術越來越受到重視。激光測距與(yu) 通信一體(ti) 化設計是以高速通信為(wei) 主，兼顧精密測距，使用同一束激光和硬件平台實現測距和信息傳(chuan) 輸，進而實現同一套設備完成測距和通信的雙重功能。2013年NASA的LLCD係統已經成功實施月地高速激光通信與(yu) 高精度測距的在軌演示驗證，測距精度達到3cm；2014年，北京遙測技術研究所完成了基於(yu) 相幹通信的測距和高速通信一體(ti) 化的設計；2015年，長春理工大學提出了空間目標測距、成像、通信一體(ti) 化方案，其中激光通信信標光發射/接收和激光測距光發射/接收共用一個(ge) 光學天線。

此外，激光和微波通信技術的融合，也是目前學術研究的熱點，主要包括激光與(yu) 微波收發融合、數據處理融合、微波信號的激光調製和產(chan) 生等。目前，微波光子技術逐漸發展成熟，並已應用於(yu) 雷達信號的激光傳(chuan) 輸和處理，未來該技術也將在激光與(yu) 微波融合通信係統中應用。激光/微波混合傳(chuan) 輸的主要思想是通過在激光鏈路連接的兩(liang) 個(ge) 節點間建立額外的微波鏈路，在天氣惡劣的條件下使用微波鏈路進行輔助傳(chuan) 輸來保障節點間通信不間斷。2006年，美國賓夕法尼亞(ya) 州立大學的科學家進行了空載激光/微波混合傳(chuan) 輸的評估研究。研究發現激光鏈路受雲(yun) 層影響較大，主要是由於(yu) 雲(yun) 顆粒帶來的衰減及散射，但當微波鏈路引入後可以大幅提升整體(ti) 鏈路的可用度。

通常的激光/微波混合傳(chuan) 輸方式為(wei) 激光鏈路可以通時采用激光傳(chuan) 輸，無法通時改為(wei) 微波鏈路進行數據傳(chuan) 輸。該種方法不僅(jin) 不能有效利用整體(ti) 信道帶寬，在激光和微波鏈路進行切換的過程中也容易帶來不必要的傳(chuan) 輸中斷。2009年弗吉尼亞(ya) 大學的科學家提出了一種符號率自適應聯合編碼方案，使得微波鏈路和激光鏈路同時高效工作。2010年馬薩諸塞大學的科學家提出了混合信道碼，通過利用非均勻碼及速率兼容LDPC碼，在提升通信容量的同時達到了電信級的可靠性（99.999%）。

二、激光通信的應用前景

2.1 現狀——由於激光在大氣中傳輸的技術尚未成熟，目前激光通信主要在星間應用

激光通信技術的主要應用場景有星間、星空、星地、空空、空地與(yu) 地地這六大激光通信，並逐漸向深空探測、水下通信擴展，用途越來越廣。由於(yu) 激光通信鏈路具有通信速率高、方向性強、保密性好、組網靈活以及終端體(ti) 積小、重量輕、功耗低等特點，而且在大氣中尚未突破技術瓶頸，所以目前在星間大量使用。

星鏈計劃計劃發射42000顆衛星，現已基本完成第一軌道層的組建工作。但星鏈計劃過去對激光通信不是很感興(xing) 趣，隻有幾十顆衛星裝備了激光鏈路，但是國外的技術積累更多，而且激光通信優(you) 點很多，是大趨勢，馬斯克也發文稱2022年發射的所有starlink衛星都將配備激光星間鏈路。。

2017年，我國新一代高軌技術試驗衛星實踐十三號搭載的激光通信終端，成功進行了國際首次高軌衛星對地高速激光雙向通信試驗。LaserFleet為(wei) 「行雲(yun) 二號」01星（武漢號）和「行雲(yun) 二號」02星研製的低軌物聯網星間激光通信載荷技術得到成功驗證，實現了建鏈流程完整、遙測狀態穩定的雙向通信。我國衛星物聯網星座實現了星間激光通信零的突破。

2.2 發展趨勢——激光星間鏈路仍為主要應用場景，星地鏈路有望突破

2.2.1 星間激光鏈路是激光通信的主要應用場景

隨著社會(hui) 的發展和科技的進步，人們(men) 對空間資源的利用需求日益增加，許多國家和機構都提出了自己的空間計劃，其中比較知名的包括已經建成的銥星、先進極高頻（AEHF）等空間組網的衛星通信係統，以及一網（OneWeb）、星鏈（Starlink）等低軌互聯網衛星星座。為(wei) 了維護國家安全與(yu) 促進國民經濟，我國也提出了構建天地一體(ti) 化信息網絡的計劃，並取得了一係列的研究成果。

由於(yu) 中美科技戰，中國5g技術被卡脖子，中美都要在6g的研發應用上大力發展，美國SpaceX計劃發射四萬(wan) 多顆衛星形成空間互聯網；英國政府也收購了一網；加拿大政府為(wei) telesat提供政策和財政支持。中國對空間互聯網也非常重視和支持，提出了GW計劃。

 圖四：星間激光通信示意圖

（資料來源：公開資料，本翼資本整理）

（1）低軌道衛星發展前景廣大，助力激光通信擴大市場

衛星根據軌道高度的不同呈現不同的特點。按照軌道高度，衛星主要分為(wei) 低、中、高軌三大類。從(cong) 細分來看，衛星可分為(wei) 低軌道衛星(LEO)、中軌道衛星(MEO)、地球同步軌道衛星(GEO)、太陽同步軌道衛星(S)和傾(qing) 斜地球軌道衛星(IGSO)。其中，低軌衛星擁有傳(chuan) 輸時延小、鏈路損耗低、發射靈活等優(you) 勢，非常適合衛星互聯網業(ye) 務的發展。

表二：衛星根據軌道高度分類呈現不同的特點

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

以往，通信衛星主要停留在地球同步軌道。該軌道運行周期等於(yu) 地球自轉周期，不考慮軌道攝動時，在地球同步軌道上運行的衛星每天相同時刻經過地球上相同地點的上空，對地麵觀測者而言，每天相同時刻衛星出現在相同的方向上，這樣它們(men) 相對於(yu) 地麵基站來說就是穩定的，能夠確保提供連續服務，並且軌道高度高，覆蓋範圍也廣。但地球同步軌道衛星由於(yu) 軌道資源有限，隻能在一個(ge) 擁擠的環境下工作。隨著地球同步軌道衛星的增多，這條軌道已經變得越來越擁擠。（注：兩(liang) 顆衛星之間必須保持1000公裏以上的距離，以避免出現碰撞和幹擾）。而且地球同步軌道衛星的時延大，一般為(wei) 500ms，新興(xing) 低軌通信星座大都能夠實現50ms以內(nei) 的時延，且低軌衛星觀測清晰傳(chuan) 輸快，成本也較其他衛星更低，發射選擇更多樣，所以低軌衛星在衛星互聯網的建設中尤為(wei) 重要。

2019年和2020年全球共發射2370顆衛星，其中1929顆都是低軌道衛星，衛星距離地麵越近越能夠提高載光學傳(chuan) 感器的分辨率、輻射性能和地理空間精度，還可以減少衛星所需的有效載荷大小，從(cong) 而降低衛星運行成本。這也是星鏈在300多km軌道上布局7000多顆衛星的原因（見表4）。

表三：2019-2020年衛星發射統計表

（資料來源：航天愛好者網，本翼資本整理） 

（2）低軌衛星互聯網建設具有緊迫性，主要在與(yu) 軌道和頻譜資源的爭(zheng) 奪

① 低軌軌道資源未來會(hui) 麵臨(lin) 短缺。根據測算，地球的近地軌道總共隻能容納大約6萬(wan) 顆衛星。Starlink目前已經規劃了4.2萬(wan) 顆衛星，未來將占用大量的地球極低軌道和近地軌道。Oneweb雖3月已申請破產(chan) ，但仍向美國聯邦通信委員會(hui) （FCC）申請了近4.8萬(wan) 顆衛星，地球近低軌道已經不堪重負。且在FCC的規則中，拿到衛星許可證的廠商，需要在6年時間發射50%的獲得許可衛星，9年時間發射全部衛星，除非得到豁免，兩(liang) 家公司的發射壓力也十分巨大。

表四：國際主要星座計劃

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

②頻譜爭(zheng) 奪：由於(yu) 信號在不同頻段傳(chuan) 播損耗不同，因此選擇合適的信號傳(chuan) 輸頻率非常重要。根據國際電信聯盟製定的《無線電規則》，對信號頻率的占用采用“先到先得”的原則。通常在衛星信號傳(chuan) 輸中，0.3-10GHz頻段，損耗最低，30GHz頻段附近，損耗也相對較小。

表五：衛星頻段表

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

C頻段使用比較早，多用於(yu) 地球靜止軌道上的衛星通信，頻率低，增益低，但是抗幹擾能力強，比較適合對通信質量有嚴(yan) 格要求的業(ye) 務，比如電視、廣播數據傳(chuan) 輸。目前C頻段已經飽和。

Ku頻段，頻率高，增益高，天線尺寸要求比較小，方便小型地麵接收設備使用，是衛星通信的黃金頻段，目前可用頻段資源也相對枯竭。

Ka頻段，相對Ku波段來說，雨衰會(hui) 更大，但頻率更高，可用頻段帶寬也更大，適合高速衛星通信，當然，對信號接收器件的要求也更高。由於(yu) C頻段和Ku頻段資源日漸枯竭，所以Ka頻段近十年來發展非常迅速。而且Ka頻段在軍(jun) 事方麵應用也非常廣泛。

（3）星鏈計劃與(yu) 中國國網計劃對比

SpaceX公司已經獲得約12000顆衛星的發射許可，又提出申請要發射30000顆衛星。截至2021年5月27日，星鏈成功發射了第28批1.0版星鏈，星鏈星座第一個(ge) 軌道層已經完成，達到1628顆衛星。這個(ge) 軌道層高度為(wei) 550公裏，傾(qing) 角53°，由72個(ge) 平麵組成，總計需求1584顆衛星（最先計劃為(wei) 1440顆）。第一個(ge) 軌道層衛星完成後，將可以實現覆蓋南北緯52°區間區域，占全球表麵積的約80%。

表六：星鏈計劃衛星規劃

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

星鏈成功組網後，可以實時監測全世界範圍的情況，中國組建自己的衛星互聯網迫在眉睫。出於(yu) 軌道與(yu) 頻譜爭(zheng) 奪以及國家安全的考慮，中國“GW”在2020年9月份向國際電信聯盟（ITU）遞交了頻譜分配檔案。檔案中曝光了兩(liang) 個(ge) 名為(wei) GW-A59和GW-2的寬帶星座計劃，其計劃發射的衛星總數量達到12992顆。根據國際電信聯盟（ITU)公開的資料信息，“GW”星座的申請被正式接收的日期是2020年11月9日。

“GW”星座總共包含2個(ge) 子星座，軌道高度也分為(wei) 兩(liang) 組（見下表）。GW-A59子星座的衛星分布在500km左右的極低軌道，GW-2子星座的衛星分布在1145km的近地軌道。兩(liang) 組衛星的軌道傾(qing) 角分布在30°-85°之間。

表七：中國GW衛星星座計劃

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

通過"GW"星座與(yu) Starlink的規劃可以看出，他們(men) 有很多相似的地方。兩(liang) 者衛星數量都非常驚人，軌道高度都分為(wei) 兩(liang) 組，一組極低軌道，和一組近地軌道，軌道傾(qing) 角也都分布在30-85°之間，兩(liang) 者都是可以覆蓋全球的衛星通信網絡。

SpaceX的“星鏈”所占用的頻率就主要分布在Ku、Ka這兩(liang) 個(ge) 黃金頻段上。“GW”的這幾個(ge) 傳(chuan) 輸頻段，分別分布在Ka頻段和V頻段上，是目前能申請到的相對較好的頻段，不過相對於(yu) SpaceX所占用的Ku和Ka頻段，還是有些吃虧(kui) 。不過V頻段，由於(yu) 具有更高的頻率，將有利於(yu) 發展更高的網絡帶寬，也許也有這方麵的考慮。根據國際電信聯盟的規則，申請了相關(guan) 頻率的單位，必須在7年內(nei) 完成衛星發射和信號驗證，才能真正擁有該頻率的使用權。所以“GW”星座必須在2027年11月9日之前完成以上工作。

綜上，我國幾年內(nei) 還將以“國家隊”為(wei) 主布局低軌衛星互聯網，也受軌道和頻譜的資源限製，近地軌道隻能容納約6萬(wan) 的衛星，現已基本規劃成型。星鏈計劃和我國的“GW”星座都預計最晚2027年完成計劃，可以預測屆時地球近地軌道將有約6萬(wan) 顆衛星。

（4）得益於(yu) 低軌衛星互聯網，激光通信擁有廣闊的市場發展前景

激光通信更加安全的特性，使其更加吸引要求高數據安全性的政府和銀行等用戶。馬斯克預計2022年發射的所有starlink衛星都將配備激光星間鏈路。除此之外，美國宇航局計劃在下個(ge) 月發布一個(ge) 新型激光通信係統，該係統將能夠讓數據在地球和太空之間，用更快的速度傳(chuan) 輸。中國的衛星互聯網也將激光通信作為(wei) 重要的通信方式，下圖是未來地麵終端+衛星“天地一體(ti) ”通信方式的示意圖，我國短期可能將會(hui) 以微波+激光結合的通信方式傳(chuan) 輸信息，但長期隨著信息傳(chuan) 輸量的加大，微波由於(yu) 其低帶寬、低傳(chuan) 輸量以及激光通信技術的不斷迭代終將被淘汰。

圖五：我國未來地麵終端+衛星“天地一體(ti) ”通信方式的示意圖

（資料來源：公開資料，本翼資本整理）

除此之外，激光通信不受國際電信聯盟的監管，可以不受限製地使用，不需要昂貴的許可證。在發射衛星之前，如果采用射頻通信技術就必須從(cong) 想要發送射頻波束的每個(ge) 國家申請許可證並支付與(yu) 每個(ge) 許可製度相關(guan) 的費用。激光通信不受國際電信聯盟的監管，可以不受限製地使用，不需要昂貴的許可證。原因是其固有的小尺寸避免了幹擾問題，並使未來不太可能進行任何限製性監管。因此激光通信技術在星間的應用也會(hui) 使頻譜資源的爭(zheng) 奪放緩，未來甚至不需再去申請頻譜已發射衛星。

故此，在低軌衛星的不斷成熟和發展下，激光通信作為(wei) 衛星間的信息傳(chuan) 輸方式，將發揮重要作用。

（5）微波短期仍為(wei) 中高軌中繼衛星通信主流，激光通信未來或能大量使用

中繼衛星係統是指利用地球同步軌道（GEO）衛星為(wei) 高動態、大範圍、高速率的各類低軌用戶提供數據中繼服務的數據傳(chuan) 輸係統，是建立天基信息網絡的重要組成部分。空間激光通信具有大帶寬、高速率、高保密、體(ti) 積小等特點隨著國內(nei) 外各類天基信息係統的建設提速，高軌衛星作為(wei) 星間數據中繼節點，傳(chuan) 輸容量需求日益增長。激光通信鏈路能夠充分滿足中繼衛星的功能要求，是實現高速數據中繼業(ye) 務的可行途徑。

國外在軌運行的高軌衛星激光鏈路以ESA“歐洲數據中繼係統（EDRS）”為(wei) 典型代表。EDRS係統是迄今為(wei) 止唯一在軌商業(ye) 化運行的激光星間鏈路，為(wei) 低軌航天器用戶提供數據中繼服務。

但高軌衛星激光通信技術技術沒有低軌衛星成熟，目前暫時不是國家規劃重點，而且由於(yu) 高軌衛星本身對傳(chuan) 輸時效性要求不強，微波傳(chuan) 輸短期內(nei) 可能不會(hui) 被淘汰。所以盡管激光通信在高軌衛星中應用，但市場前景沒有在低軌星座中強。因此激光通信會(hui) 更多受益於(yu) 未來低軌空間互聯網的不斷發展，會(hui) 擁有更廣闊的應用空間。

2.2.2 星地激光通信技術有望突破，星間鏈路成功建成後，地麵站數量可能會(hui) 減少

因還沒能突破激光在大氣中的傳(chuan) 播技術，目前星地通信的主要傳(chuan) 輸方式還是微波，但國內(nei) 各個(ge) 研究所都在研究激光技術的改進方案，屆時將使星間激光通信成為(wei) 可能。

但同時專(zhuan) 家指出，若成功打通星間鏈路，地麵站的建設就不需那麽(me) 多；如果星間鏈路未能沒打通，可能一顆星基本就要設一顆地麵站，地麵站的規模反而更大。此外，地麵站的建設還存在土地等資源的審批問題，建設周期也很長，所以專(zhuan) 家預測未來可能會(hui) 以少建地麵站為(wei) 前提將星間鏈路打通。因此星地激光鏈路的空間可能沒有想象中的大。

2.3 國網激光通信終端的市場規模測算

2015年，SpaceX公司提出Starlink計劃，18年發射測試衛星。目前暫時還沒有GW關(guan) 於(yu) 衛星發射的計劃，本報告同時結合星鏈首批部署時間和國際電聯的規則預測，中國國網可能2023年才能正式開始發射衛星。

假設：

1. 每年衛星發射數量：去年受疫情影響，星鏈計劃發射了833顆衛星，今年星鏈5個(ge) 月已經發射了13批次1.0版星鏈，累計約673顆衛星，按此比例，星鏈今年能發射1615顆衛星，能夠負擔31枚火箭的產(chan) 能。中國因需在2027年11月之前將12992顆衛星部署完畢，時間緊迫，所以一定會(hui) 以最大產(chan) 能發射衛星，假設國網能在2023年產(chan) 能和技術水平達到現在星鏈的同等水平，且2035年實現產(chan) 能增加一倍，才能在2027年之前將衛星部署完畢。

2. 每顆衛星上激光終端數量：一個(ge) 衛星一般有4套激光發射接收終端，有3個(ge) 可能是作為(wei) 備份，1個(ge) 是正常使用，且隨著技術的進步未來一個(ge) 衛星的終端數量可能是會(hui) 下降的，但衛星型號一旦定型以後，它更改的可能性不是很大。本文認為(wei) ，出於(yu) 性能穩定以及國家對成本控製要求不高的考慮，在5年內(nei) 轉變型號的可能性不大，所以預計每個(ge) 衛星會(hui) 搭載4套激光終端。（但激光終端的數量應該在2～4個(ge) 左右，最大的情況是4個(ge) ）

3. 激光終端價(jia) 格：目前中國一個(ge) 激光終端的價(jia) 格要在三四百萬(wan) ，但隨著生產(chan) 規模的不斷加大，激光終端價(jia) 格也會(hui) 大幅下降，後期可能會(hui) 降到100多萬(wan) 。所以本文假設今年一個(ge) 終端的價(jia) 格為(wei) 350萬(wan) ，可能到2030年已經下降到300萬(wan) 左右，之後每年下降，可能到2026年就可以達到預測的最低成本價(jia) 150萬(wan) 。

據測算到2027年，激光載荷市場規模將達到近800億(yi) 。

表八：衛星發射及近地軌道激光發射接收終端需求數量測算（單位：萬(wan) 元）

（資料來源：公開資料，本翼資本整理） 

2.4 案例1：Mynaric德國激光通信終端製造商

2.4.1 曆史沿革

Mynaric成立於(yu) 2009年，由德國航空航天中心（DLR）的前員工創建，其目標是將數十年的無線激光通信應用於(yu) 航空航天領域的經驗商業(ye) 化。

從(cong) 2012年開始，Mynaric Lasercom GmbH（前Vialight Communications GmbH）與(yu) 客戶合作演示空對地和空對空場景，以推進技術進步並實現產(chan) 品級成熟度。從(cong) 那時起，Mynaric公司迅速在機載無線激光通信領域建立了國際聲譽，並擴大了市場範圍，吸納了眾(zhong) 多世界級的客戶和供應商。

2016年，Mynaric擴大了業(ye) 務，並在北美設立了辦事處，為(wei) 美國和加拿大的客戶提供服務。總部位於(yu) 美國亨茨維爾的Mynaric USA，Inc.（前Vialight Space Inc.）為(wei) 美國客戶提供特殊項目和必要的產(chan) 品改進支持。美國分部積極參與(yu) Mynaric專(zhuan) 門為(wei) 近地軌道衛星星座開發的空間終端的開發。

2017年，Mynaric繼續其發展道路，在德國證券交易所上市，以籌集增長資本進入批量生產(chan) 。

2019年，Mynaric USA搬遷至洛杉磯，以便更接近美國的主要客戶。Mynaric USA的舉(ju) 措還啟動了北美主要市場的擴張計劃，其中包括僅(jin) 從(cong) 美國境內(nei) 采購的電子產(chan) 品和軟件。

2020年，CONDOR和鷹航空終端的第一批機組可供商業(ye) 客戶使用。蒂娜•加塔奧雷（Tina Ghataore）出任Mynaric USA首席商務官，美國分公司在大西洋彼岸開設了新的和擴建的設施，以監督美國境內(nei) 采購的電子產(chan) 品和軟件的開發。Mynaric贏得了第一份美國政府合同，並將根據與(yu) 美國國防機構的兩(liang) 份合同交付CONDOR衛星間鏈路終端的多個(ge) 單元。

2.4.2 產(chan) 品

CONDOR飛行終端：Mynaric的CONDOR飛行終端旨在將單個(ge) 衛星以及位於(yu) 低地球軌道上的數百顆甚至數千顆衛星組成的整個(ge) 星座互聯互通。它能夠提供進出地麵的超高寬帶連接，它們(men) 是大規模和全球連接概念的關(guan) 鍵要素，例如在地麵提供互聯網接入的低地軌道衛星星座和地球觀測衛星，它們(men) 需要能夠以成本的一小部分在更短的時間內(nei) 將更多數據下遊化。

圖六：Mynaric的CONDOR飛行終端

（資料來源：Mynaric官網，本翼資本整理）

平台間鏈接：平台間鏈接提供了構成高空星座的眾(zhong) 多無人機或氣球之間的高速連接。它們(men) 是星座的數據高速公路——所謂的“骨幹”——同時處理數百到數千名最終用戶的匯總數據。在移動的平台上建立連接需要非常高的指向精度——相當於(yu) 擊中從(cong) 一英裏外從(cong) 口袋裏掉出來的硬幣。

圖七：Mynaric的平台間鏈接

（資料來源：Mynaric官網，本翼資本整理）

地麵站：飛機、氣球和無人機發送的激光通信信號由緊湊的空間光學地麵站接收。光學地麵站非常小，可以安裝在麵包車上，可以隨時進行數據分析，甚至可以坐在建築物屋頂上連接到現有基礎設施。

圖八：Mynaric的地麵站

（資料來源：Mynaric官網，本翼資本整理）

地麵空間站：空間光學店麵站接收來自地球觀測任務或衛星星座的激光通信信號，通常將其反饋給現有的地麵網絡基礎設施進一步分發。他們(men) 需要在幾秒鍾內(nei) 與(yu) 空間中的對應方建立可靠的聯係，因為(wei) 低地球軌道上的衛星通常隻能在固定位置看到幾分鍾。

圖九：Mynaric的地麵空間站

（資料來源：Mynaric官網，本翼資本整理） 

2.4.3 財務情況

2020年，Mynaric報告年度收入增長52.9%，達到67.9萬(wan) 歐元（上一年度：44.4萬(wan) 歐元），在美國市場的收入大幅增長。該公司的訂單情況與(yu) 上一年相比又有了很大改善。公司有資格獲得一定的政府補助金，用於(yu) 資助開發活動和解決(jue) 方案方法方麵的創新工作。2020年政府補助增加到29.5萬(wan) 歐元（上一年度：14萬(wan) 歐元）。

 圖十：Mynaric利潤表

（資料來源：2020年Mynaric年報，本翼資本整理）

Mynaric的CONDOR客戶將在2021年上半年收到設備，並將繼續與(yu) 機載領域的主要客戶合作，確定激光通信在無人機上大規模使用的部署路線圖。

圖十一：Mynaric收入情況

（資料來源：2020年Mynaric年報，本翼資本整理）

2021年Mynaric的生產(chan) 目標是實現每年三位數的產(chan) 品產(chan) 量。2020年已經為(wei) 實現2021年的生產(chan) 目標奠定了基礎。產(chan) 品也將在2021年成熟，將以最快的速度改進機載和星載終端的第一個(ge) 版本。Mynaric將重點轉向外部，致力於(yu) 在大西洋兩(liang) 岸開展更多的業(ye) 務發展活動和培養(yang) 團隊。

2.5 案例2:TESAT德國激光通信終端製造商

2.5.1 曆史沿革

1971年，簽署了國際通信衛星組織的第一個(ge) 空間項目；

1989年，TESAT成為(wei) 德國電信科珀尼庫衛星主要承包商；

2006年：TESAT成為(wei) 德國國防軍(jun) 第一顆衛星SAR-Lupe的主要供應商；

2013年，TESAT為(wei) Alphasat提供第一個(ge) 光學中繼有效載荷；

2014年，利用Alphasat建立第一個(ge) GEO-/LEO-ISL（地球同步軌道-低軌星間鏈路），距離為(wei) 4萬(wan) 公裏；

2018年，TESAT建立了超過1萬(wan) 個(ge) 在太空的激光鏈接；

2019年，第一個(ge) CubeLCT生產(chan) 、測試並交付給客戶。

2.5.2 產(chan) 品

TESAT可以為(wei) 不同的需求提供合適的激光終端。LCT135可以在高達80,000公裏的距離上傳(chuan) 輸高達1.8 Gbps，安全、快速且完全無故障。通過這種地球靜止骨幹，TESAT技術使全球數據能夠近實時傳(chuan) 輸。對於(yu) 低地球軌道（LEO）的應用，有SmartLCT，它可以部署在更小、更輕的衛星上，節省巨大的重量和尺寸。SmartLCT在保持高達1.8 Gbps的高數據速率的同時，在長達45,000公裏的距離上傳(chuan) 輸數據，重量僅(jin) 為(wei) 30公斤左右。

對於(yu) 更小的衛星，TESAT的激光組合提供TOSIRIS和CubeLCT，它們(men) 可以以10 Gbps（TOSIRIS）或100 Mbps（CubeLCT）的速度傳(chuan) 輸直接到地球的數據。特別令人印象深刻的是相關(guan) 的體(ti) 重減輕。已經很小的TOSIRIS隻有8公斤，而邊緣長度隻有10厘米的CubeLCT隻有360克。開創性的特點是，TESAT LCT已經幫助將衛星的接收能力提高高達50%，因為(wei) 可以在更短的時間內(nei) 傳(chuan) 輸更多數據。這使得在短短5天內(nei) 重新記錄整個(ge) 全球陸地（1.5億(yi) 平方公裏），同時在不到15分鍾內(nei) 將其提供。

表九：TESET產(chan) 品特性對比

（資料來源：TESET官網，本翼資本整理） 

圖十二：TESET激光通信終端產(chan) 品

（資料來源：TESET官網，本翼資本整理）