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低轨宽带星座细分应用分析之航空互联网

来源:艾瑞咨询 作者:钱室 艾瑞 2020/3/4 17:58:48

导语:作为商业航天研究,我们将结合低轨通信星座的特点和优势,针对星座建成后在商业方面的意义和影响开展持续研究,并深入探讨其可能的细分领域市场规模。作为低轨宽带星座市场分析系列的首篇文章,本文将就低轨宽带星座在航空宽带市场方面的市场规模进行分析。

背景

低轨宽带星座是指利用众多运行在低轨道(轨道高度200-2000km)的卫星向地面提供宽带互联网接入服务的卫星通信系统。低轨宽带星座将卫星分布在众多轨道面上,完成组网,进而实现全球覆盖。因其位于LEO轨道,整个系统卫星数量众多,具备数据传输延时低、星座整体通信容量大、覆盖范围广的优势。这种优势可以提供完全不同于地球静止轨道传统通信卫星的服务能力(受限于静止轨道轨位资源和不可克服的传输延时),从而带来巨大的增量市场。即使是在诸如航空、航海、车联网、精准农业等传统商业场景上,也都将重新定义卫星通信的角色和地位。

目前全世界有许多公司提出了低轨宽带通信星座建设计划,如国际上受到较多关注的Oneweb和Starlink等。以Oneweb为例,该公司计划发射一千多颗卫星,实现全球覆盖,主要目的是要“消除数字鸿沟”,令世界上无法连接网络的地区也可以获得高速稳定的低成本网络接入。Starlink的星座整体规划更是达到数万颗卫星,并最终将与其电动车、太阳能等产业等构筑成一个庞大而精巧的商业生态帝国。在国内,航天科技集团(鸿雁星座)、航天科工集团(虹云星座)、银河航天(银河航天5G卫星星座)以及连尚网络都规划建设低轨宽带星座,前三者分别成功发射首发星,并开展了星地通信的验证工作。

随着近年来国内外不断提出一个个非常庞大的低轨宽带通信星座计划,国内外也不乏质疑之声。有人认为这是20年前铱星计划的重现,最后必将把大量投资人和公司拖入万劫不复。也有人认为其主要具有抢占频率轨道资源和维护国家通信和网络安全的战略意义,但商业价值极低。我们认为,从国家战略层面来看,低轨移动宽带通信星座的建设的确具有深远的战略意义,但在商业上,它绝不会重复20年前铱星建设的覆辙,而是一个真正实现天地网络一体融合、全球互联、并带来消费升级的全新物种。它将在目前加速铺开的5G地面网络、高轨高通量通信卫星商业服务的基础上带来新的消费增量,这种改变将最终渗透到老百姓生活的方方面面,其意义将不亚于GPS和北斗。

当然,任何事物的发展都有其自身规律。从目前的星座建设计划来看,其需要克服的困难、技术上的突破和创新也是前所未有的:如流水线生产卫星,一箭数十颗甚至数百颗卫星的发射能力,超大型星座的测控、运控和管理等。因此,想要达到这个愿景需要以阶梯式的发展模式实现,如先实现一个中等规模的星座布局,并优先服务于特定客户(政府、航空、航海、地面电信运营商)等,随着星座规模的逐渐扩大,各类成本逐渐降低,再逐步延伸到众多C端用户中。

作为商业航天研究,我们将结合低轨通信星座的特点和优势,针对星座建成后在商业方面的意义和影响开展持续研究,并深入探讨其可能的细分领域市场规模。作为低轨宽带星座市场分析系列的首篇文章,本文将就低轨宽带星座在航空宽带市场方面的市场规模进行分析。

一、航空宽带服务业务模式介绍

目前已存在的航空宽带服务都是由航空公司与电信运营商(卫星运营商)进行对接来提供服务,比较知名的有GOGO公司、Immarsat公司等。因此本质上是一种面向航司的toB型业务。具体如下图所示:

实现航空宽带的现有业务模式

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当前国际上主流的航空宽带的商业模式主要有两种:乘客付费模式以及第三方付费模式。在乘客付费模式下,航空宽带服务由航空公司与电信运营商(卫星运营商/服务商)处对接来提供服务。乘客需要在航空公司或者电信运营商处付费。乘客根据自身需求可以按小时、单程或全天的方式购买。而在第三方付费模式下,除了之前提到的航空公司和电信运营商外,引入了第三方企业(往往是一些流媒体企业或是电商平台)。乘客可以免费登录第三方企业的app或网站,完成消费后获得时长积分,进而消耗积分上网。对于捷蓝航空等廉价航空公司而言,考虑到乘客的购买能力和购买意愿,较多采用了第三方付费模式;而对于美国航空等一般航空公司而言,则较多的采用乘客付费模式。

二、低轨通信星座可能是航空宽带的最佳技术解决方案

目前从技术上民航运输主要依靠ATG (Air to Ground地面基站方式)和卫星通信两种方案实现地空宽带通信。与卫星通信不同,ATG是在飞行空域或特定空域架设地面基站,以向天空进行覆盖,进而将民航接入互联网。

美国虽然采用ATG模式提供服务的航线较多,但从增长趋势来看卫星提供服务的比重却在不断增大。北美地区发展机上联网已达10年,由于早期卫星通信系统容量不足,仅能提供窄带通信服务,彼时市场上ATG占据绝对主导地位。随着卫星通信技术(高通量卫星)的不断发展,卫星通信已开始逐渐侵占ATG的市场占有率,这点可以从近年来Gogo在北美地区提供民航客机互联网接入服务的飞机数量上看出(Gogo是全球领先的机上网络与娱乐服务提供商)。

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就目前来看,无论是高轨通信卫星方案还是ATG方案,都有其自身的优势,也有着一些难以克服的缺陷,从而使其在民航宽带服务中的应用受到相应的限制。如增加考虑尚未建成的低轨通信卫星星座方案进行对比,三种方案的优劣势如下表所示:

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由上述表格可以看出,若考虑未来技术发展可能带来的改变,ATG方式的劣势主要源自该技术的自身特性导致的灵活性差、成本高,以及跨国管理难以协调这些天然壁垒,这些方面的劣势难以通过技术革新的方式克服。高轨卫星通信所面临的轨道资源限制和延时也难以通过技术途径改变。反观低轨宽带星座的几点劣势都是源自当前技术的限制,可以通过技术革新进行修正。未来低轨宽带星座建设完成并投入使用后,由于其数据传输延时低、数据传输速率高的优势,将更加适合航空宽带的应用。

三、我国航空宽带服务市场远未打开

不同于美国,总体来看目前我国航空宽带开发程度比较低,国内航班宽带覆盖率约为13%,国际航班宽带覆盖率约为37%。相较于美国捷蓝航空100%的机上宽带覆盖率有着极大的上升空间。从已覆盖的飞机来看,国内一小部分飞机航线采用的是ATG模式提供宽带服务,大部分通过高轨卫星提供服务,由于卫星通信容量、轨道高度等方面的原因,目前实际能够提供的航空宽带接入服务普遍存在着带宽低、延时高的特点,从用户实际体验来说,可能仅能支持简单的网页浏览,一些应用如电影在线点播、视频通话、网络游戏、实时证券金融服务等都因网络带宽和延时所限难以满足。因此整体来看这部分业务服务能力非常局限。基于此,目前我国提供该类服务的航班大多把航空宽带作为对会员的附加免费服务提供。国内许多航司该业务以现金收入计算几乎为0。航空公司不仅无法从航空宽带这一业务中获得现金收益,反而要承担高昂的飞机改装成本以及带宽租用的成本。因此航空公司并不愿意大批量改装飞机、进一步采购带宽,这就导致乘客使用体验无法提升,更加不愿意为这一“鸡肋”的业务付费,造成了恶性循环。

由此我们认为,目前我国航空宽带这样的市场现状极不合理,对机上用户、运营商以及航空公司是三输的局面,改变这种现状的关键在于提高用户的上网体验,并依据市场价格进行收费,从而激发三方的内在动力,形成一个良好反馈的市场。低轨通信星座不仅可以解决带宽和时延方面的问题,还可以降低带宽租用价格(下文论述)。显然要打破当前局面,高轨通信卫星服务和ATG服务的模式显然不如低轨宽带通信卫星提供服务有优势。

四、航空宽带业务核心商业逻辑:升级性需求

由上述分析可知,对航空宽带业务来说,破局的关键在于提供优质服务从而带来能够具有实实在在现金收入的升级性市场需求。实现这目标的关键在于三个方面:低延时、高速率、合理成本。其中,低延时是低轨通信星座的天然优势,高速率则可由巨型星座的巨大的网络来共同提供,而对于合理的成本,低轨通信卫星能够提供较低单价带宽价格较低的原因如下:

1.规模经济:大批量采购原材料和零组件使得采购成本降低。

2.标准化:标准化的生产可以减少工艺装备投入,降低专用性费用。

3.学习曲线:设计师、工人无需为每一颗卫星的研制反复论证、撰写工艺等。大量组批生产可以减少机器设备调试次数,缩短生产准备时间,从而节约生产制造成本。

4.商用器件和互相备份:大量采用商用器件虽有可能降低单星的可靠性,但对于巨型星座来说,由于卫星数据巨大,当部分卫星出现故障时,有足够的回旋余地可以互相备份,从而从整体上看整个星座的可靠性不见得低于传统大卫星。

5.发射效率:卫星设计时可以进行星箭一体优化,以达到对整流罩内空间以及火箭运力的最大程度利用,降低了发射成本。(还是拿Starlink举例,一枚猎鹰9号火箭可以发射60颗单星质量达到227kg的卫星。)

从实际来看,Oneweb公司的卫星小于100万美元每颗,Starlink虽未公布其单颗卫星成本,但其据报道Musk和Shortwell曾强烈暗示,卫星成本低于50万美元。在合理的成本下,航空宽带服务将产生升级性市场需求,即以低轨宽带星座为解决方案的航空宽带将在原有高轨卫星解决方案和ATG解决方案的基础上产生消费增量和市场增量,并打破我国航空宽带市场低质、低效的现状,形成良性健康的商业格局。

五、市场规模估算和发展预测

1.航空宽带的市场空间

参考我国2018年民航行业发展统计公报数据:

2018年我国存量飞机数量比:宽体飞机:窄体飞机:支线飞机=409:2883:187。(2018年民航公报)。全行业运输航空公司完成运输飞行小时1153.52万小时。飞行架次为469.47万次,我国近三年民航客机满座率大约在82%到85%之间等数据,考虑我国民航业现行规定即起飞前后半小时不得使用电子产品的相关规定。若将机上提供优质宽带服务的价格定位10元每小时,则我国目前优质航空宽带服务在理想情况下的潜在总市场空间高达107亿元人民币/年。根据21世纪经济报道的新闻,国内目前尚有10亿人未乘坐飞机。随着未来航空出行渗透率的进一步增加,航空宽带的潜在市场空间也将持续上升。

2.航空宽带市场增长预测

随着低轨星座建设的逐步进入高潮阶段,同时由于航空宽带服务质量的提升,有意愿使用航空宽带付费业务的客群增大,由此可以带来该领域收入不断增多,并使航司有很大动力改装存量飞机,而目前单架飞机改装费用约为数百元万元人民币。

假设国内航空公司全部采用乘客付费、购买单程套餐的商业模式,则航空宽带市场规模=民航客运量*可上网飞机比例*乘客付费意愿*客单价(按照宽体客机、窄体客机和支线客机分别计算)。考虑到低轨宽带星座需要具备一定数量的卫星来提供较大规模应用可能要在2022年甚至更晚,因此我们从2023年开始考虑其在航空宽带市场的应用。我们推算出未来几年的实际市场规模和改装费用规模如下图所示:

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六、尾声

2018年底鸿雁星座首发星的成功发射,揭开了中国低轨宽带星座建设的大幕。2020年1月民营企业银河航天也完成了首星的发射,在国内第一次开展了Q/V/Ka频段通信的验证工作。2020年商业航天产业界将持续发力,加快中国低轨宽带星座的建设工作。与此同时,钱学森空间技术实验室与艾瑞咨询研究院将联合就低轨宽带星座市场应用开展深入研究,为中国下一个万亿级别产业贡献自己的力量,为中国商业航天企业决策赋能。

(本文为艾瑞网独家原创稿件 转载请注明出处)
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