兰德深度报告-美国商业太空能力与市场概述

需求：美国太空部队（USSF）和美国国防部（DoD）正在考虑大规模利用商业太空的能力作为其政策目标的一部分，来促进美国航天产业的发展，并提高国家太空安全架构的弹性。商业太空部门提供一系列的能力和服务，包括各种新兴技术。来自美国政府对太空能力相关的需求的市场规模和商业容量近期大幅增长。由于 USSF 和 DoD 面临利用商业太空能力的选择，他们需要了解商业太空部门当前的能力和趋势。

方法：本报告基于开源文献对商业太空各方面进行评估，包括能力、创新和趋势。必要时，我们会从相关政府组织和太空服务提供商收集更多的信息。我们调研了卫星通信、太空发射、卫星遥感、环境监测、太空监测、星地数据传输网络和太空物流七大领域，范围仅限于美国公司或拥有美国子公司的公司。

结论一：更成熟的商业太空市场在容量和能力方面正在增长。商业卫星通信领域已经开始使用高通量卫星，并激进的部署近地轨道星座。太空发射领域有两个新的国家安全航天发射级别（NSSL）的进入者，他们正在开发超重型运载火箭（LVs），并且小型运载火箭方面的进入者的数量不断增加。商业遥感领域的多卫星星座数量正迅速增长，同时，其传感器多样性、分析型产品也变得越来越多。

结论二：大量的新进入者是商业太空行业最近增长的原因。小卫星技术、激增的卫星模型、先进制造、人工智能应用、风险资本投资等，这些都是驱动新进入者源源不断进入市场的原因。

结论三：商业太空公司一部分服务于商业太空运营商，其余大部分则主要服务于政府客户。在太空商业化的激增下，太空监测服务提供商提供碰撞预警服务，地面站服务提供商提供星地数据传输服务和大容量的实时数据下行链路（如，为遥感卫星提供）。环境监测服务提供商为国家海洋和大气局（NOAA）和国防部收集 GNSS 无线电掩星（GNSS-RO）数据。而太空物流服务提供商正在规划清理太空碎片服务和卫星延长在轨寿命服务，这两项服务都引起了政府相关太空项目的兴趣。

建议一：所有我们调研的商业太空公司在过去五年中发生了巨大的变化。对于国防部或其他利益相关者来说，定期更新其行业信息显得尤为重要。仅在我们研究期间，这些行业就发生了很大的变化，因此，当涉及初创公司时，有必要每年更新信息。

建议二：对于国防部或其他利益相关者来说，应对下列前沿技术和商业可行性因素进行持续跟踪，这些将对空间市场产生重大影响（见表S.1）。

美国太空部队（USSF）和美国国防部（DoD）正在考虑大规模利用商业太空的能力作为其政策目标的一部分，来促进美国航天产业的发展，并提高国家太空安全架构的弹性。当前，商业太空公司提供了一系列能够满足 USSF 和 DoD 的太空需求的能力和服务。例如，DoD 购买商业卫星通信（SATCOM）服务和商业遥感图像，以广泛运用到军事领域。其他商业太空玩家则利用小卫星星座积极开拓创新，提供如太空监测（SDA）、天气预警、遥感等服务。同时，提供在轨卫星服务和地面站数据传输服务的公司也在不断出现。

随着商业太空不断丰富其能提供的服务类型，并不断利用先进技术提升其能力。USSF 和 DoD 面临着许多选择，对于哪些军事应用场景，他们该使用哪些商业能力？同时，他们应该如何获得这些能力？鉴于这些选择的重要性，USSF S5/9 要求 Rand Project AIR FORCE 制定一个框架，用于评估利用商业太空能力的机会和风险，并给出决策建议，以帮助 USSF 制定一个稳健的战略并降低风险，以便能在行动作战的所有阶段利用商业太空能力。作为这项工作的一部分，我们对商业太空行业进行了一次全面调查，尝试描绘该领域的整体能力及发展趋势 - 即本次报告的主题。

我们的分析主要基于过去的工作和开源文献，旨在描述商业太空的能力、技术创新和发展趋势。必要时，我们会从相关政府组织和太空服务提供商那里收集更多的新信息。

兰德之前的一份报告利用 2016 年收集的数据记录了当时的商业太空能力。该报告的作者研究了卫星通信、卫星遥感、太空监测（当时称为太空态势感知 SSA）和卫星在轨服务。该报告重点关注了商业模式、公司愿景规划和对 DoD 有利的新兴市场。这项工作为评估现有的商业太空市场提供了有用的基础。自 2016 年以来，该报告中描述的商业太空能力和市场容量不断发展，并出现了更多的新兴市场。我们对太空行业的重新审视包括这些新兴市场，同时，对太空发射服务和数据传输地面站进行了仔细的调研。

除了整个商业太空市场自己的演变，DoD 和 USSF 对商业太空能力的需求也发生了变化。尽管我们的研究重点是商业太空能力的供应，但我们认识到，商业市场也同样受到其从国防部接收到的需求变化的影响。

在赞助商的指引下，我们调研了以下七个商业太空领域：

• 卫星通信：全球语音和数据连接；

• 太空发射：将有效载荷（如卫星）送入太空，包括发射范围操作；

• 卫星遥感：利用各种天基传感器提供关于地球的信息，特别是图像；与情报、监视和侦察相关；

• 环境监测：提供气象、海洋、空间天气信息，以支持预测、预警、预防；

• 太空监测：太空物体和太空空间环境的监测以及预测；

• 星地数据传输网络：利用全球天线网络地面站从卫星发送和接收数据，以操作、配置、控制和维持运行的运行；

• 太空物流：卫星会和与接近操作，以支持太空活动（如推进剂仓库和卫星服务）；

上述这些领域的选择代表了 DoD 最广泛的感兴趣的商业太空有重大发展的方向。在表 1.1 中，我们记录了促使 DoD 在每个子领域采用商业太空能力的不同因素。其中许多问题将在具体章节中进一步讨论。我们记录的 DoD 动机类别包括能力增强、缺口填补、增强弹性和灵活性、提高响应能力、创新或新能力、更快或更频繁的技术更新以及成本节约。前四类反映了 DoD 在行动任务中对太空能力的日益增长的需求和依赖。创新或新能力方面反映了太空公司之间日益激烈的竞争以及商业太空行业的最新发展。通常，利用商业太空能力的一个明显优势是利用其更快、更频繁的技术更新频率。此外，DoD  也希望通过利用商业投资和规模经济来节约成本。技术更新频率和成本节约是贯穿所有太空子领域的发展动机；然而，这种概括可能并不总是正确的，需要对行动方针进行进一步深入的成本效益分析。

在表 1.1 中，每个太空子领域都有一套独特的激励因素需要考虑。这些动机正在影响 DoD 利用商业太空能力的方式。在每个太空子领域的章节中，我们注意到 DoD 或美国政府已经在以各种方式参与商业太空产业。最终，DoD 的需求和商业供应的结合将决定未来与 DoD 建立商业太空伙伴关系的途径。

本报告的组织结构：本报告各章节概述了我们在七个太空子领域的研究结果。每章包括市场概述、市场和技术趋势描述、主要商业公司评估。在这些讨论中，我们重点介绍了 DoD 对商业市场产生影响的情况，以及商业公司对 DoD 的太空任务产生影响的情况。最后，我们总结了商业太空能力的主要变化和问题。

美国太空部队（USSF）和美国国防部（DoD）正在考虑大规模利用商业太空的能力作为其政策目标的一部分，来促进美国航天产业的发展，并提高国家太空安全架构的弹性。当前，商业太空公司提供了一系列能够满足 USSF 和 DoD 的太空需求的能力和服务。例如，DoD 购买商业卫星通信（SATCOM）服务和商业遥感图像，以广泛运用到军事领域。其他商业太空玩家则利用小卫星星座积极开拓创新，提供如太空监测（SDA）、天气预警、遥感等服务。同时，提供在轨卫星服务和地面站数据传输服务的公司也在不断出现。

覆盖范围

卫星通信市场可追溯到 20 世纪 60 年代，是最古老的商业太空领域之一。到 2018 年全球市场规模为 1244 亿美元，向全球消费者、私营企业和政府提供包括卫星电视和广播、宽带、窄带的各种服务。本章重点介绍卫星通信市场，并挑选了与美国政府最相关的美国厂商进行分析。

市场概况

商业卫星通信市场的开始最早可以追溯到 1962 年的《通信卫星法案》，该法案创建了一家上市公司，以建立商业卫星通信系统。自那时以来，卫星通信产业已成为少数几个多元化供应商和客户进行高水平竞争的太空产业之一。2018 年，全球卫星通信服务市场规模为 244 亿美元。如表 2.1 所示，固定卫星服务是市场的最大组成部分，其次是移动卫星服务和消费者宽带服务。

此外，该行业并不仅仅依靠政府购买其商品和服务。如图 2.1 所示，四大卫星通信公司的政府收入（包括美国和其他国家政府）占近年来其总收入的 21% 左右。 然而，卫星通信产业确一直是 DoD 的重要合作伙伴。2019 年，DoD 的卫星通信需求为每秒 30 千兆比特 Gbps ，其中 13 Gbps 由商业公司提供。据估计，DoD 每年用于卫星通信能力租赁的费用约为 10 亿美元。

目前与 DoD 签订合同的主要卫星通信运营商的可用总容量预计为 254 Gbps，到 2022 年将增长到 5600 Gbps。服务集中在消费者兴趣较高的地区。因此，尽管该行业提供的卫星通信总容量超过了 DoD 的要求，但在缺乏消费者的地区，如极地地区，服务能力依旧还存在局限性。

市场趋势 - 技术与能力

过去几年，卫星通信市场在技术和市场方面经历了重大变化。两大主要技术趋势是地球同步轨道（GEO）高通量卫星（HTS），其提供了前所未有的单卫星容量，发展了大量的非地球静止轨道卫星。这两项技术都旨在提高总体通信容量、数据传输速度和可访问性。这些努力使卫星通信在更大的电信市场上更具竞争力，目前该市场由地面有线电信服务提供商主导。在这些发展的同时，一些卫星运营商也在探索通过多轨道模型提供服务。由于各种轨道之间各有优劣，因此同时使用地球静止轨道和非地球静止轨道，可以根据用户的位置和需求提供无缝的更优连接。

尽管卫星运营商一直在整合多轨道的连接，但地面终端和天线制造商正在与运营商合作，将网络连接带给地面用户。与使用宽波束连接固定位置的地球静止卫星不同，非地球同步卫星运营商（NGSO）卫星围绕地球旋转，每颗卫星都有一个小的点波束，可以不断移动。为了实现持续连接，地面终端必须能够从一颗卫星覆盖视野转向并切换到下一个卫星覆盖视野。这种终端目前尚未大规模低成本量产生产。此外，还需要开发 NGSO 星座并将其与地球同步卫星运营商的（GSO）卫星进行集成，以使未来的多轨道卫星通信市场具有商业可行性。

随着技术趋势的发展，市场也在不断增长。固定卫星服务（FSS）厂商和移动卫星服务厂商的收入分别从 2013 年的 122 亿美元和 20 亿美元增加到 2018 年的 179 亿美元和 41 亿美元。有趣的是，四家公司的总收入有所下降，Intelsat、SES、Eutelsat 和 Telesat，这四家公司约占固定卫星服务市场的 65% 的市场份额，而两大主要移动卫星服务提供商的总收入有所增加，如表 2.2 所示。值得注意的是，Viasat 在此期间增加了其市场份额，该公司是最早使用 HTS 提供服务的公司之一，其收入从 2013 年的 11 亿美元增加到 2018 年的 16 亿美元，紧随Eutelsat 成为第四大卫星通信提供商。

尽管在增长，但卫星通信领域仍在不断动态变化。FSS 和移动卫星服务之间的界限在 20 世纪 10 年代中期开始模糊，当时这两个领域的一些公司开始同时提供这两种类型的服务。伴随着 Inmarsat 通过其最新的 Global Xpress 舰队提供宽带 FSS 服务，这一趋势在过去几年中愈演愈烈。而传统 FSS 提供商也开始提供移动卫星服务，如商业航空公司的机上移动连接。这一趋势的驱动因素是移动宽带需求的增长和小孔径终端的发展，这为 FSS 和移动卫星服务提供商创造了相互竞争的机会。

尽管市场规模有所扩大，但地球同步轨道卫星的制造速度却有所放缓。2013 年和 2014 年，全球对地观测卫星的商业订单数量分别为 23 和 21。2015 年，订单数量开始减少，2017 年和 2018 年分别减少到 8 份和 9 份。订单下降主要是由于地理观测卫星运营商在 NGSO 星座出现后保持观望态度。在此期间，一些 GEO 卫星运营商开始进入 NGSO 领域。例如，SES 于 2016 年完成了对 O3b 中地球轨道（MEO）星座网络的购买，Telesat 开发低地球轨道（LEO）宽带星座。

2019 年，商用 GEO 卫星订单数量增至 10 个，但卫星通信领域预计不会恢复到每年 20 多个订单的速度。相反，更多种类的卫星正在被订购。随着前面提到的 HTS 卫星订单的增加，对可编程、可重构卫星的需求也在增长。这种灵活的卫星在信道和天线中使用数字技术，允许运营商重新配置波束大小和服务类型，以更好地响应需求的变化。

最后，NGSO 星座的发展带来了行业制造周期的变化。兰德 2016 年的研究指出，对于 FSS 卫星，「通信卫星的典型设计寿命为 15 年，其典型制造时间为 2 至 3 年」。制造单个移动卫星服务的卫星所需的时间则要少得多：铱星每月制造三颗卫星，制造一个完整的星座只需要两到三年的时间。即将推出的低轨星座计划用 2 至 3 年时间制造，但单个卫星计划以每周 15 颗卫星的速度生产。此外，低轨卫星的估计寿命约为五年，需要更频繁的升级和更换。

未来趋势

在评估 NGSO 市场的未来可行性时，应考虑几个指标。首先，联邦通信委员会（FCC）尚未批准这些公司计划的所有卫星。例如，SpaceX 已宣布计划将其星座再扩展 30000 颗卫星，OneWeb 已申请一个由 1280 颗卫星组成的 MEO 星座，并为其 LEO 星座再增加 1980 颗卫星。如果 FCC 不批准这些额外的卫星，这些公司将不得不减少其星座的规模。

其次，根据 FCC 的规定，如果 NGSO 公司在批准之日起六年内无法部署 50% 的已批准星座，在九年内无法部署 100% 的已批准星座，则该公司将失去发射和尚未运行的在轨卫星的许可证。由于批准的卫星数量激增，对于需要使用计划数量的卫星完成星座的 NGSO 公司来说，本法规将是一个具有挑战性的因素。最后，制造和发射数千颗卫星需要大量的前期资本支出。因此，这些公司能够筹集的资金和资本量将对这些 NGSO 的未来产生重大影响。其中一个例子是 OneWeb ，一家经历过破产的公司。我们将在下一章中讨论这一点。

关键公司评估

卫星通信市场在过去几十年中证明了其商业的可行性，该行业的供应商数量丰富多样。全球有 40 多家公司拥有和运营卫星，转销商的二级市场十分活跃。从这批供应商中，我们调研了五家 GSO 和四家 NGSO ，它们被认为是美国卫星通信行业的关键公司。

GSO 提供商

Viasat、SES、Intelsat、Inmarsat 和 Eutelsat 是 GSO 市场上与美国政府签订合同的五家主要公司。这些公司的卫星主要在 C 波段、Ku 波段和 Ka 波段运营，这是一个适合高速数据通信的频段。尽管五家公司中有四家总部位于欧洲，如表 2.3 所示，但所有公司都在美国设有子公司。一些公司为美国政府商业部门设立了独立的董事会，与欧洲母公司有一定程度的自主权。这些公司共同在全球范围内提供服务，极地地区除外。他们的大部分能力集中在北美、南美、欧洲、中东和非洲，为固定用户和越来越多的移动用户提供服务，包括空中和海上连接。

此外，GSO 市场正在通过合作伙伴关系向新市场的扩张。除了地球静止轨道上的卫星外，SES 还运行了一个20 颗卫星的 MEO 星座。Intelsat 正准备与 OneWeb 建立合作关系，OneWeb 是一家开发大量 LEO 星座的公司，但后来交易被取消了。最后，Inmarsat 这家传统业务主要为海上船舶提供 GSO 窄带移动服务的公司，已经通过其新一代 HTS 星座启动了其宽带移动服务，并将继续发展到 2020 年代。该公司计划提供覆盖全球范围的宽带服务，包括北极地区，由于缺乏商业需求，北极通常被排除在 GSO 市场之外。

NGSO 提供商

GSO 市场容量的显著增加将由 NGSO 星座更大的增长动力来填补。NGSO 正在开发各种大小的星座，从数百颗到数千颗卫星不等。与 GSO HTS 相比，单个卫星的容量将更少，但 NGSO 卫星的扩散特性允许运营商向市场提供巨大的容量。

与运行大型卫星的小星座相比，在非地球静止轨道上运行小型卫星的扩散型星座具有如下几个优势。例如，由于更靠近地球上的用户， LEO 和 MEO 中的卫星可以提供更低通信延迟并提供更快的通信速率。如表 2.4 所示，NGSOs 已成功演示了高速宽带连接，延迟在 20 到 40 毫秒之间。此外，由于非地球静止轨道上的卫星不断绕地球轨道运行，因此，当在各种倾角上战略性分配足够多的卫星时，NGSO 星座可以在全球范围内提供服务。

近年来，许多公司都在寻求 FCC 的批准，以开发 NGSO 通信卫星星座。一些公司在发射第一颗卫星之前已经停止运营，现在市场上的公司越来越少。在这些公司中，三家 NGSOs OneWeb、SpaceX 和 Telesat 在 2019 年取得了重大进展。虽然这三家公司都有提供全球卫星宽带的相同目标，但它们都有独特的竞争优势。

首先，OneWeb 是一家新成立的公司，已被 FCC 批准在 LEO 中部署 720 颗卫星组成的星座。该公司与众多其他公司以及投资者建立了战略合作伙伴关系，以横向整合从制造到产能分配等业务。例如，该公司与空客公司成立了一家合资企业，成立了一个制造部门，计划每周制造 15 颗卫星。此外，该公司的最大投资者拥有出售星座号容量的权利。OneWeb 目前在轨道上有 74 颗卫星，目标是到2020年底开始提供服务。

2020 年 3 月，在该项目实施期间，OneWeb 因难以筹集到继续经营所需的额外资金而申请破产。预计将有买家通过破产程序收购 OneWeb 的资产，包括在轨卫星以及 FCC 和国际电信联盟的频谱许可证。买方可以继续开发宽带连接星座。这一重大问题突显了为什么 DoD 定期更新其有关产业的信息非常重要。

OneWeb 是横向集成的公司，而 SpaceX 则是纵向集成的公司。该发射服务提供商已获得 FCC 的批准，可用于总共 11927 颗卫星的两个星座。该公司制造自己的卫星，并利用其作为发射服务提供商的竞争优势，以较低的成本按自己的时间表发射。SpaceX 已经发射了 540 颗卫星，并计划在2020 年平均每月发射两次卫星，并在年底前开始提供服务。就总网络容量而言，两个 SpaceX 星座的理论容量为 240 TB/s，大大超过当前所有 GSO 卫星的总和。

第三家公司 Telesat 是一家 GSO 公司，已获得 FCC 批准，可以在 LEO 运行两个 117 颗卫星的星座。与其他公司不同， Telesat 不生产卫星，但自 1969 年以来在运营通信卫星方面拥有丰富经验。尽管该公司尚未选择卫星制造商，但该公司已经展示了其重要的技术，如卫星与地面 5G 网络的集成，以及两颗在轨测试卫星。Telesat 计划在 2020 年选择制造商后，于 2022 年开始提供宽带服务，并于 2023 年提供全面的全球服务。

覆盖范围

太空发射领域为其他所有商业太空公司提供太空运输服务，因此对美国军用、民用和商用太空行动至关重要。各种政策，包括《国家安全战略》和《美国法典》中已阐明的政策，都强调了确保进入太空对国家的重要性。发射市场存在众多的细分市场，每个细分市场都提供不同级别的发射能力。与 DoD 需求最相关的两个市场细分是中型、重型发射市场，其中包括国家安全太空（NSS）有效载荷。新兴的小型发射市场主要满足科学载荷的需求，在本报告中也会有所覆盖。

市场概况

太空发射领域为其他所有商业太空公司提供太空运输服务，因此对美国军用、民用和商用太空行动至关重要。各种政策，包括《国家安全战略》和《美国法典》中已阐明的政策，都强调了确保进入太空对国家的重要性。发射市场存在众多的细分市场，每个细分市场都提供不同级别的发射能力。与 DoD 需求最相关的两个市场细分是中型、重型发射市场，其中包括国家安全太空（NSS）有效载荷。新兴的小型发射市场主要满足科学载荷的需求，在本报告中也会有所覆盖。

如表 3.1 所示，中型发射、重型发射和小型发射市场具有不同的特点，与美国政府也有着不同的关系。中型和重型发射根据轨道和有效载荷容量的不同，有着较为宽泛的分类。质量到轨能力的一个最直接的例子是，DoD 的发射需求有 12 个不同种类的轨道，以及横跨 5000 磅到 37500 磅不等的有效载荷质量。经美国空军认证的此类运载火箭（LV）是 SpaceX 的 Falcon 9 和 Falcon 重型运载火箭，以及 United Launch Alliance（ULA）的 Atlas V 和 Delta 4 运载火箭。这些运载火箭可以为军用、民用和商业客户提供服务。对于即将到来的国家安全太空发射第一阶段计划（NSSL）和第二阶段计划（NSSL-2），另外两个发射提供商，以及 SpaceX 和 ULA ，已经提交了对 2020 年 2 月关闭的提案 FA8811-19-R-00020 需求的响应。另外两个上市供应商是 Northrop Grumman ，该公司已经在运营一个中型运载火箭，但不是NSSL 等级，以及 Blue Origin 公司，该公司是发射市场的新进入者。

如表 3.1 所示，中型发射、重型发射和小型发射市场具有不同的特点，与美国政府也有着不同的关系。中型和重型发射根据轨道和有效载荷容量的不同，有着较为宽泛的分类。质量到轨能力的一个最直接的例子是，DoD 的发射需求有 12 个不同种类的轨道，以及横跨 5000 磅到 37500 磅不等的有效载荷质量。经美国空军认证的此类运载火箭（LV）是 SpaceX 的 Falcon 9 和 Falcon 重型运载火箭，以及联合发射联盟（ULA）的 Atlas V 和 Delta 4 运载火箭。这些运载火箭可以为军用、民用和商业客户提供服务。对于即将到来的国家安全太空发射第一阶段计划（NSSL）和第二阶段计划（NSSL-2），另外两个发射提供商，以及 SpaceX 和 ULA ，已经提交了对 2020 年 2 月关闭的提案 FA8811-19-R-00020 需求的响应。另外两个上市供应商是 Northrop Grumman ，该公司已经在运营一个中型运载火箭，但不是NSSL 等级，以及 Blue Origin 公司，该公司是发射市场的新进入者。

美国的商业发射行业自 20 世纪 90 年代以来一直存在，中重型发射市场在很大程度上依赖于美国政府。2006 年至 2018 年，该市场的主要型号火箭共进行了 226 次发布，其中 2169 次是美国政府的有效载荷，包括国家安全和民用。尽管这一类的发射服务提供商为商业客户提供服务，但需求的主要来源是美国政府，这一趋势很可能会在这一类 LVs 中持续下去。预计需求量约为每年 14-21 次，其中只有 4-7 次是针对商业客户的。就容量而言，预计正参与NSSL-2 合同竞标的四家发射公司预计正规划每年达 48–60 次的发射能力。

相比之下，小型发射任务受商业需求而驱动。由于低轨卫星的有效载荷容量小于 2000 KG，此类 LVs 旨在满足小型商业卫星运营商和激增的低轨卫星星座的需求。在全球范围内， 40 多个 LV  正在不同阶段进行开发。这些小型运载火箭发射服务提供商旨在为小型卫星提供更灵活、更频繁的发射服务，这些卫星此前只能在重型运载火箭发射的更大有效载荷发射任务中骑乘共享发射。美国空军使用小升力发射能力的记录在案的项目是 Orbital Services Program-4 ，该项目旨在实现更小、更具风险承受能力的有效载荷。

市场趋势 - 技术与能力

如前所述，发射市场的供应商数量正在增长。在中重型发射领域，美国历史上只有一到两家发射公司提供发射服务。20 世纪 10 年代，当 SpaceX 和 Orbital Sciences  进入市场时，市场开始发生变化。美国中重型发射行业目前预计未来将有四家运营发射服务提供商，如表 3.1 所示。小型发射领域的供应商增长则更为显著，数量从 20 世纪 10 年代初的一家（Orbital Sciences）增长到不久的将来可能超过 20 家。

在中重型发射领域，主要的技术趋势是可复用用性。NSSL-2 项目的四家公司中，有三家提出了带有可复用第一阶段助推器的 LVs ，这使得这些系统更具成本效益。因此，这些公司未来可能会在实现更高复用率的技术上投入更多资金。此外， SpaceX 正在开发一种新的两级发射系统，第一级和第二级都可重复使用。有了这个新系统，第二阶段，代号 Starship ，将重返地球并降落在一个可以加油、翻新和重新发射的地方。这种可复用性的改进将使公司更具成本效益。

在小型发射领域，主要技术趋势是 3D 打印和增材制造。3D 打印技术的进步实现了快速原型制作和所需零部件数量的减少，所有这些都提高了成本效率。除上述公司外，许多其他正在开发的小型发射能力的厂商也在制造过程中使用 3D 打印。中重型 LVs 也在一定程度上使用 3D 打印。例如， SpaceX 打印其引擎室，Blue Origin 打印氧化剂泵。

未来趋势

参与 NSSL-2 竞标的四家公司可能有能力为商业客户和美国政府客户提供服务，但只有两家公司将被选入 NSSL-2 项目。NSSL-2 项目将是美国空军 2022 年至 2027 年太空发射的主要记录在案的项目。虽然未入选 NSSL-2 的公司可以竞争 NASA 合同，但它们不能参与 USSF 的发射。由于 NSSL 级 LVs 的主要需求来源是美国政府， USSF 和 NASA 之间存在分歧，无法参与 NSSL-2 将给其余公司的未来带来挑战。

发射失败率是发射服务公司生存能力的另一个重要指标。太多的故障对产品稳定性有害，并可能迫使公司退出市场。此外，由于市场竞争越来越激烈，越来越多的公司进入该行业，客户现在有更多的服务提供商可选择。随着质量保证和任务安全技术的不断改进，发射失败率正在下降。反过来，任何发布失败都会对公司的业务生存能力造成更大的损害。

小型发射市场的一个具体指标是大型发射服务提供商的共乘分享项目（Rideshare Programs）。中型和重型发射行业的几家公司已宣布计划以与小型发射服务相竞争的价格，为小型有效负载提供价格合理的共乘分享项目。此外， NASA 和 USSF 正在积极寻找机会，让小型卫星开发商分享大型 LV 发射的机会，以帮助发展小型卫星市场。尽管与遵循主要有效载荷时间表的乘骑共享项目相比，小型发射服务提供商在调度灵活性方面具有竞争优势，但此类项目会减少小型发射市场的潜在需求。

关键公司评估

NSSL 级发射提供商

‍四家公司 Blue Origin、Northrop Grumman、SpaceX 和 ULA 已经提交了 NSSL-2 的投标， NSSL-2 是美国空军 2022 年至 2026 年空间发射的主要记录项目。对于这一即将到来的项目， SpaceX 提供了 Falcon 9 和 Falcon Heavy LVs ，二者都根据之前的空军 NSSL 发射合同发射过军用有效载荷。Falcon 9 是一种两级 LV ，带有可重复使用的第一级助推器，有效载荷容量为 22800 KG 至 LEO 和 8300 KG 至地球静止转移轨道（GTO）。截至 2020 年 3 月 1 日， Falcon 9 由 SpaceX 发射 79 次，成功 77 次，最后一次发射失败于 2016 年。Falcon Heavy 也是一种两级 LV ，具有可重复使用的第一级，由三个 Falcon 9 第一级组成。到目前为止， Falcon Heavy 已经成功发射了三次，可将 63800 公斤的质量提升至 LEO 轨道，将 26700 公斤的重量提升至 GTO。

ULA 和 Northrop Grumman 都有运营 LVs ，但正在为 NSSL-2 开发新一代的 LVs 。ULA 的火神半人马座（Vulcan Centaur）预计将于 2021 首次发射，这将是 ULA 的第一个可重复使用的第一级 LV。目前计划进行 14 种不同的配置设计，从 10600 至 27200 KG 至 LEO，从 7600 至 14400 KG 到 GTO 。该公司的 Atlas 和 Delta LVs 的任务成功率为 100%，自 2006 年以来已发射了 135 多次。ULA 还为 NSSL-2 提供了 Atlas V ，以防止其新 LV 无法及时准备就绪。

虽然其他公司都在关注可复用性，以此作为降低成本的手段，但 Northrop Grumman 公司正在为其 OmegA LV 开发一个简化的消耗性系统。OmegA 是一种三级 LV ，设计用于向 GTO 提供高达 10100 KG 的有效载荷。Blue Origin 正在开发新的 Glenn ，这是一种两级 LV ，具有可重复使用的第一级，有效载荷容量为 45000 KG（LEO）和 13000 KG（GTO）。New Glenn 是该公司的第一艘轨道飞行器，预计将于 2021 发射。该火箭将由该公司自己的 be-4 发动机驱动，该发动机也用于 ULA 的 Vulcan LVs 。

支持美国政府国家安全太空任务的发射是最复杂的，在技术能力和有效载荷能力方面也最为突出。NSSL 正在开发的 LVs 还将允许这些公司参与商业中重型发射市场。然而，由于 USSF 是美国商业发射市场的主要客户之一， NSSL-2 的选择结果可能会影响这些发射服务提供商的未来前景。

小型发射服务提供商

卫星和计算机技术的进步使小型卫星在过去十年中得到了重大发展，导致近年来发射的卫星数量大幅增加。2018 年，发射的小于 500 公斤的卫星数量翻了一番，从 2013 年至 2017 年平均每年 160 颗卫星增加到约 320 颗。预计到 2028 年，该数量将增长到每年 880 颗卫星。小卫星市场的增长促进了小型发射服务行业的增长。

随着需求的增加，该行业的潜在供应商也在大幅增长。根据一个公开的数数据库显示，自 2010 年以来，全球共成立了 98 家计划提供小型发射服务的公司，而前十年成立的公司只有 9 家。其中 71 家处于开发阶段， 6 家在运营 LV ，其余 21 家处于非活动状态。这些公司中约有一半（48家）在美国注册。

虽然发射的小型卫星数量呈增加趋势，但市场容量是否能容纳大量供应商还尚不确定。小卫星发射是分批进行的，这意味着 880 颗卫星并不等于相同的发射次数。例如，有效载荷能力为 1000 KG 的小型 LV 可以发射两颗 500 KG 的小型卫星或 100 颗纳米卫星（小于 10 KG）。此外，中重发射商推出的乘用共享计划，价格与小型发射服务相当；政府经常免费给大学和实验室发射小型卫星。这种竞争可能会被以下事实所抵消：小型发射服务侧重于发射响应能力。尽管如此，如表 3.2 所示，在这个潜在拥挤的市场中，四家美国公司在发展阶段和业务战略方面表现突出。

Rocket Lab 成立于 2006 年，是该领域领先的发射服务提供商。自 2018 年首次飞行以来，该公司的主动 LV Electron 已完成 12 项任务，其中 25 项任务包括来自 NASA、空军和 DARPA 的有效载荷。LV 具有向 SSO 发射 200 公斤质量的能力，广告价格为 750 万美元。主要发射场是弗吉尼亚州的沃洛普斯飞行设施和新西兰的马希亚发射场。该公司通过 3D 打印技术制造发动机，并计划扩大生产规模，实现每周发射一次的交付。

Firefly Aerospace 和 Relativity Space 两家公司正在开发比 Electron 更大的 LV 。Firefly 正在开发一种 LV ，代号 Alpha ，可以以 1500 万美元的价格向 LEO 发射高达 1000 KG 的载荷。公司在 2017 年经历清算和所有权变更后，做出了一系列引人注目的业务进展。例如，它获得了美国宇航局和美国空军的无限期交付/无限量发射合同，并就范德堡航天基地和卡纳维拉尔角的发射综合体签订了长期租赁协议。Alpha 计划于 2020 年首次亮相。计划于 2021 年开始运行的 Relativity Space’s Terran 1 将提供每次 1000 万美元的发射价格向 LEO 发射 1250 公斤的能力。该公司计划利用 3D 打印其 LV ，并大幅减少零件数量。具体而言，通过先进的增材制造，Relativity 号的 Aeon 发动机仅由三个零件组成，而制造传统火箭发动机需要数千个零件，从而来实现更快、更具成本效益的生产。

最后一家公司 Virgin Orbit 对发射小型卫星有不同的计划。LaunchOne 设计用于从波音 747 大型喷气式飞机向低地轨道发射卫星，向低地轨道发射能力为 500 公斤。发射场位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠、佛罗里达州肯尼迪航天中心和关岛，预计 2020 年开始提供服务。然而，由于能够从飞机上发射，该公司希望在未来利用机场网络提供更广泛的选择。每次发射的价格预计在 1000 万美元至 1200 万美元之间。

覆盖范围

遥感被定义为从远处获取信息。由于可以通过多种方式实现，遥感卫星可以承载各种传感器，包括主动式传感器 - 雷达、散射计以及被动式传感器，如辐射计和光谱仪。在本报告中，与遥感相关的传感器仅限于对地面有成像能力的传感器，这些传感器与情报、监视和侦察（ISR）任务最为相关。此类传感器包括多光谱成像仪、高光谱成像仪、全色成像仪、合成孔径雷达和短波红外（SWIR）相机。本章概述了卫星遥感市场的现状和潜力，并仔细研究了少数关键参与者。

市场概述

商业遥感市场历史

从20 世纪 70 年代和 80 年代，有限的民用和商用天基遥感工作让美国政府产生了支持商业市场增长的重大兴趣。1992 年，《土地遥感政策法》为建立商业遥感许可框架奠定了基础，并为私人尝试创建商业遥感公司创造了环境。该法案鼓励私营公司进入市场，允许他们以市场价格向私人消费者出售遥感图像。虽然第一套最终的国家海洋和大气局（NOAA）许可证规则直到 2000 年才公布，但在 20 世纪 90 年代，一些私营公司进入了该市场。

21 世纪初，美国政府采取了更多措施来支持商业遥感卫星市场的发展。2003 年，商业遥感空间政策（也称为国家安全总统第二十七号令）要求国家海洋和大气管理局澄清和改进其许可和监管框架，同样在 2003 年，国家地理空间情报局（NGA）宣布了其 ClearView 倡议，将多年合同授予给美国商业图像提供商；最初的三份合同分别授予了 DigitalGlobe、 Space Imaging 和 OrbImage 。OrbImage 于 2006 年更名为 GeoEye ，同年它获得了太空成像。2012 年，预算削减促使 NGA 取消了 GeoEye 的部分合同，导致 DigitalGlobe 于 2013 年收购了 GeoEye 。因此， DigitalGlobe 从 2013 年至 2019 年成为美国国家安全主要的商业遥感提供商，当时 Planet 与国家侦察局（NRO）签订了服务级合同。

商用遥感市场现状

从20 世纪 70 年代和 80 年代，有限的民用和商用天基遥感工作让美国政府产生了支持商业市场增长的重大兴趣。1992 年，《土地遥感政策法》为建立商业遥感许可框架奠定了基础，并为私人尝试创建商业遥感公司创造了环境。该法案鼓励私营公司进入市场，允许他们以市场价格向私人消费者出售遥感图像。虽然第一套最终的国家海洋和大气局（NOAA）许可证规则直到 2000 年才公布，但在 20 世纪 90 年代，一些私营公司进入了该市场。

近年来，一些新兴的美国公司一直在进入遥感市场，计划利用小型卫星技术的改进、更低的发射成本和更低的制造成本。与 2017 年收购 DigitalGlobe 的 Maxar Technologies 相比，这些公司中的大多数计划使用由较小卫星组成的较大的星座。图 4.1 显示了 1995 年至 2023 年以来运行的商业遥感卫星的预估数量，包括美国和国际上的其他公司。2020 年至 2023 年的预测增长考虑了几家主要公司的计划发射。但这些估计并不包括所有供应商，因此可能低估了近期的增长（或者，这些公司错过了发布预测可能导致该估计过高）。

2020 年初，约有 225 颗商业遥感卫星在轨运行，与 2010 年运行的 25 颗卫星相比，过去十年大幅增加。2013 年开始，运行中的遥感卫星数量显著稳步增长。这种爆炸性的增长部分是因为新兴公司使用了由较小卫星组成的较大星座，而大型提供商（如 DigitalGlobe ）使用的高性能卫星数量较少。自 2014 年以来，大约一半的增长是由 Planet Labs（又名 Planet）的 Dove 星座组成的，该星座目前包括约 130 颗纳米卫星。近期， Capella 和 BlackSky 等公司正计划将星座从目前运行的几颗探路者卫星扩展到数十颗卫星组成的运行星座。

在过去十年中，商业天基遥感公司的全球收入大约翻了一番，从 2009 年的 10 亿美元增加到 2018 年的 21 亿美元，如图 4.2（蓝色实线和左纵轴）所示，这表明对卫星遥感的总体需求有所增长。然而，由于卫星数量的急剧增加，在同一时间段内，每颗卫星的收入（红色虚线和右侧垂直轴）从 5000 万美元下降到 1000 万美元。

每颗卫星的收入下降可能表明，新的供应尚未完全满足日益增长的需求，也可能是市场和各个系统面临财务风险的信号，但未来还有其他几个因素需要考虑和监测。首先，随着对小型卫星依赖程度的增加以及发射和制造成本的降低，商业成功所需的每颗卫星收入正在减少。例如，一颗大型、高性能的 WorldView 卫星需要比一颗来自纳米卫星更多的收入来维持。第二个因素是，虽然商业天基遥感的供应增加可能是主要需求，但这并不意味着未来的需求将赶不上并支持新兴的商业遥感公司。由于这些原因，图 4.2 所示的每颗卫星的收入下降并不表明公司或系统必然会出现商业故障。相反，这表明商业遥感市场正在迅速变化。商业遥感市场未来规模的不确定性（对供应商的多样性和数量产生影响）以及个别公司或系统的财务可行性都会带来商业风险，政府收购天基遥感公司必须考虑这些风险。

2017年，美国政府对商业遥感市场的参与发生了变化。在 2017 年和 2018 年， NRO 负责为情报和国防部门获取商业 ISR 。NRO 计划在可能的情况下采用商业图像，根据国家安全总统第二十七号令，并出于提高能力的愿望。2019 年，时任 NRO 地理空间情报系统收购部主管的 Troy Meink 表示，商业图像「将给我们带来比其他情况下更多的美元能力」表 4.1 显示了 NRO 迄今为止发布的商业遥感合同。它包括与 Maxar 签订的运营收购合同，以及最近与 Planet 签订的一系列研究合同。

遥感技术和能力的趋势

从20 世纪 70 年代和 80 年代，有限的民用和商用天基遥感工作让美国政府产生了支持商业市场增长的重大兴趣。1992 年，《土地遥感政策法》为建立商业遥感许可框架奠定了基础，并为私人尝试创建商业遥感公司创造了环境。该法案鼓励私营公司进入市场，允许他们以市场价格向私人消费者出售遥感图像。虽然第一套最终的国家海洋和大气局（NOAA）许可证规则直到 2000 年才公布，但在 20 世纪 90 年代，一些私营公司进入了该市场。

商业天基遥感市场的新进入者一直在推动能力的变化。图 4.3 显示了当前商业遥感星座的重访率（即时间分辨率）、地面采样距离（即空间分辨率）。该图显示了完整计划星座的信息，这些信息可能不完整（如 Capella 和 BlackSky ）。

2014 年或之后首次推出的新星座大多聚集在图的顶部（较高的重访率）。扩散型 LEO（PLEO）ISR 星座是商业遥感市场新进入者最常见的架构。这些新星座的空间分辨率更加多元化，但可以比肩除了最大且功能最强的系统之外的所有现存系统（如 Maxar 的 WorldView-4 ）。回访率的增加是由较小卫星的较大星座尺寸推动的。由于单个卫星的能力较低，空间分辨率可能较粗，但改进技术和降低制造成本可以使其与前一代系统保持竞争力。

合成孔径雷达（SAR）和高光谱成像在商业供应商中较为少见，它们正以更高的容量、重访率和空间分辨率进入市场。由于某些公司无法公开获取这些信息，因此此处未报告各种卫星项目中的潜在卫星能力，诸如 tasking、cueing、pointing 和 dwelling 方面的能力。一般来说，商业供应商提供的更大尺寸、功能更强大的卫星具有这种能力，但小型纳米卫星型平台可能不具备这种能力。现有的大型卫星，如新一代的 WorldView 卫星，在这些能力方面可能比小型卫星或纳米卫星的 PLEO 星座（如 Dove 星座）更有能力。

观察指标

从20 世纪 70 年代和 80 年代，有限的民用和商用天基遥感工作让美国政府产生了支持商业市场增长的重大兴趣。1992 年，《土地遥感政策法》为建立商业遥感许可框架奠定了基础，并为私人尝试创建商业遥感公司创造了环境。该法案鼓励私营公司进入市场，允许他们以市场价格向私人消费者出售遥感图像。虽然第一套最终的国家海洋和大气局（NOAA）许可证规则直到 2000 年才公布，但在 20 世纪 90 年代，一些私营公司进入了该市场。

商业遥感市场正在迅速变化，由于市场的不确定性，目前为美国国家安全部门制定详细的长期收购战略可能并不谨慎。这是一个巨大的挑战，要求要能对市场进行长期的监控。但它同时也提供了一个快速转变服务并购的机会，并帮助塑造新兴市场。项目计划和财务指标二者都可以帮助美国国家安全部门评估市场的长期状况。

商业遥感提供商财务稳健、运营效率、满足能力预期的能力以及建立客户群的能力的一些方案指标包括如下：

• 发射时间表；

• 成功实现卫星运行，包括卫星的在轨运行、初始通信和持续运行；

• 使服务商业化；

一些如下的指标显示，公司由于财务原因公司退出市场的风险会降低，并且可以成为美国国家安全相关的长期供应商，包括：

• 建立稳固的客户基础和商业需求；

• 维持资本

关键公司评估

已成熟的商业遥感公司包括 Maxar 和 Planet ，因为它们拥有全面运行的星座和已建立的客户群，包括与美国政府签订的服务级别的协议。新兴公司只有有部分或没有运营系统，需要更充分地建立客户基础。

Maxar Technologies 是一家信誉卓著的公司，其收入多元化，并且（通过其子公司 DigitalGlobe 和其前身）为美国国家安全提供商业遥感服务的历史悠久。他们的三颗卫星 WorldView 系统（ WorldView-4 于 2011 年失败）是目前向美国国防和情报部门提供商业图像的主力军。WorldView Legion 星座是计划于 2021 发射的后续系统。通过使用六颗计划中的卫星，来缩短重访时间。

Planet 成立于 2010 年，运营着两个全面运行的卫星星座，为一系列客户提供服务。12 颗行星通过其由纳米卫星组成的 Dove（又名Planetscope）星座率先建立了 PLEO 遥感星座。Planet 早期主要通过风险资本获得资金，最初专注于民用和商业客户，但通过与 NRO 的研究和采购合同，一直在发展与美国国家安全界的关系。

其他公司相对来说是商业遥感市场的新手。Capella Space 正在发射一个由 36 颗 SAR 微型卫星组成的星座。如果成功，这将是美国公司的第一个 SAR 卫星星座，而且它的星座规模将比其他提供商大得多。BlackSky 是一家航天工业的商业部门，正在构建一个光电/红外（EO/IR）传感卫星的星座，并高度重视分析能力（如人工智能）的建设以及与其他遥感提供商的合作，例如 Hawkeye 360。Hawkeye 360 正在构建首个商用天基传感星座，用于检测和绘制全球射频（RF）频谱发射图。HySpecIQ 还通过研究高光谱成像的使用，研究新型成像在商业领域的应用。这些新兴公司由风险资本资助，能力也在不断增强，通过 NRO 研究合同与美国国家安全界建立关系，并寻求建立商业和民用客户基础。虽然每个供应商的长期稳定性存在很大的不确定性，但这些新兴遥感供应商的成功转型将带来与 DoD 非常相关的能力。

表 4.2 还总结了这些美国商业遥感公司的一些其他特征。

覆盖范围

遥感被定义为从远处获取信息。由于可以通过多种方式实现，遥感卫星可以承载各种传感器，包括主动式传感器 - 雷达、散射计以及被动式传感器，如辐射计和光谱仪。在本报告中，与遥感相关的传感器仅限于对地面有成像能力的传感器，这些传感器与情报、监视和侦察（ISR）任务最为相关。此类传感器包括多光谱成像仪、高光谱成像仪、全色成像仪、合成孔径雷达和短波红外（SWIR）相机。本章概述了卫星遥感市场的现状和潜力，并仔细研究了少数关键参与者。

就分析目的而言，环境监测包括地面和空间气象任务。地面环境监测任务旨在提供气象和海洋学信息，包括可能影响海上、空中和陆地军事行动的预测。为了达到这一点，需采用天基光电/红外传感器（EO/IR ）和微波传感器收集大量的环境数据。光电/红外传感器通常是感测可见光和红外光的成像系统的一部分，其目标频谱取决于感兴趣区域的成像。环境监测中使用的 EO/IR 传感器通常指在描绘云层特征，并提供战区天气图像。微波传感器提供有关海面风、雪深、土壤湿度、热带气旋强度和海冰的信息。

空间环境监测任务提供空间环境数据，以支持预测、预警、预防，以保护依赖环境知识的空间资产、空间行动和地面行动。空间天气传感器监测太阳风、日冕物质抛射、极光和电离层扰动等现象。空间气象传感器收集的数据包括电离层密度和闪烁、高能带电粒子特性和电场。EO/IR、微波和空间天气传感器都被考虑用于此商业能力评估。

除上述传感器外，本次调研的范围还包括增值服务和全球导航卫星系统无线电掩星探测（ GNSS-RO ，又名 GPS-RO ）。增值服务是指提供环境数据分析和生产天气相关产品。GNSS-RO 因其能为地面天气预报模型提供更多的大气剖面信息而备受关注。GNSS-RO 卫星将测量来自 GPS 卫星的信号在穿过大气层时的折射，从而提供有关温度和水汽的信息。它同样可以用来测量电离层电子密度，从而为空间天气预报提供信息。

市场概况

总体而言，商业环境监测市场仍在发展中，根据细分市场的不同而有所不同。商业环境监测市场成熟的主要障碍是发射全面运行的卫星星座所需的高资本支出要求。此外，政府和非政府客户的市场需求的不确定性给商业可行性留下了悬而未决的问题。

PlanetiQ、GeoOptics 和 Spire Global 在 GNSS-RO 能力方面取得了最大的发展，后两个公司已经发射了产生无线电掩星探测的卫星。所有这些都主要以 NOAA 和 DoD 为主要租户。

增值服务领域由最近在融资方面取得成功的几家初创公司组成，即 Orbital Insight 和 Descartes Labs 。这两家初创公司都瞄准了广泛的客户，专注于房地产、农业和能源等领域。

随着 2019 年第一颗卫星的发射， Orbital Micro Systems 公司在商业环境监测市场的微波传感器领域取得了进展。它仍计划再发射至少六颗卫星。

目前没有公司提供传统的光电/红外传感器服务。同样，除了 GNSS-RO 提供商提供的电离层密度数据外，没有任何公司单独提供空间天气传感器服务。

市场趋势 - 技术与能力

目前没有公司提供传统的光电/红外传感器服务。同样，除了 GNSS-RO 提供商提供的电离层密度数据外，没有任何公司单独提供空间天气传感器服务。

商业环境监测市场的价值相对停滞不前，并有可能萎缩。2018 年所有地球观测的商业数据市场估计为 15 亿美元，与 2012 年的估计值相同。All Earth observations 将环境监测和遥感市场合并在一起。鉴于遥感领域最近的增长，环境监测领域可能正在变得越来越小。

在过去五年中，环境监测市场发生了重大变化。Orbital Micro Systems 公司于 2019 年发射了第一颗微波传感器卫星。高光谱探测初创公司 Tempus Global Data 和 GeoMetWatch 都计划在 GEO 的通信卫星上承载有效载荷，但它们尚未启动。GNSS-RO 领域进行了多次发射。Spire Global 继续其早期发射的成功，为 CubeSat 星座的在轨卫星覆盖了 80 多颗，每天生成 5000 个无线电掩星（RO）剖面图。Spire 计划继续扩大其星座。GeoOptics 计划到 2018 年发射 24 颗卫星；然而，由于计划延迟，他们的 CICERO 卫星中只有三颗在轨道上，每天产生大约 900 条 RO 剖面数据。PlanetiQ 原计划到 2019 年拥有 18 颗在轨卫星；然而，其第一颗微型卫星的发射在 2020 年进一步推迟。

最近，美国政府对商业环境监测能力的需求发生了显著变化。GNSS-RO 数据需求的一个驱动因素是与后续与中国台湾合作的发射 COSMIC-2 的不确定性。2019 年， COSMIC-2  成功发射了六颗微型卫星，每天可进行 4000 次 RO 探测。然而，即使 COSMIC-2 发射成功，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）仍表示对其他商业 GNSS-RO 数据感兴趣。

NOAA 和 DoD 都通过商业天气数据试点项目进行环境监测。2016 年， NOAA 的 Commercial Weather Data Pilot 项目获得了第一轮合同，该项目后续又获得了两轮合同，目的是测试几家公司提供 GNSS-RO 数据的能力。DoD 的 Commercial Weather Data Pilot 项目包含对商业 GNSS-RO 数据有效性的独立评估。例如，飞行员将通过分析电子密度数据对现有电离层模型的影响来评估从 GNSS-RO 数据中获取的电子密度数据的质量。政府投资仍然是商业环境监测的关键资金来源。Commercial Weather Data Pilot 的最终结果将是决定政府为 GNSS-RO 数据提供进一步资金的关键。

美国政府最近表示有兴趣让商业部门参与空间气象任务。GNSS-RO 公司提供电离层密度信息；然而，空间天气的其他方面目前没有商业供应商。值得注意的是，政府的兴趣是否会在不久的将来导致更多的玩家进入商业空间气象市场。

关于新兴环境监测技术，麻省理工学院林肯实验室等学术实验室已将重点放在改进传感器如微波探测器、红外成像上，并计划将其部署到小型卫星上。未来，这些公司可能会发展成为新的初创公司。此外，增值服务领域已经扩大商业模式利用 AI/ML 工具来分析 EO 数据。

关键公司评估

商业环境监测方案的许多关键指标都是与公司的生存能力有关。例如，是否已经筹集到足够的资金来发射一个 PLEO 星座是进入这个行业的一个巨大的壁垒。商业环境监测公司需要关注的一个关键指标是公司的星座状态，是否发射了任何卫星，以及公司的星座规模大小。如前所述，当前市场对 GNSS-RO 的关注范围狭窄，在建立多样化的客户基础以确保盈利能力方面还不成熟。因此，跟踪每家公司及其当前客户、签订的合同以及所支持的具体环境监测任务非常重要。其他需要关注的指标包括地理覆盖率、数据准确性、地面部门基础设施和公司筹集的资金。

对于 GNSS-RO 能力，主要公司有 Spire Global、GeoOptics 和 PlanetiQ 。各公司的一些关键指标如表 5.1 所示。与任何其他公司相比， Spire Global 能够为其星座获得更多的资金，并发射更多的卫星。其产量是其最接近的竞争对手 GeoOptics 的十倍。NOAA 表示，其目标是每天进行 20000 次 GNSS-RO 探测，用于地面天气预报。尽管 Spire Global 目前每天提供 5000 多个 GNSS-RO 探测，但它计划在 2020 年底之前要将这一数字增加到每天 20000 次 GNSS-RO 探测。尽管发射任务推迟， PlanetiQ 仍计划在 2022 年前将 20 颗卫星送入轨道，希望能迅速扩大到每天 50000 次 GNSS-RO 探测。如果所有公司都能实现产出目标，那么供应可能会超过政府需求，从而加剧竞争，除非能有更大规模的商业需求。

其他类型的环境监测传感器的初创公司相对来说比较孤立。Orbital Micro Systems 是其中最引人注目的一个，它于 2019 年首次发射 CubeSat ，收集微波辐射计数据。2019 年获得了 75 万美元的小企业创新研究（SBIR）资金，推动了该项目的发展。

环境监测的增值服务领域当前正起步发展，利用数据科学的进步来创建分析环境数据的软件。目前，市场上的主要参与者是 Orbital Insight 、 Descartes Labs 和 SpaceKnow ，它们分别筹集了 7870 万美元、3830 万美元和 550 万美元的资金。这一细分市场可能对非政府客户更具吸引力，增值服务提供商当前已瞄准了房地产、能源和农业等行业。

覆盖范围

太空监测（ Space Domain Awareness SDA ）旨在对太空中的物体进行检测、跟踪，以及定性为威胁或非威胁。SDA 提供了太空物体和太空作战所依赖的作战环境所必需的基础、最新和预测性的知识和特征。SDA 取决于太空空间收集、监视、数据处理和传输的一体化。通过帮助确保太空资产的生存以及对其进行指挥和控制的能力， SDA 是所有其他太空任务的推动者。

从历史上看， DoD 一直是世界上提供 SDA 最准确、最全面信息的机构，以前称z hi为太空态势感知（Space Situational Awareness）。美国军方的太空监视网络由航天司令部通过其联合空间作战中心（ Combined Space Operations Center ）运营，是一个全球传感器网络，用于探测、跟踪和监测地球轨道上的人造物体。来自这些传感器的数据由 DoD 运营商处理和使用，并免费提供给其他卫星运营商，用于太空交通管理（STM）。

空间作业环境正在迅速变化。STM 受到越来越多的太空对象和操作对象的挑战，尤其是在 LEO 中。活动人造卫星和轨道碎片（例如丢弃的 LV 、废弃的载荷、过去碰撞所产生的碎片）都可能对卫星造成威胁。随着卫星数量和太空碎片数量的不断增加，对卫星运营商来说，准确、全面的 STM 功能和及时数据变得越来越有挑战。

太空监视网络（ Space Surveillance Network ）以导弹预警硬件为基础，过去开发这类硬件是为了提供导弹预警能力，而没有针对太空监测的场景对其进行优化，难以检测、跟踪和监视地球轨道上的数千个物体。最近 USSF 重建的太空监视网络于 2020 年 3 月宣布投入使用，将大大提高太空监视网络的能力，特别是在近地轨道。然而，“运营商越来越认为今天 DoD 的 SSA 系统和服务不足以实现太空安全运营”。SDA 观测、跟踪和分析的商业供应商在某些情况下可能能够更好地满足卫星运营商的需求。

2018 年 6 月签署的《空间政策指令-3》将提供“开放式架构 SSA 数据仓库”的责任转移给了美国商务部，如 DoD 目录中可公开发布的部分所述。除了旨在改善对日益拥挤的太空的安全访问的其他原则外，该指令还将导致面向公共和商业的 STM 职能从 DoD 转移出去。DoD 的传感器还将继续有 DoD 来运营，SSA 数据仓库可能会由商用或其他传感器来作为补充。

太空作战管理需要的将不仅仅是相对静态的行动任务和目录维护，还包括对某些物体的频繁的动态观察、对潜在威胁的及时和可操作的指示和警告、对已知潜在威胁的维护、获取情报、卫星能力画像的详细刻画，以及不同平台之间的复杂集成。一些 SDA 传感器应与太空 ISR 武器的作用保持一致。

市场概况

太空监测（ Space Domain Awareness SDA ）旨在对太空中的物体进行检测、跟踪，以及定性为威胁或非威胁。SDA 提供了太空物体和太空作战所依赖的作战环境所必需的基础、最新和预测性的知识和特征。SDA 取决于太空空间收集、监视、数据处理和传输的一体化。通过帮助确保太空资产的生存以及对其进行指挥和控制的能力， SDA 是所有其他太空任务的推动者。

一些商业公司正在快速崛起，他们旨在向国家安全客户和商业客户提供 SDA 观测数据和分析产品。这些公司经营地基传感器网络，包括光学望远镜、雷达和无源射频传感，在全球各地部署运营。该行业，尤其是专注于获取观测数据而非软件的细分市场，仍处于早期阶段，有明显的增长，但相对于该行业的未来规模和稳定性，可能存在重大的不确定性。

与其他太空任务服务的领域一样，商业 SDA 提供商希望同时为政府客户和商业客户提供服务。功能故障，无论是由于碰撞、轨道布局不良或特征错误，还是操作干扰（例如射频频谱干扰），都可能对商业太空运营商的收入产生重大影响，尤其是那些使用大型昂贵卫星的运营商。最近的一项分析估计， 2019 年至 2028 年间，商业太空运营商因卫星故障造成的累积潜在收入损失约为 160 亿美元。这为商业 SDA 提供商建立太空空间运营商客户群创造了一个潜在市场。

由于美国政府公开和免费提供一些 STM 数据， SDA 领域商业获客可能具有挑战性，商用 SDA 提供商必须要能在政府提供的数据之外增加价值。对于高风险的操作（例如，近距离操作和机动），商用 SDA 提供商要能够向太空运营商提供定制的、在某些情况下更准确的信息，并在政府公开的数据之外的额外价值。总体而言，商用 SDA 行业的新兴性质以及太空运营商在政府免费提供数据后对支付 STM 信息的犹豫，为 SDA 公司的商业 CASE 带来了挑战。

我们采访的每一位商业 SDA 提供商都预计，美国国家安全相关客户将在短期内，甚至可能无限期地成为其主要客户。其中一些供应商表示，如果没有美国政府的业务或其他资金支持，他们将无法维持目前的 SDA 观测能力。如果政府希望保证持续的商业 SDA 服务可用性，则需要持续支持一些商业 SDA 提供商，这给政府带来了风险。资金的不确定性可能导致新增商业 SDA 能力的部署停滞，甚至将公司或服务赶出市场。然而，对政府支持的长期依赖使得政府部门处于有利地位，能够潜在的塑造和影响市场以及独立 SDA 提供商，以满足美国国家安全太空运营商的需求。即使在这种情况下，商业客户也可以一定程度帮助稳定 SDA 工业观测站，并与美国政府分担 SDA 基础设施的资本成本。

DoD 一直在采取具体措施，与商业 SDA 提供商建立业务联系。太空和导弹系统中心（ Space and Missile Systems Center SMC）和美国空军研究实验室（ Air Force Research Laboratory ）率先开展了这些工作，实施了综合商业增强任务作战（ Commercial Augmented Mission Operations CAMO）计划和 UDL 的开发。这些实验项目为数家 SDA 公司提供了资金，以提供观测数据，开发系统，将来自不同商业公司和政府部门的数据进行数据融合，并将该数据仓库分发给政府太空运营部门。

市场趋势 - 技术与能力

商业 SDA 服务能提供包括数据收集的观测系统和使用这些观测数据进行分析的软件能力。商业 SDA 数据提供商已经部署了光学、雷达和无源射频传感，并在全球范围内建立了观测站。ExoAnalysis Solutions、Numerica、LeoLabs 和 Rincon 此前曾通过实验项目（如 CAMO ）向 DoD 太空运营部门提供商业获取的数据。

商用 SDA 技术是比较成熟的技术。光学太空望远镜、用于太空传感的雷达和基于射频的电磁发射器这些都是成熟的技术，长期以来一直为美国太空物体目录做出贡献。预计技术风险不会成为商业 SDA 风险的主要驱动因素。虽然商业供应商可能没有引入新的传感器的能力，但他们还有其他优势。例如，商业 SDA 运营商可能能够在 DoD 出于政治或安全考虑而没法部署传感站的位置去部署。

除了部署和运营传感器外，商业 SDA 提供商还开发了软件相关功能，用于识别卫星、预测观测卫星的轨道、对 STM 和其他任务进行评估以及分发信息。在大多数情况下，软件工具旨在与公司的数据收集相辅相成。但在某些情况下，一些商业 SDA 公司已经运营了自己的太空运营指挥中心。其中一些已经运营多年，包括太空数据中心（ Space Data Center ）和商业太空运营中心（ Commercial Space Operations Center ），这两个指挥中心均由 Analytical Graphics 公司运营。观测数据提供商最近一直在建立自己的指挥中心。例如， ExoAnalytic Solutions 成立了 ExoAnalytic Space Operations Center 。

虽然包含安排观测、任务传感器、收集数据、分析和分发处理过的信息的商业软件并不新鲜，但随着商业 SDA 提供商的数量增加，潜在选择的数量也在增加。这可能是有利的，在市场中提供更多的选择和竞争，DoD 可以利用这些选择和竞争。然而，越来越多的数据提供商和分析软件增加了商业提供商之间其与国防部之间实现联动操作的挑战。CAMO 和 UDL 项目一直在开发一种方案用于来打通多家 SDA 提供商。

关键公司评估

在本章节中，我们介绍了收集太空物体监测数据的几家新兴美国公司的特点（见表 6.1 ）。他们专注于数据收集能力，但所有这些公司也都具有一定程度的基于软件的数据处理和分发能力。商业 SDA 供应商使用的最常见传感器类型是光学天文望远镜。ExoAnalytic Solutions、Numerica 和L3Harris 都依赖于此类传感器的观测结果。

ExoAnalytic Solutions 拥有 300 多台天文望远镜，分布在超过 25 个地点，是世界上最大的地面 SDA 光学望远镜商业系统。ExoAnalytic 最初专注于数据收集，但也开发了一些软件工具，并提供运营太空指挥中心。尽管它有商业客户，特别是在 GEO 轨道上的卫星机动和近距离操作，但政府需求驱动其部署建立大量的望远镜；仅针对商业客户而言，这可能是不可持续的。有几种商业模式是可能的，从重复的数据订阅到通过望远镜租赁模式的近实时控制和数据摄取。

Numerica 一开始专注于软件开发，尤其是其 MFAST 工具，该工具利用多个传感器快速生成轨道特征，并对事件（如不相关的轨迹或密集的物体）进行处理。基于 MFAST、Numerica 已经开发了一套软件来自动处理从望远镜的调度任务到数据产品的分发和可视化的所有事情。最近， Numerica 建立了一个全球光学望远镜传感网络，包括在日间可进行观测的 Demo。

LeoLabs 是唯一一家使用雷达传感器的商业 SDA 提供商。目前有三台相控阵雷达正在运行，并计划进行扩建。其中两个雷达是超高频（ UHF ）雷达，一个是 S 波段雷达（能够探测小至 2CM 的物体）。相较于数量更多的光学望远镜，相控阵雷达的使用在实现低轨道高度（包括 LEO ）的全面和持久覆盖方面具有明显的优势。

目前商用 SDA 中使用的最后一种传感器类型是基于卫星星载的无源 RF 测量传感器。Kratos 是一家大型航天承包商，其航天事业部主要专注于卫星指挥与控制，以及商业客户和 DoD 客户的信号干扰监测。Kratos 从事信号监测业务已有 15 年左右的历史，计划向国际政府和商业组织提供无源射频 SDA 。Rincon 是一家历史上专注于为国防客户提供信号处理硬件和软件的公司，最近推出了其商业 SDA 服务。与其他类型的传感器相比，射频检测可以快速准确地描述卫星机动，但无法检测非射频发射物体，如空间碎片或静默的威胁卫星。Rincon 不打算将其 SDA 数据出售给纯商业用途的客户，但愿意与国家安全客户建立各种商业模式，包括类似于其他商业提供商的服务协议或更接近典型 DoD 收购的模式。

覆盖范围

wareness SDA ）旨在对太空中的物体进行检测、跟踪，以及定性为威胁或非威胁。SDA 提供了太空物体和太空作战所依赖的作战环境所必需的基础、最新和预测性的知识和特征。SDA 取决于太空空间收集、监视、数据处理和传输的一体化。通过帮助确保太空资产的生存以及对其进行指挥和控制的能力， SDA 是所有其他太空任务的推动者。

在本章中，我们将重点介绍与航天器之间进行发送和接收功能的地面天线网络。这种数据传输网络可用于任务数据分发（例如，下行遥感数据）、发射任务支持以及卫星遥测、跟踪和控制。可在商业市场上使用的地面站称为地面站即服务（ Ground Station as a Service GSaaS ）。美国军方目前主要使用 AFSCN 进行发送和接收的操作。我们对这一具体任务的关注是由项目发起人表达的特殊兴趣所引导的。该领域的商业能力调研包括对任意频段具备功能的地面天线。我们将此调研限制于总部位于美国或拥有美国子公司的公司，因为这些是限制与 DoD 开展业务的因素。但是其中一家名为 KSAT 的公司尽管不符合标准，但仍被包括在内，因为它之前与 NASA 建立了合作关系。

市场概况

近期在大量发射低轨遥感卫星星座的推动下， GSaaS 市场正在增长和成熟。六家公司已经建立了至少一个地面站网络的初始部分：Atlas Space Operations、Amazon Web Services（AWS）ground、KSAT、RBC Signals、Swedish Space Corporation（SSC）和 Viasat 。它们都为 LEO 卫星提供服务，有些还提供 MEO 和 GEO 服务。从客户群来看，需求增长主要是因为商业地球观测卫星星座的发射；这些公司选择不建造自己的定制地面站。第二个驱动因素是政府的需求。例如，对用于传输和接收数据的 AFSCN 天线的需求不断增长，政府需要做出决策，要么建设更多的原生容量，要么利用商业能力扩充现有网络。一些政府客户已经在利用商业地面站进行数据传输，包括 NASA 和 DoD 。

市场趋势 - 技术与能力

向新增的 LEO 卫星运营商提供 GSaaS 服务的竞争日益激烈。随着 Atlas、AWS 地面站和 RBC Signals 建立了可运营的全球地面站网络，该市场在过去五年中迅速成熟。此外，已有十多年历史的 KSAT 和 SSC 已经开始调整其网络，以适应 LEO 激增的趋势。

相控阵天线和光通信的新兴技术的发展为 GSaaS 公司提供了多元化的选择。这些新技术可以在未来提高 GSaaS 的能力。相控阵天线将能够同时处理 10 多个低轨卫星连接，并减少所需天线的数量。AWS 地面站最近与 Lockheed Martin 公司合作，考虑转向相控阵天线。Atlas Space Operations 已经在新墨西哥州部署了一个相控阵天线，并正在为空军制作另一个相控阵天线的原型。SSC 也公开表示了兴趣。虽然没有一家拥有使用光通信的 GSaaS ，但当令人望而却步的成本开始下降、数据传输容量需求增加时，这值得关注。美国宇航局已经完成了与低轨卫星的光链路演示。初创公司 BridgeComm 正与 SSC 合作，建立部署一个配备激光通信的十个地面站组成的网络，并将遥感公司作为未来的客户。

这一市场领域的新进入者面临的一个问题是与面向大量航天器传输相关的监管障碍。国际电信联盟（ International Telecommunications Union ）对卫星传输进行了监管，因此公司需要为其想要传输的每一颗卫星申请颁布许可证。此外，每个国家都在自己的领域内管理卫星传输，在考虑建立全球地面站网络时必须考虑到这一点。随着 GSaaS 提供商承担着国际多元化的客户群，许可未来将成为更大的负担。

关键公司评估

在本章节中，我们介绍了收集太空物体监测数据的几家新兴美国公司的特点（见表 6.1 ）。他们专注于数据收集能力，但所有这些公司也都具有一定程度的基于软件的数据处理和分发能力。商业 SDA 供应商使用的最常见传感器类型是光学天文望远镜。ExoAnalytic Solutions、Numerica 和L3Harris 都依赖于此类传感器的观测结果。

评估 GSaaS 公司最重要的指标是地面站网络状态、可用频段以及他们所主打的客户类型。描述地面站网络的指标包括运行地面站的数量、天线的数量、新增地面站或天线的近期计划以及地面站的地理位置。综合起来，天线的数量和位置可以说明网络的总体容量以及网络可支持的轨道。不同的支持轨道决定了客户类型以及可以吸引哪些特定的太空任务。频带可用性的一个重要考量因素是，许多 DoD 卫星需要 L 波段的发射频率。由于商业卫星运营商不使用 L 波段频段，大多数商业运营商没有 L 波段传输服务的需求。每家公司所追求的客户类型可以突显出这些公司是否在竞争相同的客户，或是否有足够的多样性来抗衡市场上的所有竞争对手。

表 7.1 显示了主要 GSaaS 公司 Atlas Space Operations、AWS 地面站、RBC Signals、BridgeComm、SSC、Viasat 和 KSAT 的一些关键数据值。在运营的 GSaaS 网络中， KSAT 和 RBC Signals 拥有迄今为止数量最多的地面站。KSAT 具有成立较早的优势，尽管它在 2016 年才将注意力转向小型卫星市场。RBC Signals 拥有一个大型网络，因为其商业模式是使用现有网络的过剩容量。由于遥感公司新增的低轨星座的需求，所有网络都向低轨卫星提供服务。关于地理分布，当前地面站位置如图 7.1 所示。一个显著的区别是， KSAT 的极地覆盖率最高，在南极洲和北极都有一个站点。这是许多其他公司希望在未来规划的地面站站点上的区别。另一个主要区别是对俄罗斯和亚洲大部分地区的覆盖，主要是 RBC Signals 公司。

从目前的客户和合同来看（表 7.1 的底部），无法判断当前是美国政府客户还是商业客户是主要客户群体。服务时间最长的 SSC、Viasat 和 KSAT 公司主要服务于政府客户。SSC 和 KSAT 与美国和外国政府航天机构签订了合同。他们的过往经历可能对未来的政府事务有利。在市场的新进入者（即 Atlas、AWS 地面站和 RBC Signals ）中， RBC Signals 似乎以美国政府为最大目标客户，并从两个 SBIRs 项目中获益，其中一个是由空军赞助的。Atlas 正在积极与 DoD、NOAA 和 NASA 合作，尽管它也有一定的商业遥感客户。目前 AWS 地面站客户均为商业客户；然而， AWS 地面站也在计划与美国政府机构接洽。

Atlas Space Operations、RBC Signals 和 BridgeComm 筹集的资金值得关注，因为未来的资金差异会影响商业可行性上的差异。AWS 地面站具有一些优势，这源于起成熟且盈利的 AWS 云计算服务。BridgeComm 正在利用与 SSC（一家更成熟的公司）的合作伙伴关系。

在考虑与美国政府的关系时，另一个需要关注的因素是公司的总部或子公司所在地以及与外国政府的任何关系，包括资金或供应链。这些可能会禁止某些政府合同。

覆盖范围

太空物流（ Space Logistics ）一词定义宽泛，包括一系列支持太空活动的服务。太空物流的突出例子是轨道推进剂仓库、太空垃圾碎片清除和卫星相关服务。这一领域的广泛服务都需要类似的技术，即交会、接近操作（ RPO ）以及机器人技术。本章重点介绍在轨卫星服务（ On-Orbit Satellite Servicing OoSS ）市场，这是太空物流最有前景的服务之一。

市场概况

近期在大量发射低轨遥感卫星星座的推动下， GSaaS 市场正在增长和成熟。六家公司已经建立了至少一个地面站网络的初始部分：Atlas Space Operations、Amazon Web Services（AWS）ground、KSAT、RBC Signals、Swedish Space Corporation（SSC）和 Viasat 。它们都为 LEO 卫星提供服务，有些还提供 MEO 和 GEO 服务。从客户群来看，需求增长主要是因为商业地球观测卫星星座的发射；这些公司选择不建造自己的定制地面站。第二个驱动因素是政府的需求。例如，对用于传输和接收数据的 AFSCN 天线的需求不断增长，政府需要做出决策，要么建设更多的原生容量，要么利用商业能力扩充现有网络。一些政府客户已经在利用商业地面站进行数据传输，包括 NASA 和 DoD 。

OoSS 市场仍处于发展阶段。OoSS 的全方位能力包括对其他航天器的检查、捕获、修理、更换、加油、变轨和升级。各领域仍在开发开展这些能力所需的技术。在政府方面， NASA 和 DARPA 正在开发服务航天器，分别称为 OSAM-1 （ On-orbit Servicing, Assembly and Manufacturing 在轨服务、组装和制造）和 RSGS （ Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites 地球同步卫星服务机器人），能够给卫星添加燃料和服务。在商业方面，一些商用公司正在开发整体维修型航天器，但一些公司还专注于开发该行业发展所需的特定技术，如 RPO 传感器和太空机器人。这些公司正在多元化地开发市场，从大型政府承包商到初创公司。

2019 年， Northrop Grumman 公司根据与国际通信卫星组织（ Intelsat ）的合同，推出了首款维修航天器。其 Mission Extension Vehicle（ MEV-1 ）设计用于与国际通信卫星组织（ Intelsat ）卫星对接，并通过提供轨道机动能力将其寿命延长五年。尽管不能通过主动添加燃料或维修来延长卫星寿命，但 MEV-1 是第一架为开拓新的商业市场而推出的维修航天器。

商业卫星运营商表达了使用 OoSS 功能的兴趣。传统意义上，卫星运营商在运行中的卫星寿命即将结束时的唯一选择是用一颗新卫星替换它。随着 OoSS 的发展，卫星运营商将能够权衡服务与更换卫星所涉及的成本和收益，从而在面临技术和消费者需求快速变化时，增强对其星座的管理能力。然而，由于各种原因，包括 HTS 的快速技术进步和传统卫星通信业务的不确定性，市场对这项技术的反应一直犹豫不决。

GEO 中的卫星既昂贵又精密。因此， GSO 公司专注于从现有的在运营舰队中获取效率。由于最终用户需要更多更快的数据连接，技术过时的二次添加燃料的卫星在商业上可能不可行。对于在较低轨道运行的公司来说，卫星的寿命比 GEO 中的卫星更短，也不那么精密。因此，可以更频繁地更换卫星，并且成本更低。这些是 OoSS 行业商业可行性不确定性的几个例子，随着市场的成熟，必须要解决这些不确定性。

市场趋势 - 技术与能力

如前所述，在过去几年中， OoSS 领域最重要的事件是 MEV-1 的成功发射。尽管 MEV-1 的推出显示出 OoSS 技术商业化应用的潜力，但市场反应仍然喜忧参半。从国家安全的角度来看， OoSS 技术的应用受到欢迎。兰德公司 2016 年的一项研究表明， DoD 有潜在动力塑造这一新兴和不确定的市场，并可能发挥作用，确保商业 RPO 发展不会威胁国家安全。

2019 年， DoD 授予了一些合同，这些合同为 OoSS 技术应用于国家安全创造了更多机会，同时 DARPA 正在进行 RSGS 开发。SMC 与 Northrop Grumman 的子公司 SpaceLogistics 签订了一份合同，对四颗国家安全卫星进行服务研究。此外，国防创新部（ Defense Innovation Unit DIU ）宣布公开征集能够进行多轨道有效载荷运输和燃料库交付的维修航天器，陆军正在考虑应用 OoSS 来恢复未运行的卫星。在 OoSS 市场开发的早期阶段，仅确定了少数商业合同， DoD 合同表明 DoD 未来可能成为市场的重要锚定客户。

然而，从商业领域来看，潜在客户仍保持着观望态度。商业卫星运营商根据在轨服务的效益、成本和风险以及当前的市场条件，权衡其投资和战略转型。例如，最近 GEO 卫星订单的下降被视为一些卫星制造商剥离业务并转向小型卫星的迹象。不幸的是，对于 OoSS 而言，小型卫星的寿命较短，维修成本高于更换成本。大量低轨小卫星星座的发展也增加了 OoSS 需求前景的不确定性。另一家卫星制造商表示，考虑到成本，目前卫星服务的吸引力较低，而通信卫星的制造成本越来越低。

为了应对这种复合局势， OoSS 市场的供应商正在考虑各种类型的任务航天器，以提供更低的价格。然而，在 OoSS 领域需要注意的一个指标是来自地球静止卫星运营商的服务协议和合同的数量。卫星服务公司和卫星运营商之间的更多合同将表明，市场底对于 OoSS 技术在商业上是具备可行性的。

尽管该领域处于非常早期的阶段，但商业公司和前面提到的政府机构都在开发各种技术，如 RPO、太空机器人和航天器总线设计，这些努力不仅仅针对公共或私营部门。例如，美国航天局与 Maxar 签订合同，将其作为 OSAM-1 （以前称为 Restore-L ）任务的一部分进行空间组装演示，而 Northrop Grumman 公司正在为 DARPA 的 RSGS 项目开发航天器总线。随着公司和政府机构进一步开发这些技术，将提供更多的能力，如加油、维修和升级，以提供全方位的卫星服务，从而开放更多的商业应用。此外， OoSS 部门正在开发的技术可能会被剥离，以启动新的太空物流部门，如轨道燃料库、轨道碎片清除以及空间组装和制造。

关键公司评估

如表 8.1 所示， Northrop Grumman 公司是目前轨道上唯一拥有现役维修航天器的公司。该公司还拥有一款后续型号 MEV-2 ，根据与国际通信卫星组织（ Intelsat ）签订的第二份合同，该航天器于 2020 年末推出。Tethers Unlimited 是另一家开发 OoSS 技术的公司，但用于较低轨道上的较小卫星，使用可加油和服务的微卫星级维修航天器。英国一家名为 Effective Space 的公司正在开发一种类似的技术，利用小型太空无人机提供 OoSS 能力。

虽然这三家公司正在设计能够提供广泛 OoSS 功能的维修航天器，但其他公司只先关注少数功能。例如，总部位于新加坡，在美国有一个子公司的 Astroscale 公司一直在开发一种小型运载工具，在卫星生命周期结束时为其提供帮助。该航天器于 2021 年 3 月 18 日发布，设计用于检查、停靠和脱轨，作为一种卫星报废服务。这种类型的处理服务使卫星运营商能够最大限度地利用机载燃料进行扩展操作。该公司还计划将同样的技术用于天空碎片清除服务。OrbitFab 通过开发轨道燃料库，专注于卫星服务的加油方面。Maxar 是一家在 OoSS 领域以外的各种空间技术领域经验丰富的公司，正在开发机器人技术、航天器总线和 RPO 传感器等技术，这些技术是向全方位 OoSS 活动发展所需的。

在本报告所阐述的研究中，我们旨在提供商业太空行业的最新概况，重点介绍对 DoD 最重要的领域的最新变化，并描述正在出现并将在未来几年快速增长的新能力。每一章都专门讨论一项具体的太空任务领域，并介绍了市场概况和对活跃在该领域的主要公司的评估。在最后一章中，我们将提供有关商业太空行业的总体观察结果，并简要总结每个太空任务领域。

商业太空行业观察

在本章节中，我们将讨论我们在商业太空行业中观察到的几个总体趋势。

• 更成熟的商业太空领域的能力和市场规模正在增长。卫星通信领域已经开始使用 HTS ，并计划大量部署 LEO 星座。太空发射领域有两个新的 NSSL 级的进入者，正在开发超重型 LVs ，小型 LV 进入者的数量也在不断增加。卫星遥感领域拥有快速增长的多卫星星座数量，以及多元的传感器成像和分析产品。

• 不断的新进入者是商业太空行业最近增长的原因。新进入者的增长和演变是由小卫星技术和激增的星座模型、先进制造、 AI/ML 的应用以及风险资本投资推动。

• 在新兴的太空领域中，一些公司服务于商业太空运营商，而其他新的公司将主要针对政府客户。受太空商业扩张的驱动， SDA 进入者将提供增强的碰撞警告服务，地面站进入者将提供数据传输服务，以提供及时的高容量数据下行链路（即遥感卫星）。环境监测参与者正在为 NOAA 和 DoD 收集 GNSS-RO 数据。太空物流进入者正在规划空间碎片清除服务和卫星寿命延长在轨服务，这两项服务都引起了政府太空部门的兴趣。

商业太空领域总结

我们在本报告中调研的每个太空领域都有其独特的特点，这些特点是由其市场和技术发展历史所驱动的。在这一章节中，我们将总结每块商业太空领域的主要发现。表 9.1 列出了每个领域最近需要关注的变化、问题和未来。

通信卫星

美国政府一直是成熟商业卫星通信行业的长期客户。然而，该行业并不完全依赖政府。2014 年至 2018 年，全球政府客户相关收入占该行业一系列大公司总收入的 21% 。由于总体上对数据的需求增加，市场容量正在大幅增长。目前与 DoD 签订合同的主要公司的总可用容量估计为 254 Gbps ，到 2022 年将增长到 5600 Gbps（Bonds、Camm、Willcox、forthcoming ）。此外，商业 NGSO 星座项目的发展将在不久的将来增加 22000 Gbps 的全球宽带容量。

通信卫星

在政府的大力影响下， NSSL 级发射市场已经成熟。在 2006 年至 2018 年进行的 233 次 NSSL 级发射中， 176 次用于美国政府军用和民用有效载荷。因此，即将到来的 NSSL 第 2 阶段合同授予结果将塑造市场。此类 LV 的发射服务提供商正在开发其能力，以支持每年总共 48 到 60 次发射。市场需求预计每年为 17 至 29 次，其中 7 至 9 次是国家安全太空发射。如果新 LVs 的开发不延迟，商业供应能力将超过 DoD 的需求。然而，延迟的可能性很大，这可能会导致短期供应短缺。发射技术的发展趋势，包括可重用性、在轨重燃和提升能力的增加，可能会提高成本和发射响应能力。

卫星遥感

商业遥感市场正在迅速发展。一些老牌的天基遥感公司正在利用改进的技术来实现新的能力，例如更高的空间分辨率。该市场的新进入者正在引入由数十颗到数百颗 LEO 卫星组成的大星座，这将大大扩展当今基于卫星的地球观测能力。对于商业公司说，新的能力正在出现，例如 SAR 和天基 RF 定位 。商业提供商可能会使用人工智能等分析手段来改善地球观测数据对美国政府和其他潜在客户的价值定位。尽管政府与数量有限的卫星图像商业提供商建立了成功的关系，但商业遥感领域的不断变化为增强或释放 DoD 系统的能力或填补 DoD 系统无法满足的能力缺口创造了更多机会。为了利用这些额外的机会， DoD 将需要评估与使用商业服务相关的运营风险。虽然商业遥感的全球收入在过去十年中大约翻了一番，但市场的未来规模仍不确定。市场的快速变化可能会给个别公司或服务的长期财务生存能力带来风险。

环境监测

环境监测领域的商业能力由严重依赖政府资金的初创公司组成，因此专注于政府环境监测任务。其中最著名的初创公司是那些发射卫星星座以收集 GNSS-RO 数据的公司，这些数据可以为地面天气预报、气候监测和空间天气提供信息。然而，DoD 和 NOAA 仍在对这些数据的用途进行辩论。环境监测数据的开源性质是这些初创公司商业模式中的一个不足之处，因为该任务在历史上一直是许多太空机构和国际伙伴之间的合作。如果商业公司计划将其数据出售给政府或其他潜在客户，这将对改变传统上免费的开源数据带来营销挑战。虽然商业市场的重点是 GNSS-RO ，这是环境监测任务的一个小领域，但这一领域的其他方面却被忽视了。政府对其他类型的环境监测传感器的兴趣，如微波或太空天气传感器，可能有助于刺激新的创业公司在其他环境监测市场领域出现。

太空监测

由于进入 SDA 市场的公司和国家越来越多，因此提供 SDA 服务的商业机会越来越多。 SDA 任务可分为三个主要部分：数据收集、数据处理和数据共享。鉴于 DoD 现有的数据共享能力，数据收集和数据处理是我们市场研究的重点。目前尚不清楚 DoD 是否愿意将 SDA 任务的数据处理部分外包给商业供应商。如果 DoD 愿意外包，则有几家公司同时提供数据收集和数据处理服务。与其中一家或多家公司建立关系可能是 DoD 利用 SDA 商业市场不断增长的能力的有效途径。最后，抓住机会提高 SDA 能力至关重要，因为其能解决其他太空任务中的问题，未来有望扩展应用范围。

星地数据传输网络

对于 GSaaS 市场， DoD 有兴趣利用商业地面站来增强 AFSCN 的容量。许多商业公司已经建立了面向政府客户的全球地面站网络。该市场不仅局限于政府，因为大多数 GSaaS 公司预计商业卫星公司（尤其是遥感公司）的需求将不断增长，对大型数据下行链路的需求也将不断增长。许多公司正在探索技术选择，如光通信、可连接多颗卫星的相控阵天线，以及连接云计算资源，以改进现有天线。

太空物流

OoSS 领域是一个新兴市场，其特点是发展在轨的检查、维修、更换、加油、变轨和升级的能力。目前，全球市场上只有少数几家公司，其中许多公司专门从事 OoSS 航天器的特定方面，如机器人技术和 RPO 。迄今为止，只有一家公司发射了可运行的 OoSS 航天器，该公司仅限于通过交会和轨道控制延长寿命。据报道，地球同步轨道卫星运营商正在寻求 OoSS 能力，以通过延长寿命加强卫星舰队管理。然而，仍然需要大量的技术开发，才能使全方位的 OoSS 能力投入运行，并吸引卫星运营商的业务。

建议

考虑到我们在商业太空行业概述中观察到的情况以及利益相关者（如国防部）如何使用本报告中的信息，我们提出以下建议： 

• 我们调研了所有太空领域在过去五年中都经历了变化（见表 9.1 ），这表明 DoD 和其他利益相关者定期更新该行业信息非常重要。 

• 国防部和其他利益相关者应继续跟踪若干新技术开发和商业可行性因素，因为这些因素将对太空市场产生重大影响（见表 9.1 ）。

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