欧盟《“地球观测”和“全球卫星导航系统”市场报告》太空篇

点击图片上方蓝色字体“慧天地”即可订阅

来源：AEROINNO，编译：何睿、石欣宇，编辑：空天界，版权归原作者及刊载媒体所有。

前两篇文章中，空天界概述了该市场报告的整体内容，并对航空和无人机领域进行了详细编译。（欧盟《“地球观测”和“全球卫星导航系统”市场报告》、欧盟《“地球观测”和“全球卫星导航系统”市场报告》航空和无人机篇）。本篇文章将聚焦太空领域，展开详细讨论。

最初，全球卫星导航系统（以下简称“GNSS”）是以服务地面用户为主要目的，但随着其技术不断革新发展，GNSS逐渐在太空领域也发挥着多重作用，过去十年来，极大推动了太空产业的发展和转变。在科技进步和新型创业精神的推动下，太空环境平台日益增多，成为GNSS技术发展的新舞台。

GNSS技术可用于电信、地球观测、科技发展及导航等领域，向地球轨道卫星提供可靠的实时GNSS数据可带来许多经济、技术和社会效益，包括：

1.降低任务成本；

2.改进导航性能；

3.提供可靠的地球观测（以下简称“EO”）数据等。

市场关键趋势

1. 太空生态系统的民主化和多样化 

“新太空（NewSpace）”不仅是科技发展的必然趋势，更是国营和私营航天企业协同发展、太空活动民主化的表现形式。在人工智能、数字化和微型化等新型技术和商业发展的推动下，进入太空赛道的成本和耗时显著降低。随着创新型地球信息（geo-information）业务模式不断发展，大量私人资本投资涌现，太空生态系统逐步多样化，从而开启了太空商业化的新篇章。

太空数据作为创新型增值产品和服务的基础，现如今已成为经济增长和社会进步的基石。太空探索的逐步民主化推动了太空环境商业化，太空不再是少数利益相关者的专利，而是成为了一种多范围、多领域使用的工具，以造福科学家、企业和公共机构，推动新太空应用并发展新型太空基础设施。

2. 数字化和新巨型星座系统

近地轨道巨型星座项目（LEO, Low Earth Orbits megaconstellation）已成为新时代的象征，该领域的发展充分展现了新兴商业机遇的多样性，包括：

• EO（地球观测）；

• 物联网（由全球覆盖需求和低延迟需求推动）；

• 卫星通信宽带连接等。

这直接导致了地球轨道卫星数量激增，在性能方面不断产生新需求。

GNSS在太空行业发展过程中扮演着至关重要的角色，其带来的益处包括：

（1）财政技术收益：减少仪器数量、降低对地面站的依赖程度、改善导航性能等；

（2）增强对现有和新兴利益相关者的适用性。

2009年至2018年，每年平均发射230颗卫星，其中一半为近地轨道卫星，预计2019至2028年将每年平均发射990颗卫星，其中70%为近地轨道卫星。

1981年，发射近地轨道航天飞机的费用约为每公斤68000欧元。2020年，这一数据降低至原先的1/80，发射重型猎鹰（Falcon Heavy）的费用约为每公斤850欧元。预计到2040年，这一费用会降低至现如今价格的1/20，NASA计划未来价格将不超过每公斤40欧元。

小型卫星的快速原型设计、生产和部署形成了一种新型商业理念，这在当下环境极大降低了轨道成本，特别是近地轨道领域。而对更小、更轻、更低成本解决方案的长期追求给太空部门带来了新的挑战，并为星载GNSS行业带来了前所未有的机遇。

3. 太空态势感知：保护太空环境

什么是太空态势感知？

通常情况下，太空态势感知（SSA, Space Situational Awareness）是指一种整体方法，主要面向三个领域的活动：

（1）太空监视与跟踪（SST, Space Surveillance & Tracking）；

（2）近地星体（NEO, Near-Earth Objects）；

（3）太空天气（SWE, Space Weather）：地球周围的太空环境条件改变，涉及太空中的等离子、磁场、辐射和其他物质。

怎样保护太空环境？

降低污染、避免天体碰撞是全世界的共同目标。现如今，太空中约有800颗地球轨道卫星，预计20年后会增长至3500颗。太空环境日益拥挤，每一次新的发射都会增加天体碰撞的风险。

空间碎片将极大程度上威胁太空活动的安全性和可持续性，为了解决这一问题，欧洲于2014年建立欧盟太空监视与跟踪系统（EU SST），旨在使用SSA保证太空环境安全。

2016年，欧盟着重强调了SSA的重要性，并表示未来将大力发展SSA相关技术。为响应号召，法国、德国、意大利、波兰、葡萄牙、罗密尼亚和西班牙与欧盟卫星中心（SatCen）建立欧盟SST合作关系。现如今，欧盟SST为100多个相关组织提供免费服务，并大力发展传感器网络，其中包括：雷达；望远镜；激光器。

2021年初，欧盟三大机构之一的欧洲议会签订新《太空条例（Space Regulation）》，并于2021年12月达成政治协议，旨在推动SSA与欧盟太空项目协同发展，促进欧洲太空监视与跟踪活动。

用户反馈

1. GNSS用户关键需求

在欧盟，太空领域内GNSS用户对不同应用组的关键需求主要为：在用户咨询平台（UCP, User Consultation Platforms）中，与用户组、提供商和相关专家增强互动性。

2. 不同条件下的GNSS需求

根据质量、设计寿命、任务类型、任务成本和轨道类型等特点，航天器在不同条件下应配备不同的GNSS接收器。

• 低海拔地区（3000-8000公里）：良好的信号环境可很大程度上保证GNSS接收器的可用性，普通的GNSS接收器便可完成任务；

• 高海拔地区（8000-36000公里）：GNSS信号可用性下降，需配备超敏感接收器（利用GNSS信号的第一侧叶）。

在搭载GNSS时，还需考虑到卫星本身的体积。大型卫星可搭载重达几公斤的GNSS接收器，而小型卫星则无法搭载重型接收器。

立方体卫星（CubeSats）作为一种新型技术，旨在进行简单的太空观察，并对地球大气进行测量。然而，这种卫星无法承担昂贵的设备，成本往往非常低廉，在任务的可靠性和稳健性方面，不如成本较高的长寿命卫星。

3. 不同应用下的GNSS接收器种类

GNSS主要有以下几种应用：精确轨道确定（POD, Precise Orbit Determination）；实时机载自主导航，即姿态确定（AD, Attitude Determination）；太空定时和同步（S-T&S, Spae Timing and Synchronisation）；实现特定科学或操作卫星任务（SOM, Scientific or Operational Mission）；执行技术演示（TechD, Technology Demonstration）；实现深空探测活动（Deep-space activities），如超过地月距离的探测活动（LTO）。

根据不同应用，GNSS接收器主要分为三个类别：

（1）低端（Low-End）接收器：包括COTS在轨应用测试系统和低成本产品，在性能和价格方面有明显的优势；

（2）高端（High-End）接收器：更加稳定、价格更高昂、硬件系统更优良，预计可以在外太空安全运行至少十年；

（3）有效载荷/科学（Payload/Scientific）接收器：作为有效载荷仪器的一部分，该种接收器可实现特定任务，并可用于技术开发。

星载GNSS价值链

价值链包括企业在设计、生产、销售、运输和辅助产品过程中的种种活动，本文中的价值链主要是指涉及GNSS下游市场活动的企业。

欧洲在GNSS组件和接收器市场中占据主导地位，占总市场份额的73%，而北美地区仅占总市场份额的21%。以空客公司（Airbus）、海克斯康（Hexagon）、瑞士优北罗（U-Blox）为首的十大制造企业中，六家都为欧洲企业。

GNSS组件和接收器制造商：空客公司；BAE系统公司；德国宇航中心（DLR）；霍尼韦尔；海克斯康（Hexagon）；瑞士RUAG科技公司；泰雷兹阿莱尼亚宇航公司（Thales Alenia Space）;瑞士优北罗（U-Blox）等。

航天器制造商及开发商：德国OHB系统公司；泰雷兹阿莱尼亚宇航公司（Thales Alenia Space）;空客公司防务与太空部（ADS）；波音；洛克希德·马丁；诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）；Space X；中国长城工业集团（CGWIC, China Great Wall Industry Corporation）；小型卫星制造企业及相关大学等。

航天器运营商：欧洲航天局（ESA）；美国国家航空航天局（NASA）；欧盟；各国家航天局；相关大学、研究中心、私营企业和非营利组织等。

太空服务提供商：欧盟（如哥白尼计划）；相关大学、研究中心、私营企业和政府组织等。

终端用户领域：地球科学研究；领地规划；环境监测；公共安全；基础设施运营商；执法部门；应急服务；地理空间情报机构。

未来GNSS发展

受巨型星座和新型业务模式驱动，未来十年，各种GNSS接收器交付量均呈不同幅度的增长趋势，而高端GNSS接收器仍将大概率占据空间应用的主导地位。

1. 巨型星座推动可靠的低端GNSS接收器发展

随着太空用户越来越多地采用GNSS解决方案，巨型星座项目不断发展，预计未来几年，星载GNSS接收器的市场成交量将逐步增长。然而，就长期发展而言，巨型星座稳定性较低。这也导致EUSPA无法准确评估十年后的市场概况。

目前，市面上的低端GNSS接收器主要用于实现特定卫星任务、太空授时和同步，未来，随着技术发展，低端GNSS接收器将越来越多地应用于近地轨道，实现姿态确定和精确轨道确定等。

EUSPA对低端GNSS接收器的未来市场规模仍呈相对保守态度。其主要原因是：第一，目前模型中只包含获得FCC（美国联邦通信委员会）认证的卫星，备份星（satellite replacement）的市场数据并未考虑其中；第二，立方体卫星市场可能被低估，然而目前并没有可靠的数据，并且该领域预算非常低，预计不会对总市场规模产生重大影响。

2. 新型业务模式

技术创新必将推动太空业务发展，而新型业务模式是行业转变的关键节点。新型业务模式可以降低成本、延长生命周期，并增强风险承担能力。

“新太空”为太空部门开辟了一种经济模式，即批量制造卫星，大量生产零部件，实现工业化流程，并完成每月发射任务。最重要的是，在巨型星座时代的大背景下，项目将以更加可靠、风险承担能力更强的模式快速启动。

大多数新的小型近地轨道卫星都需要GNSS接收器，这类卫星寿命相对较短，因此更换频率较高，占据星载接收器市场的主导地位。随着新的利益相关者涌现，需求增多，太空技术不断发展，近地轨道卫星的GNSS市场相对也较为成熟，英国萨里卫星科技公司（SSTL）、丹麦GOMspace，及泰雷兹阿莱尼亚宇航等公司已研发出现成产品。

3. 软件定义的接收器

对于太空用户而言，软件定义的接收器拥有多项新功能，如重新编程（即升级）、自我修复等。举个例子，该性能可实现在发射时上传尚未发明的算法，或通过远程重写功能修复损坏部件，从而增强稳定性，减少机载冗余。

未来市场趋势

1. 在轨服务可持续化

在轨卫星（IoS, In-orbit Satellite）服务指在轨道上为卫星提供加油或维修服务。该服务可以延长卫星寿命、推动机器人技术开发工作、完成太空碎片清理和材料回收任务，从而开辟新发展方向，并实现可持续性。此外，IoS服务还可为卫星附加额外能力，如为在轨卫星配备GNSS接收器等新硬件。

2. 探索月球背面

可共同操作的GNSS空间服务量（SSV, Space Service Volume）是太空新任务和相关技术发展的关键驱动力，然而，这种技术目前限制在高度3.6万公里内的地球轨道（即GEO, Geostationary Orbit，又称“地球静止轨道”或“正圆轨道”）。

事实上，导航技术是近月探索的关键，国际航天界计划将现有的GNSS PNT应用于月球上，通过高灵敏度的太空接收器，使用GNSS信号侧叶，实现GNSS星座。

然而，这种方法只能到达近月地区。若要获得更高的准确性和可用性，以实现自主着陆和漫游引导，单凭GNSS信号是不够的，未来可以考虑用专门的月球轨道卫星和月球信标测距源来增强GNSS星座，从而形成完全自主的月球导航系统。

除了实现导航目的，GNSS应用还有可能用于GNSS-R的月球土壤研究工作。

3. 太空交通管理活动自动化

太空用户的逐步多样化和数量增多对于星载GNSS接收器市场具有重要意义。然而，这也导致太空环境日渐拥堵，不断涌现的新太空活动可能会扰乱目前的太空环境，使得太空基础设施和人造航天器安全系数大幅下降。因此，意识太空环境侦测系统和交通管理政策必须尽快提上日程，目前，国际社会还没有在外太空建立相应的交通法规。

太空环境是全人类都应共同关注的问题，现如今，太空交通主要受《外太空条约（Outer Space Treaty）》制约，该条约旨在减少太空碎片。航天业应积极合作应对，以加强卫星安全，从而保证太空作业顺利进行，造福社会和全球经济。受政治因素影响，目前在对外太空的主权问题方面仍没有确切的解决方案，落实太空交通管理（STM, Space Traffic Management）极为复杂。

近日，欧盟委员会启动“欧盟太空交通管理战略”项目，旨在制定太空交通管理规则，寻求最佳解决方案，并推动欧盟实现技术主权。

研发星载GNSS接收器并实施大规模部署是未来建立太空交规的基石。为了保证太空用户操作系统的安全性，并保证地面用户从相关的关键服务中受益，如导航、电信等，建立太空交规刻不容缓。

欧洲GNSS系统与项目

1. 伽利略全球卫星导航系统

（1）欧洲GNSS提供增值

由欧盟研制和建立，伽利略全球卫星导航系统（Galileo satellite navigation system，以下简称“伽利略系统”或“该系统”）由轨道高度近2.4万公里的30颗卫星组成，其中包括27颗工作星和3颗备份星。

太空用户在优先需求和精度要求方面各有不同，而伽利略系统可以良好地满足各项需求，为用户提供多项优势，其中包括：

• 双频技术：保证较低轨道卫星的良好性能；
  

• 全球GNSS卫星数量增加：增强中等高度轨道卫星（MEO）及更高轨道的航天器可用性。
  

（2）欧洲GNSS服务和特征

对太空用户而言，伽利略系统的高精度特点和认证功能颇具意义。伽利略系统取代了传统的地面POD模式以实现精准定位，从而减少了不必要的延迟。

伽利略OSNMA和CAS可以使导航更具稳健性，并增加导航解决方案的可用性，目前，基于GNSS的太空弹性导航认证愈加成熟，尤其是在防止干扰和欺骗领域（jamming and spoofing）。

2. “地平线2020”计划

2014年1月，“地平线2020（Horizon 2020）”在英国正式启动，旨在建设创新型欧盟。该科研计划几乎囊括了欧盟所有科研项目，包括基础研究、应用技术和应对人类面临的共同挑战，目的是整合欧盟各国的科研资源，提高科研效率，促进科技创新，推动经济增长和增加就业。“地平线2020”计划向“战略创新议程”项目投资28亿欧元，为中小企业创新投资25亿欧元。

（1）ENSPACE

2017年，由欧洲GNSS管理局（GSA）发起，在GNSS认证与太空网络安全（Qascom）的领导下，ENSPACE项目（增强型太空导航，Enhanced Navigation in Space）正式成立，并于近日开发创新型GNSS太空接收器。

ENSPACE技术旨在通过软件解决方案的灵活性，满足卫星的稳健定位、导航和卫星授时需求，从而推动GNSS在太空的应用。ENSPACE致力于引领市场，提供低成本产品，以适配不同任务背景，并满足不同应用，其中包括：太空导航（navigation in space）；精确轨道确定（precise orbit determination）；姿态确定（attitude determination）；授时确定（timing determination）等。

项目启动三年后，ENSPACE接收器与NASA/俄亥俄大学的3U立方体卫星（BOBCAT-1）集成，并于2020年11月5日从国际空间站（ISS, International Space Station）部署，主要为了实现三个目标：

• 在近地轨道太空环境中测试接收器；

• 评估其持续计算PVT信息的能力；

• 开发接收器的重新配置能力（reconfigurability）。

部署两周后，ENSPACE接收器结合GPS和伽利略信号，成功计算出BOBCAT-1的在轨首发位置。

（2）GEYSER项目

由ENSPACE引导，Qascom建立GEYSER项目（伽利略网络太空接收器，GalilEo cYber SpacE Receiver），旨在开发增值功能，与COTS在轨应用测试系统兼容，实现软件和硬件的技术发展目标，以满足不同应用，其中包括：网络安全；稳健型PNT（导航、定位和授时，Positioning, Navigation and Timing）；双频POD；避免碰撞；高动态导航等。

市场规模与产值

1. 市场规模

未来十年，太空领域GNSS总装机量预计将从2021年的2500万台增长至2031年的7700万台，其中，高端接收器应用市场占比最高；按地区来看，北美地区市场庞大，总占比超60%。

2. 产值

+

太空领域的GNSS设备收入由2021年的2.8亿欧经历短暂下降后，将于2026年达到峰值3.2亿后，随后继续下降，直至2031年的0.53亿欧，其中高端接收器应用市场收入占比最高，北美地区贡献最大。

▍特别鸣谢

中科院微小卫星创新研究院院务委员、上海科技大学特聘教授陈宏宇教授为本篇文章中所提及的专业知识提供指导性意见。

点击文末“阅读原文”即可查看原文章。

投稿、转载、商务等合作请联系

微信号：huitiandi321

邮箱：[e-mail]

往期精彩推荐

《慧天地》敬告

    《慧天地》公众号聚焦国内外时空信息科技前沿、行业发展动态、跨界融合趋势，探索企业核心竞争力，传播测绘地理信息文化，为时空信息类相关专业学子提供日常学习、考研就业一站式服务，致力于打造政产学研金服用精准对接的平台。

    《慧天地》借鉴《读者》的办刊理念，力争把时空信息领域的精华内容汇聚到平台上。我们高度重视版权，对于精选的每一篇推文，都会在文章开头显著注明出处，以表达对作者和推文引用平台版权的充分尊重和感谢；对于来源于网络作者不明的优质作品，转载时如出现侵权，请后台留言，我们会及时删除。感谢大家一直以来对《慧天地》的关注和支持！

——《慧天地》运营团队

编辑：罗春香   审核：沈家伟

指导：万剑华教授