前言：
随着全球太空资源竞争进入白热化，低轨卫星轨道与频谱的“先登先占”原则正引发一场前所未有的星座建设热潮，而航天数字仿真——这一通过构建“数字孪生”体在虚拟世界中完成全流程验证的核心技术，已从辅助工具演变为决定航天任务成败、抢占战略资源的关键基石。
1、航天数字仿真应用贯穿航天产业全生命周期
根据观研报告网发布的《中国航天数字仿真行业发展深度分析与投资前景研究报告（2025-2032年）》显示，航天数字仿真是指利用计算机建模技术，对航天器的设计、制造、测试、发射、在轨运行乃至整个任务流程进行高保真度的模拟和验证的技术的总称。它本质上是一个“数字孪生”过程，通过在虚拟空间中构建与物理实体完全一致的模型，来预测其在实际环境中的表现和行为，应用贯穿航天产业全生命周期。
航天数字仿真在航天产业全生命周期应用情况
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周期 |
应用情况 |
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设计与研发阶段 |
气动外形仿真、结构力学仿真、热力学仿真、控制系统仿真等，用于优化设计，减少实物试验次数。 |
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制造与生产阶段 |
工艺流程仿真、装配仿真，用于提升制造精度和效率。 |
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测试与验证阶段 |
全系统综合仿真测试，在地面模拟太空环境，验证系统可靠性，这是发射前最关键的一环。 |
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运营与维护阶段 |
在轨状态仿真、故障预测与诊断仿真、任务规划仿真，保障航天器长期稳定运行。 |
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人员训练 |
航天员操作训练模拟器、地面飞控人员训练系统。 |
资料来源：观研天下整理
根据任务对象不同，航天数字仿真可分为火箭基地发射仿真、卫星轨道运行解决方案以及飞机飞行仿真解决方案。
航天数字仿真分类
资料来源：观研天下整理
2、太空资源竞争激烈，各国争相布局低轨卫星建设，驱动航天数字仿真行业发展
由于卫星轨道和频谱属不可再生资源，相关资料显示，地球近地轨道仅可容纳约6万颗卫星，而频段资源方面，L、S、C、Ku频段几乎使用殆尽。根据国际电信联盟（ITU）的《组织法》及《无线电规则》，卫星轨道及频段资源目前遵循“先登先占”原则。因此，近年来，全球多个低轨卫星规划公布。根据欧洲航天局统计，截至2024年8月15日，人类已累计成功进行约6710次火箭发射，将19160颗卫星送入太空并仍有约13030颗卫星处于在轨状态。
全球主要国家或地区布局低轨卫星建设情况
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国家 |
公司名/星座名 |
数目(颗) |
频段 |
总投资(美元) |
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美国 |
Iridium |
66 |
L/Ka |
超50亿 |
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Orbcomm |
36 |
VHF |
超5亿 |
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Globalstar |
48 |
L/S |
33亿 |
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Starlink |
11927+30000 |
Ku/Ka/E |
~100亿 |
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AST |
243 |
UHF/L/S |
- |
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Lynk |
5000 |
UHF |
- |
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Kuiper |
3236 |
Ka |
100亿 |
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英国/印度 |
OneWeb |
648+720+1280 |
Ku/Ka/V |
55~70亿 |
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加拿大 |
Telesat |
298+1671 |
Ka |
~50亿 |
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Kepler |
140 |
Ku/Ka |
- |
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俄罗斯 |
Sphere |
638 |
- |
超68.67亿 |
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欧盟 |
IRIS2 |
80~1000 |
Ka/Q/V |
60亿欧元 |
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中国 |
GW |
12992 |
Ka |
- |
|
G60(千帆) |
1296~10000+ |
Ku |
- |
资料来源：观研天下整理
不过，随着全球各国航天产业不断发展，超大规模星座不断涌现，由于星间链路的引入，星座内以及星座间业务与信息交互也更加复杂；同时随着航天系统在特种领域、民用领域以及商用领域的通信、导航、遥感应用逐步走向成熟，航天系统也更加复杂，这也对航天数字仿真技术精准度&计算效率要求不断提高。
航天数字仿真技术在仿真精确度及计算效率方面优化
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技术领域 |
具备要求 |
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仿真建模方面 |
需要针对卫星、地面站等实体在业务逻辑行为、业务数据流、测控信息流、能量流、动力学模型、空间环境等不同维度进行精细化综合性仿真，以实现对实际系统的精准仿真，生成更好更精准的评估分析报告。 |
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仿真计算效率方面 |
为应对超大规模仿真需求，需要采用基于高性能计算的分布式仿真引擎、高实时信息交互中间件以及基于GPU的并行计算架构，最终助力超大规模星座（含卫星、地面站、终端等）按照“一比一”要求的实时或者超实时精细化仿真。 |
资料来源：观研天下整理
3、诸多因素驱动，我国航天数字仿真行业发展前景广阔
然而，在各国争相布局低轨卫星建设的背景下，国内主流企业也陆续推出了星座建设计划并稳步推进，推动航天数字仿真行业发展。相较于“国家队”，商业航天公司对研发成本、迭代速度和经济效益更为敏感，航天数字仿真技术能极大缩短其研发周期、降低试错成本，是其快速迭代和参与市场竞争的刚性需求。
我国主流企业陆续推出星座建设计划并稳步推进
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公司名称 |
星座计划 |
规模（颗） |
推进进度/规划 |
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中国卫星网络集团 |
GW星座 |
12992 |
①2020年9月向ITU申请GW星座计划；②2022年，星网集团启动卫星通信地面网络建设，并筹备商业火箭发射基地；③2023年，试验星成功发射 |
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上海垣信卫星 |
G60星链 |
12000 |
2021年11月26日，G60星链产业基地开工，实验卫星已完成发射并成功组网，一期将实施1296颗，未来将实现12000多颗卫星的组网 |
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银河航天 |
银河 |
1000 |
2020年1月16日，我国首颗通信能力达10Gbps的地轨宽带通信卫星-银河航天首发星发射升空 |
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航天科技集团 |
鸿雁工程 |
300 |
①2018年12月29日,首颗实验星"重庆号"发射；②2019年底运营公司投入运营 |
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高景星座 |
24+X |
①第一阶段将发射4颗0.5米分辨率的敏捷光学卫星;②第二阶段从2018年开始每年安排1到2次发射,逐渐建成一个以16颗0.5米高分辨率遥感卫星为基础的商业遥感卫星系统 |
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航天科工集团 |
行云工程 |
80 |
①2017年1月1日,首颗技术验证星"行云实验一号"发射成功;②2019年首个武汉卫星地面站建成;③2020年5月12日,行云二号01星、行云二号02星发射升空;④2021年末,项目第一阶段建设任务已圆满完成 |
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虹云工程 |
156 |
2018年12月22日,发射工程首颗技术验证星"武汉号",是我国首颗低轨宽带通信技术验证卫星 |
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陆海空间(烟台)信息技术有限公司 |
东方慧眼 |
200 |
计划在2027年到2030年建成全球服务系统,届时整个星座预计有200颗卫星在轨 |
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长光卫星 |
吉林一号 |
138 |
①2021年3月21日,先后经历十余次发射,成功将25颗"吉林一号"卫星发射升空;②截至2023年6月,"吉林一号"卫星已有108颗卫星在轨运行;③预计2025年左右"吉林一号"将实现138颗卫星组网 |
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中国电科 |
天象 |
120 |
2019年6月5日,天象试验1星、2星通过搭载发射 |
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天津云遥宇航科技有限公司 |
云遥宇航 |
90 |
计划在2025年建成由90颗卫星构成的全球气象监测星座 |
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九天微星 |
九天 |
72 |
①2018年2月发射第一颗验证卫星,以验证物联网单用户链道;②2018年底再发射7颗卫星 |
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知一航宇(北京)科技有限公司 |
玑衡一号 |
45 |
计划发射45颗气象卫星 |
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国电高科 |
天启 |
38 |
天启星座已有21颗卫星在轨,计划于2024年中完成一代星座全部38颗卫星的发射组网,届时将实现全球覆盖组网运营 |
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珠海欧比特卫星大数据有限公司 |
珠海一号 |
34 |
计划发射34颗卫星 |
资料来源：观研天下整理
航天领域有“每一克重量都比黄金贵”的说法，而实物试验（如风洞试验、振动试验）成本极其高昂。通过高精度仿真，可以减少高达70%-80%的物理试验次数，从而实现显著的降本增效，这也是推动仿真技术不断向高精度、全流程发展的根本经济动力。
目前，我国正在实施载人航天工程（空间站）、嫦娥探月工程、行星探测（天问系列）、北斗导航全球系统等众多国家级重大航天项目。这些项目系统复杂、成本高昂、只能成功不许失败，对数字仿真的可靠性、精确性和全面性提出了极高要求，是行业最核心的驱动力。
同时，在复杂国际环境下，实现关键技术的自主可控成为国家安全战略的一部分。航天数字仿真软件（尤其是高端CAE软件）作为研发的“工业软件”，其国产化替代需求迫切，为国内厂商提供了巨大的发展窗口。（WYD）
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