带你读《卫星互联网:助力新基建的有硬科技》——5. 亚马逊“柯伊柏”星座

简介: 带你读《卫星互联网:助力新基建的有硬科技》——5. 亚马逊“柯伊柏”星座

5.1 概述


“柯伊柏”(Kuiper)星座是美国互联网巨头亚马逊(Amazon)公司提出的低轨道宽带星座计划,旨在提供全球范围的低时延高速卫星宽带连接。亚马逊公司的 Kuiper 低轨道宽带星座如图 3-9 所示。相比“星链”、OneWeb、Telesat LEO 星座,Kuiper 星座提出的时间最晚,建设进度最慢,但由于其背后的亚马逊公司而受到业内外广泛关注。


事实上,亚马逊公司在 2018 年就已经启动专注于低轨道卫星连接的地面站业务 AWS Earth Station,并于 2019 年 6 月创建了专门的航空航天及卫星解决方案部门,凭借卫星云服务业务全面进军航天产业市场。2019 年 7 月,亚马逊向 FCC 提交 Kuiper 星座美国市场准入申请,披露其星座设计方案。


2020 年 7 月 30 日,FCC 批准了亚马逊约 3 200 颗低轨互联网卫星星座的申请。

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5.2 星座建设情况


Kuiper 星座的设计方案对外披露很少,大部分相关情况出自其向FCC 提交的市场准入文件,该申请于 2020 年 7 月被 FCC 批准。与此同时,Kuiper 星座面临的外部环境变化巨大,其星座方案也有可能在项目推进过程中发生变化。


(1)空间段

星座构成方面,Kuiper 星座空间段由 3 236 颗卫星组成,卫星计划运行在 590km、610km、630km 三个轨道高度,不同轨道高度对应

33°、42°、51.9°三个倾角,共分布于 98 个轨道面上,Kuiper 星座构型配置见表 3-8。

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部署进度方面,根据 ITU 新出台的星座监控方案,Kuiper 星座须在2026 年 7 月 30 日前发射至少半数(1 618 颗)的卫星,并在 2029 年 7月 30 日前全面完成组网发射。按照亚马逊公司设置的部署里程碑,Kuiper 星座计划分为 5 个批次部署,首批 578 颗卫星发射后将启动服务。Kuiper 星座部署计划见表 3-9。

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有效载荷方面,Kuiper 卫星用户波束将使用星载多波束相控阵天线,该天线通过对相位和幅度的调整来实现对波束形状的改变、波束扫描及波束功率分配,配合星上软件定义功能,可基于既定区域的业务需求,实现按需灵活分配频率和容量,将实现上下行所有业务的星上再生、星上交换、星上重封装等功能。具体来看,通过可调向、高增益的相控阵天线,


Kuiper 卫星可实现点波束覆盖 300 ~ 500km2,点波束覆盖范围可根据不同区域容量需求进行调整。相比于窄点波束,宽点波束有约 2dB 的信号接收功率损失。另外 Kuiper 卫星还配备高增益抛物面天线,用于与地面站连接。值得一提的是,Kuiper 星座可能会采用激光星间链路组网,根据其最新发布的数据来看,星间链路传输速率可达 10Gbit/s。


频率方面,Kuiper 星座的用户和馈电链路均工作在 Ka 频段,Kuiper星座频率计划见表 3-10。

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(2)地面段

亚马逊公司未对外公布其 Kuiper 星座关口站的数量等具体情况。根据 Kuiper 星座的频率计划,推测其关口站将配有 4 副主动天线,每副天线都可以充分利用关口站所有的频率和 RHCP/LHCP 两种极化方式。


值得一提的是,在卫星地面站领域,亚马逊公司利用 AWS 地面站已广泛开展“地面站即服务”业务,该业务目前主要针对遥感卫星产生的数据,目前已经开通 6 座地面站,并与黑色天空等多个遥感卫星企业开展合作。微软公司在 2020 年 10 月正式推出其面向航天产业的云计算服务Azure Space,并宣布与 SpaceX 和 SES 公司开展相关业务合作,与亚马逊的 AWS 地面站业务形成直接竞争。因此,Kuiper 星座地面站一方面用于连接 Kuiper 卫星提供宽带接入服务,另一方面也极有可能未来与AWS 地面站联合组成亚马逊公司的全球云服务网络,进一步提升亚马逊公司在该领域的领先地位。


根据客户对天线部署最佳位置的反馈,亚马逊公司放慢了地面站网络的推出速度。目前,亚马逊公司已在瑞典斯德哥尔摩、巴林、澳大利亚、美国俄勒冈州及爱尔兰建成 6 个地面站。


每个亚马逊网络服务地面站都有两个天线,一个天线在 X 频段工作,可以从遥感和电信卫星下载数据,另一个天线在 S 频段工作,用于对卫星进行指挥控制。到目前为止,公司所有网站都建在亚马逊网络服务数据中心附近,以简化与亚马逊云服务的连接。同时地面站服务仅与云服务有关,想要使用其他云服务的客户可以从亚马逊网络服务下载卫星数据,然后使用不同的云,但不能将亚马逊网络服务地面站直接与诸如 Google 等云服务竞争对手连接。


(3)用户段

关于用户段的信息对外公布很少,从目前掌握的情况来看,Kuiper 用户终端将允许住宅、企业和移动(交通)等用户通过电调相控阵天线,或机械转向抛物面天线,实现与 Kuiper 卫星的接入。用户终端调制解调器具有点波束内高传输速率、链路优化、用户终端波束指向,以及确保用户通信安全等特点。


5.3 未来发展计划


为保住其授权,亚马逊须在 2026 年 7 月 30 日前发射至少半数的卫星,并在 2029 年 7 月 30 日前完成全部组网发射。目前,亚马逊尚未概述其“柯伊伯”(Kuiper)星座的发射规划。预计“柯伊伯”卫星将分 5 批发射,服务将在第一批 578 颗卫星部署入轨后启动。


另外,亚马逊还需要在卫星设计最终确定时向 FCC 提交一项新的方案。该公司打算分三层部署“柯伊伯”卫星,轨道高度分别是 590km、610km 和 630km。

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