柯伊伯星座：前世界首富的梦想

文/严南舟

2022年4月5日，一个有史以来最大的商业航天发射订单震惊整个航天界。亚马逊公司将向联合发射联盟、蓝色起源公司、阿里安空间公司购买大约80次发射服务，以建设其低轨互联网卫星星座——柯伊伯星座。

▲ “柯伊伯”旨在打造第三个低轨道卫星星座

本可和“星链”“一网”一争高下

如果不是有这个重磅新闻突然爆出，人们险些已经忘了还有这样一个星座计划的存在。原来，在2019年4月，杰夫·贝索斯旗下的著名企业“亚马逊”提出将在未来10年内发射3236颗卫星，以组建一个低轨道互联网星座，为世界各地未得到服务和服务不足的社区提供低延迟、高速宽带连接。这个项目称为“柯伊伯（Kuiper）”。

当时，太空探索技术公司的星链星座只在2018年发射了2颗试验卫星——也就是“丁丁”。而当时被看好的一网星座也只发射了6颗试验星。如果柯伊伯星座能及时赶上，不能说和这两个星座分庭抗礼吧，至少可以打得有来有去。

但到了2022年，“星链”已经高速完成了1800颗卫星组网，并且正以每个月2次的发射速度，创造堪称疯狂的奇迹。而“柯伊伯”什么进展也没有，甚至可以说什么进展都看不见。BE-4发动机的“一机坑两箭”使得“新格伦”和联合发射联盟的火神运载火箭无法按时首飞，亚马逊在2021年向联合发射联盟签订了购买9发宇宙神5运载火箭的合同后，在2022年4月再次订购了大量的运载火箭，包括18枚阿里安6、38枚“火神”和12次“新格伦”发射（可再增加15次），同时还选择了ABL航天公司的RS-1火箭在2022年底发射两颗试验星KuiperSat-1和KuiperSat-2。“柯伊伯”给予联合发射联盟的订单包括新建一座运载火箭发射平台和一座垂直总装大楼，以加快火神火箭发射“柯伊伯”卫星的频率，而“柯伊伯”选择的这些火箭目前均未首飞。看来前世界首富贝索斯要下血本对抗现首富马斯克的星链低轨互联网星座了。

那么，为什么贝索斯要选择在低轨互联网星座上继续对抗马斯克的“星链”，而又为什么要在这个节点上急急忙忙地签订大量的一次性火箭发射合同呢？

“柯伊伯”项目的初衷

▲亚马逊总裁杰夫·贝索斯

▲ 亚马逊为其“柯伊伯项目”宽带星座研发的Ka波段天线示意图

▲ “柯伊伯”的工程师在测试相控阵终端

“柯伊伯”项目旨在建立一个低地球轨道卫星星座，该星座能够为世界各地未得到宽带网络服务和网络服务不足的区域提供可靠、可负担的宽带通信服务，包括固定卫星服务(FSS)和移动卫星服务(MSS)。在这一点上它和“星链”“一网”有着相同的目标，三者构成竞争关系。“柯伊伯”项目将向世界各地无法获得稳定网络的客户提供服务，如偏远地区工作的科学家和研究人员，提供救灾的救援人员（灾区的地基通信被摧毁的情况下），以及促使各种规模的公司将业务转移到网上。除了直接向客户提供地面站服务外，“柯伊伯”能提供400Mbps的通信速率，和“星链”相当。“柯伊伯”项目还将为无线运营商提供回程解决方案，将5G服务扩展到新的地区。这些项目共同将宽带接入扩展到美国和世界各地的更多家庭。

“柯伊伯” 项目技术副总裁表示：“我们正在进行大量的创造，以有意义的价格向客户提供快速、可靠的宽带。像‘柯伊伯’这样的低地球轨道宽带星座系统面临着巨大的挑战，我们组建了一支世界级的工程师和科学家团队，他们致力于实现我们对‘柯伊伯’项目的愿景，并为每个人保持一个安全、可持续的环境.。再加上‘亚马逊’在网络和基础设施方面的深厚专业知识及其为如此庞大的事业提供资金的能力，我对可以为服务不足的社区提供良好服务感到乐观。”

“柯伊伯”项目将在位于华盛顿州雷德蒙德市的全新研发设施中进行设计和测试，就在太空探索技术公司的“星链”研发设施附近。“亚马逊”将在“柯伊伯”项目上投资超过100亿美元，并且声称这项投资将在美国各地创造就业机会和基础设施，建设和扩展地面网络，加速卫星测试和制造。

▲ 测试中的“柯伊伯”终端阵面

“柯伊伯”的特色

“柯伊伯”将作为亚马逊的子公司，也服务亚马逊的业务。虽然在“柯伊伯”建成时，“星链”已经提供了数年服务并且收割了大量的市场，但“亚马逊”认为，不同于“星链”需要寻找市场并且从不同的运营商之中获取订单，“亚马逊”拥有庞大的市场。2022年，全球有超过2亿人订购了“亚马逊”的会员。这包括公司的在线视频和音乐服务。将这些服务与“柯伊伯”卫星宽带服务捆绑在一起可以使该项目实现盈亏平衡。“亚马逊”告诉美国联邦通信委员会，消费者对宽带服务的需求“远远超过了迄今为止提出的所有非静止轨道卫星系统的潜在容量，包括‘亚马逊’的柯伊伯系统。”

“柯伊伯”的卫星类似太空探索技术公司的“星链”系统，也部署在低倾角、低轨道上，使用相控阵天线，其第一批卫星将部署578颗，覆盖南北纬39°至56°的地区。随后第二批卫星将覆盖中间赤道地区的空缺。3236颗卫星中有784颗卫星将部署在最低的590千米轨道上，另外1296颗卫星将在高出20千米的轨道上运作，而1156颗卫星将在更高的630千米轨道上，总计覆盖98个轨道面。

在空间安全方面，“柯伊伯”的卫星设计寿命7年，并且也使用氪电推——寿命比“星链”的要久一些，并且“亚马逊”宣称失效的卫星会在10年内再入大气层。“亚马逊”表示，如果卫星在预定的等待周期过后仍然无法联系上地面站，它将自动执行退役程序。该退役过程包括降低轨道，然后耗尽电池，清空燃料管线和油箱，并确保充电电路永久关闭或熔断以消除意外充电的风险。

▲ “柯伊伯”电推进系统试车

“亚马逊”表示，积极处置的卫星应在一年内使用机载推进器脱离轨道。每颗卫星将预留约6.7千克的推进剂，以在失联后自行将轨道降低至350千米。计划将柯伊伯卫星发射到低于现有空间站的高度，并在将卫星提升到目标轨道之前在那里进行系统检查。 这一点也和“星链”一致。

柯伊伯卫星将比“星链”的更小，“亚马逊”宣称它们会比“星链”更加廉价，但尚无法证明这一点。同样的，“亚马逊”暗示自己的用户终端相比“星链”的更为便宜，而且体积更小，重量更轻，但目前尚未有公开报道涉及这一点。

2020年7月31日，美国联邦通信委员会正式批准建设“柯伊伯”星座，但要求“亚马逊”必须在2026年7月30日之前发射至少50%的卫星以维持其授权，并在2029年7月30日之前完成整个星座发射。

但是，这个项目的迟滞，使得大部分人一度忘记了在疯狂组网的“星链”和在夹缝中求生存的“一网”之外，还有另一个不缺钱但进展缓慢的“柯伊伯”项目。