柯伊伯星座：前世界首富的夢想

文/嚴南舟

2022年4月5日，一個有史以來最大的商業航天發射訂單震驚整個航天界。亞馬遜公司將向聯合發射聯盟、藍色起源公司、阿里安空間公司購買大約80次發射服務，以建設其低軌互聯網衛星星座——柯伊伯星座。

▲ “柯伊伯”旨在打造第三個低軌道衛星星座

本可和“星鏈”“一網”一爭高下

如果不是有這個重磅新聞突然爆出，人們險些已經忘了還有這樣一個星座計劃的存在。原來，在2019年4月，杰夫·貝索斯旗下的著名企業“亞馬遜”提出將在未來10年內發射3236顆衛星，以組建一個低軌道互聯網星座，為世界各地未得到服務和服務不足的社區提供低延遲、高速寬帶連接。這個項目稱為“柯伊伯（Kuiper）”。

當時，太空探索技術公司的星鏈星座只在2018年發射了2顆試驗衛星——也就是“丁丁”。而當時被看好的一網星座也只發射了6顆試驗星。如果柯伊伯星座能及時趕上，不能說和這兩個星座分庭抗禮吧，至少可以打得有來有去。

但到了2022年，“星鏈”已經高速完成了1800顆衛星組網，并且正以每個月2次的發射速度，創造堪稱瘋狂的奇跡。而“柯伊伯”什么進展也沒有，甚至可以說什么進展都看不見。BE-4發動機的“一機坑兩箭”使得“新格倫”和聯合發射聯盟的火神運載火箭無法按時首飛，亞馬遜在2021年向聯合發射聯盟簽訂了購買9發宇宙神5運載火箭的合同后，在2022年4月再次訂購了大量的運載火箭，包括18枚阿里安6、38枚“火神”和12次“新格倫”發射（可再增加15次），同時還選擇了ABL航天公司的RS-1火箭在2022年底發射兩顆試驗星KuiperSat-1和KuiperSat-2。“柯伊伯”給予聯合發射聯盟的訂單包括新建一座運載火箭發射平臺和一座垂直總裝大樓，以加快火神火箭發射“柯伊伯”衛星的頻率，而“柯伊伯”選擇的這些火箭目前均未首飛?？磥砬笆澜缡赘回愃魉挂卵緦宫F首富馬斯克的星鏈低軌互聯網星座了。

那么，為什么貝索斯要選擇在低軌互聯網星座上繼續對抗馬斯克的“星鏈”，而又為什么要在這個節點上急急忙忙地簽訂大量的一次性火箭發射合同呢？

“柯伊伯”項目的初衷

▲亞馬遜總裁杰夫·貝索斯

▲ 亞馬遜為其“柯伊伯項目”寬帶星座研發的Ka波段天線示意圖

▲ “柯伊伯”的工程師在測試相控陣終端

“柯伊伯”項目旨在建立一個低地球軌道衛星星座，該星座能夠為世界各地未得到寬帶網絡服務和網絡服務不足的區域提供可靠、可負擔的寬帶通信服務，包括固定衛星服務(FSS)和移動衛星服務(MSS)。在這一點上它和“星鏈”“一網”有著相同的目標，三者構成競爭關系?！翱乱敛表椖繉⑾蚴澜绺鞯責o法獲得穩定網絡的客戶提供服務，如偏遠地區工作的科學家和研究人員，提供救災的救援人員（災區的地基通信被摧毀的情況下），以及促使各種規模的公司將業務轉移到網上。除了直接向客戶提供地面站服務外，“柯伊伯”能提供400Mbps的通信速率，和“星鏈”相當?！翱乱敛表椖窟€將為無線運營商提供回程解決方案，將5G服務擴展到新的地區。這些項目共同將寬帶接入擴展到美國和世界各地的更多家庭。

“柯伊伯” 項目技術副總裁表示：“我們正在進行大量的創造，以有意義的價格向客戶提供快速、可靠的寬帶。像‘柯伊伯’這樣的低地球軌道寬帶星座系統面臨著巨大的挑戰，我們組建了一支世界級的工程師和科學家團隊，他們致力于實現我們對‘柯伊伯’項目的愿景，并為每個人保持一個安全、可持續的環境.。再加上‘亞馬遜’在網絡和基礎設施方面的深厚專業知識及其為如此龐大的事業提供資金的能力，我對可以為服務不足的社區提供良好服務感到樂觀?！?/p>

“柯伊伯”項目將在位于華盛頓州雷德蒙德市的全新研發設施中進行設計和測試，就在太空探索技術公司的“星鏈”研發設施附近。“亞馬遜”將在“柯伊伯”項目上投資超過100億美元，并且聲稱這項投資將在美國各地創造就業機會和基礎設施，建設和擴展地面網絡，加速衛星測試和制造。

▲ 測試中的“柯伊伯”終端陣面

“柯伊伯”的特色

“柯伊伯”將作為亞馬遜的子公司，也服務亞馬遜的業務。雖然在“柯伊伯”建成時，“星鏈”已經提供了數年服務并且收割了大量的市場，但“亞馬遜”認為，不同于“星鏈”需要尋找市場并且從不同的運營商之中獲取訂單，“亞馬遜”擁有龐大的市場。2022年，全球有超過2億人訂購了“亞馬遜”的會員。這包括公司的在線視頻和音樂服務。將這些服務與“柯伊伯”衛星寬帶服務捆綁在一起可以使該項目實現盈虧平衡?！皝嗰R遜”告訴美國聯邦通信委員會，消費者對寬帶服務的需求“遠遠超過了迄今為止提出的所有非靜止軌道衛星系統的潛在容量，包括‘亞馬遜’的柯伊伯系統?！?/p>

“柯伊伯”的衛星類似太空探索技術公司的“星鏈”系統，也部署在低傾角、低軌道上，使用相控陣天線，其第一批衛星將部署578顆，覆蓋南北緯39°至56°的地區。隨后第二批衛星將覆蓋中間赤道地區的空缺。3236顆衛星中有784顆衛星將部署在最低的590千米軌道上，另外1296顆衛星將在高出20千米的軌道上運作，而1156顆衛星將在更高的630千米軌道上，總計覆蓋98個軌道面。

在空間安全方面，“柯伊伯”的衛星設計壽命7年，并且也使用氪電推——壽命比“星鏈”的要久一些，并且“亞馬遜”宣稱失效的衛星會在10年內再入大氣層?！皝嗰R遜”表示，如果衛星在預定的等待周期過后仍然無法聯系上地面站，它將自動執行退役程序。該退役過程包括降低軌道，然后耗盡電池，清空燃料管線和油箱，并確保充電電路永久關閉或熔斷以消除意外充電的風險。

▲ “柯伊伯”電推進系統試車

“亞馬遜”表示，積極處置的衛星應在一年內使用機載推進器脫離軌道。每顆衛星將預留約6.7千克的推進劑，以在失聯后自行將軌道降低至350千米。計劃將柯伊伯衛星發射到低于現有空間站的高度，并在將衛星提升到目標軌道之前在那里進行系統檢查。 這一點也和“星鏈”一致。

柯伊伯衛星將比“星鏈”的更小，“亞馬遜”宣稱它們會比“星鏈”更加廉價，但尚無法證明這一點。同樣的，“亞馬遜”暗示自己的用戶終端相比“星鏈”的更為便宜，而且體積更小，重量更輕，但目前尚未有公開報道涉及這一點。

2020年7月31日，美國聯邦通信委員會正式批準建設“柯伊伯”星座，但要求“亞馬遜”必須在2026年7月30日之前發射至少50%的衛星以維持其授權，并在2029年7月30日之前完成整個星座發射。

但是，這個項目的遲滯，使得大部分人一度忘記了在瘋狂組網的“星鏈”和在夾縫中求生存的“一網”之外，還有另一個不缺錢但進展緩慢的“柯伊伯”項目。