“柯伊柏”星座介绍及与其他星座对比分析

Space International 国际太空·总第504期

“柯伊柏”星座介绍

及与其他星座对比分析

纪凡策（北京空间科技信息研究所）

“柯伊柏”（Kuiper）星座是美国互联网巨头亚马逊公司（Amazon）提出的低轨宽带星座计划，旨在为全球

范围内无服务或欠服务的地区提供低时延高速卫星宽带连接。2020年7月，美国联邦通信委员会（FCC）同

意Kuiper星座的美国市场准入许可，引发业内外广泛关注。

1引言

争的定位，新一代低轨星座从提出伊始就聚焦于“填

补数字鸿沟”，将自身定位为地面通信的补充，再加

上当前互联网服务的日渐常态化，网络连接需求不断

增加，卫星制造的低成本、小型化趋势不断深化等原

因，卫星互联网这一概念又有了新的语境与内涵。在

此背景下，旨在为偏远地区提供宽带接入服务的卫星

互联网运营商均提出数千甚至数万颗卫星组成的低轨

宽带星座计划。其中，“星链”（Starlink）、“一

网”（OneWeb）、“电信星”（Telesat）、Kuiper

近年来，卫星小型化、低成本化成为重要趋势，

同时“一箭多星”运载技术日趋成熟，航天领域准入

门槛不断降低，吸引大量资本投入，大批新兴创企抓

住机遇，抢占蓝海。其中，以一网公司（ONEWEB）

为代表的卫星互联网创企旨在建设低轨通信星座，为

全球用户提供宽带服务，掀起继“铱星”（Iridium）、“全

球星”（Globalstar）之后的又一次低轨星座建设浪潮。

相比“铱星”等上一代低轨星座与地面通信运营商竞

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等星座计划数量均超过1000颗，成为该领域最受关

案也有可能在项目推进过程中发生变化，本文仅就目

注的四大星座。

前掌握的情况予以梳理分析。

相比于Starlink、OneWeb、Telesat星座，

Kuiper星座提出时间最晚，建设进度最慢，但由于

空间段

1）星座构成。Kuiper星座空间段由3236颗卫

其背后的亚马逊公司而受到业内外广泛关注。事实

星组成，卫星计划运行在590～630km不等的3个

上，亚马逊公司在2018年就已经启动与低轨道卫星

轨道高度，不同轨道高度对应33°～51.9°等3个

连接的地面站业务

—亚马逊网络服务地面站（AWS

倾角，共分布于98个轨道面上。

Earth Station），并在2019年6月创建了专门的航

2）部署进度。根据国际电信联盟（ITU）2019

空航天及卫星解决方案部门，凭借卫星云服务业务全

年出台的星座监控方案，Kuiper星座须在2026年

面进军航天产业市场。2019年7月，亚马逊公司下

7月30日前发射至少半数（1618颗）的卫星，并在

属Kuiper公司向FCC提交Kuiper星座美国市场准

2029年7月30日前全面完成组网发射。按照亚马逊

入申请，公布其星座设计方案，2020年8月，FCC

公司设置的部署里程碑，卫星计划分为5个批次部署，

批准其准入申请。

首批578颗卫星发射后将启动服务。

2 系统技术状态

3）有效载荷。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

Kuiper星座设计方案的大部分相关情况出自其

来实现对波束形状的改变、波束扫描及波束功率分配，

向FCC提交的市场准入文件，该申请于2020年7月

配合星上软件定义功能，可基于既定区域的业务需求，

被FCC批准。2020年5月，包括太空探索技术公司

按需灵活分配频率和容量，实现上下行所有业务的全

（SpaceX）等多家公司再次向FCC提出申请或修改

星上再生、星上交换、星上重封装等功能。具体来看，

星座计划，涉及卫星总数超过8万颗，Kuiper计划

通过可调向、高增益的相控阵天线，Kuiper系统可

面临的外部环境实际上已经发生较大变化，其星座方

实现单个点波束覆盖300～500km

2

，点波束覆盖范

Kuiper星座构型配置

轨道高度/ km 倾角/（°）

轨道面/个

单面卫星/颗

合计卫星/颗

63051.934341156

61

590 332828784

Kuiper星座部署计划

阶段轨道高度/km轨道倾角/（°）轨道面/个单面卫星/颗阶段卫星总和/颗

163051.91734578

261

363051.91734578

459

561

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围可根据不同区域容量需求进行调整。另外，Kuiper

在卫星地面站领域，亚马逊公司利用AWS地

卫星还配备高增益抛物面天线，用于与地面站连接。

面站已广泛开展“地面站即服务”业务，该业务主

根据亚马逊公司2019年发布的“光学测试工程师”

要针对遥感卫星产生的数据，并与黑色天空公司

职位描述来看，该公司计划开发卫星间激光通信技术，

（BlackSky）等多个遥感卫星创企展开合作。而微

因此Kuiper星座可能会采用激光星间链路组网，星

软公司2020年10月正式推出其面向航天产业的云

间链路传输速率可达10Gbit/s。

计算服务—Azure Space，并宣布与SpaceX和欧

4）频率。Kuiper星座的用户和馈电链路均工作

洲卫星公司（SES）开展相关业务合作，与亚马逊公

在Ka频段。

司的AWS地面站业务形成直接竞争。因此，Kuiper

地面段

星座地面站一方面用于连接Kuiper卫星提供宽带接

根据Kuiper卫星的频率计划，其关口站将配

入服务，另一方面未来可与AWS地面站联合组成亚

有4副主动天线，每副天线都可以充分利用关口站

马逊公司的全球云服务网络，进一步提升亚马逊公司

所有的频率和右旋圆极化/左旋圆极化（RHCP/

在该领域的领先地位。

LHCP）两种极化方式。

用户段方案

Kuiper星座频率计划

Kuiper用户终端将允许住

链路类型频率/GHz卫星天线类型极化方式

宅、企业和移动（交通）等用户

28.35～28.6相控阵天线RHCP/LHCP

通过电调相控阵天线，或机械转

向抛物面天线，实现与Kuiper卫

用户上行28.6～29.1相控阵天线RHCP/LHCP

星的接入。用户终端调制解调器

29.5～30.0相控阵天线RHCP/LHCP

具备点波束内高数据速率、链路

17.7～18.6相控阵天线RHCP/LHCP

优化、用户终端波束指向，以及

18.8～19.3相控阵天线RHCP/LHCP

确保用户通信安全等特点。

用户下行

19.3～19.4相控阵天线RHCP/LHCP

19.7～20.2相控阵天线RHCP/LHCP

3 Kuiper

27.5～28.6抛物面天线RHCP/LHCP

对比分析

与其他星座

总体来看，Kuiper星座启动

28.6～29.1抛物面天线RHCP/LHCP

较晚，在部署进度上全面落后于

馈电上行

29.1～29.5抛物面天线RHCP/LHCP

另外3个星座，但由于ONEWEB

29.5～30.0抛物面天线RHCP/LHCP

刚刚经历破产重组，Telesat尚

未选择卫星制造商，Kuiper的主

17.7～18.6抛物面天线RHCP/LHCP

要对手仍然是Starlink。相比而

18.8～19.3抛物面天线RHCP/LHCP

言，Kuiper星座的建设思路与

馈电下行

19.3～19.4抛物面天线RHCP/LHCP

Starlink较为相似，且背靠亚马

19.7～20.2抛物面天线RHCP/LHCP

逊公司，在资金和后期应用落地

方面具备独特优势，但Starlink

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目前在部署进度和系统应用方面均已与其他星座拉开

上述发展模式各有优势，目前来看，Kuiper星

差距，并已率先打开军方市场，Kuiper星座想要逆

座具备纵向一体化发展模式所需的基本要素。首先，

流而上仍有很大难度。

亚马逊公司2019年在华盛顿雷德蒙德建立Kuiper研

Kuiper星座优势

发总部，并配备实验室、样机制造设施、办公及设计

厂所，具备卫星制造的条件。其次，亚马逊公司下属

系统建设自主化程度高

（1）采取纵向一体化发展模式，资金来源充足，

蓝色起源公司（Blue Origin）发展势头良好，可以成

为Kuiper星座的发射服务提供商。再次，亚马逊公

低轨宽带星座的建设方式大致可分为以下几类：

司成立了航空航天及卫星解决方案部门，从2020年

一是纵向一体化发展模式，即自主掌握卫星研制、火

招聘岗位来看，Kuiper星座可能由亚马逊公司运营。

箭搭载发射、卫星运营等全链条的核心要素，典型如

最后，亚马逊公司在申请文件中称将投资100亿美元

Starlink。该模式的优势在于自主性强，项目弹性大。

建设Kuiper星座，这一数额与SpaceX公司透露的

二是“互联网”式发展模式，即卫星制造、发射、运

Starlink前期投入接近，依照Starlink目前的部署状态

营等要素均由外部合作完成，典型如OneWeb。该模

来看，Kuiper星座前期建设过程基本不会有资金压力。

式的优势在于研发成本低，项目进度快。三是政府站

台式发展模式，即政府大力支持本国星座建设，从资

金和资源调配上予以倾斜，典型如Telesat（加拿大

务推广提供极大便利

（2）可形成捆绑式服务的商业模式，为系统业

政府投资4.62亿美元）和俄罗斯“球体”（Sfera）

亚马逊公司以“AWS全球地面网络和计算基础

项目（俄罗斯联邦拟投资1.5万亿卢布，约合198亿

设施，包括洲际光纤链路、数据中心、计算/边缘计

美元）。该模式的优势在于资金压力小，政策倾斜利

算功能” 推动系统研发、部署以及与地面网络的互联，

于后期系统应用。

有望将Kuiper星座服务与亚马逊公司其他业务线，

Kuiper星座与其他星座基本情况

星座申请提交时间申请批准时间卫星数量/颗频率资源轨道资源/km星间链路

Kuiper2019-072020-083236Ka590~630有

１）

2016

-112018-034425Ka/Ku540~570

Starlink2017-032018-117518V335~346

有

２）

2020

-05-30000Ka/Ku/E328~614

2016

-042017-06648Ku/Ka1200

OneWeb

2017

-032020-091280Ku/Ka8500

无

2020

-05-47844Ku/Ka1200

Telesat LEO

2017

-032018-11117Ka1245

2020

-05-1671Ka1325

有

注：1）Kuiper

可能会采用星间链路；2）Starlink

申请文件中没有采用星间链路的相关信息，但其项目招聘明确指出需要开发星间高速激光通信系统的职位，故推测其

链路的卫星进行了在轨测试。

在申请资料中显示有星间链路，但当前部署的卫星大部分未配备，SpaceX公司表示已用配备星间

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如在线销售服务、云计算服务和视频服务等形成捆绑，

相互联合打造新型的综合信息服务云平台，为用户提

供更加智能、高效的网络连接服务。

根据Kuiper星座申请资料，Kuiper除地面站

服务外，还将在美国5G业务部署中提供回程传输服

务。在“卫星＋5G”的背景下，凭借亚马逊公司在

全球范围内的业务布局，Kuiper将进一步拓展其全

球业务市场，并持续深化其捆绑式服务商业模式。

期频率落地提供极大便利

（3）以AWS地面站进军航天服务市场，为后

与SpaceX公司、ONEWEB公司的“频率先行”、

“边建边用”的策略相比，亚马逊公司凭借其在云计

算领域的天然优势，着眼于地面通信市场，通过发展

“地面站即服务”业务，已在遥感卫星数据处理方面

开展业务布局。2018年，亚马逊公司发布基于云计

算的AWS地面站业务，拟在全球范围内开发地面站，

旨在为公司、政府、航天部门提供卫星数据收发服务，

凭借其云计算技术，大幅提升数据处理效率。目前，

亚马逊公司已有多个AWS地面站投入运营，并已和

BlackSky公司等卫星运营商开展对地观测卫星数据

处理方面的合作。从长远来看，亚马逊公司AWS地

面站业务一方面可以成为该公司航天领域的长期盈利

来源，分担后期Kuiper星座大规模部署的资金压力，

另一方面亚马逊公司通过AWS地面站业务建立的合

作伙伴关系，将为Kuiper星座的频率落地、容量分

销等环节提前打通渠道。

Kuiper星座劣势

OneWeb

（1）启动太慢，部署进度远落后于Starlink和

Kuiper星座的部署进度已远远落后于

Starlink，破产重组后的ONEWEB公司也迅速继续

其星座部署，新一批卫星发射基础设施也已抵达俄罗

斯。鉴于低轨宽带星座业务类型的高度重合，星座系

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统应用突出“先到先得”的排他性特点，卫星部署速

度将直接影响抢占市场的时机。Kuiper此时入局已

非最佳时点，要想“弯道超车”，核心在于其卫星部

署速度，以及能否在美国大规模铺设5G基础设施过

程中抢得先机。

过程预期较长

（2）卫星功能强大但设计复杂，前期迭代优化

目前来看，Starlink和OneWeb卫星均采取相

对简单的系统设计，尽可能采用成熟技术，缩短研制

周期，实行“优先解决低层次需求”的建设策略。

Kuiper卫星计划采用软件定义无线电技术，卫星具

备全星上再生、星上交换、星上重封装等能力，是已

知低轨宽带星座计划中功能最为强大的。但由此也提

升了Kuiper卫星的系统复杂度和技术难度，因此其

前期研发压力巨大，并会面临较长的迭代优化期，进

一步拖后其部署进度。

Kuiper

（3）

后期介入难度较大

Starlink、Telesat已先一步打开军方市场，

近年来，美国军方高度重视低轨宽带星座潜在的

军事应用效能，积极利用Starlink和Telesat的在轨卫

星开展性能测试。事实上，无论是上一轮低轨星座建设

热潮中“铱星”的起死回生，还是当前军方机构主动开

展研究所带来的牵引性作用，都可看出，政府和军事应

用已成为未来低轨星座发展中不可忽视的细分市场。目

前，美国空军已利用Starlink卫星成功开展机载宽带传

输试验；美国陆军与SpaceX公司签署协议，计划未来

3年利用Starlink星座进行宽带数据传输测试；Starlink

卫星还可搭载光学载荷、具备高重访率，实现对高超声

速武器探测预警，弥补美防御能力空白。而美军当前

正在建设的下一代“国防空间架构”（NDSA）和“黑

杰克”星座（BlackJack），Telesat均以重要角色参

与其中。Kuiper虽在民商用市场推广方面有较大的优

势，但想要后期介入政府和军事应用市场难度较大。

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