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Kuiper试验星完成星间通信测试,1000km速率100Gbps,卫星空间组网的重要性


Liu Tong

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   美国时间 12 月 14 日,亚马逊公司宣布,其卫星互联网项目Project Kuiper基于其前些时间发射的两颗原型卫星,成功测试了卫星间激光通信链路,并表示,明年将开始在太空构建强大的网状宽带卫星通信网络。

Kuiper 项目副总裁 Rajeev Badyal 在接受采访时表示:

KuiperSat-1 和 KuiperSat-2 利用星载激光通信有效载荷实现双向 100Gbps 的星间通信链路,每次持续约一小时。两颗卫星测试距离近 1000 公里,该技术的设计工作距离可达 2600 公里。

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   Kuiper的星间通信测试于2023年11月初开始,这两颗卫星是测试前一个月入轨的,从目前的测试结果来看结果比较稳定,“可以随时将激光星间链路添加到投入生产的运行卫星上”,Kuiper将发射3200多颗卫星,随着卫星规模的增加,星间通信将发挥重要作用,星间通信的距离将超过1000km。

   Kuiper表示,每颗卫星都是内部制造的,将配备多个光学终端,这样就可以同时与各类卫星建立通信。Kuiper没有对外公布其卫星的具体参数,从拍摄到的卫星背影来看,其翼展近20米,如下图所示。

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卫星空间组网的重要性

前期部署的星座,Starlink的V1.0卫星,还有今年完成建设的Oneweb一代卫星,均为透明转发的卫星,简单描述就是卫星数据不在星上做处理,卫星只是做一个射频的转换,做微波信号的中继,这种形式的卫星通信一般不搭载星间链路,数据无法在星间来传输,这种卫星通信只能在单个航天器和地面之间传输数据,卫星间没有什么直接关系,所谓的“组网”只是基于轨道位置的关系,同时基于地面站的协同,切换星上业务资源,星跟星之间其实没有强连接关系。

星上再生处理模式的卫星通信技术发展起来之后,目前后续卫星星座的规划都成了标配,包括starlink、oneweb二代还有这里提到的Kuiper,星上处理使得真正组网的卫星网络建设成为现实,通过激光链路则将卫星相互连接起来。

Kuiper的 "光学卫星间链路"(又称 OISL)是在太空中传输数据的一种方式, SpaceX 公司在其后几代 Starlink 卫星中也开始广泛部署这种功能,目前其激光已经开始部署二代,通信能力更强。

激光链路的增加有助于改善这些网络的延迟和并提升通信速度。Badyal在一份声明中说:"有了我们卫星星座的光学星间链路,Kuiper 项目将有效地作为太空中的网状网络运行。”

"亚马逊表示:"由于光在太空中的传播速度比在玻璃中快,Kuiper 的轨道激光网状网络传输数据的速度将比通过地面光缆传输同等距离的数据快约 30%。

众所周知的是,光在玻璃中的传播速度比在太空中的传播速度慢一些,以相同距离测算,Kuiper卫星上的激光通信传输速度要比地面光缆快 30%。低时延数据传输对于金融服务等行业非常重要,因为这些行业的股票交易对时间很敏感,到“ms”级别,卫星通信一个高端的服务场景就是跨洋金融交易。

同时,让数据通过星间链路再到达地面站,这对海运、航空和地面网关无法覆盖的其他场景也很重要,SpaceX 公司于 2021 年初开始在其 Starlink 星座中添加星间激光链路,最初只是极轨卫星增加,以实现卫星在极地上空安装实现通信覆盖。

卫星在太空通过星间链路组网还能大大提高网络的灵活性,因为数据可以通过重新路由绕过任何卫星故障,这也是其他在论星座(如 Telesat 的 "Lightspeed"星座)的关键部分。

对于一家五年前才开始具备设计和制造卫星能力的公司来说,Badyal称赞其卫星间链路演示是一项重大成就,比较有意思的是,Badyal表示:"I don’t know if anyone [has] been able to demonstrate links for 60 minutes,and we could probably go longer."里面的含义大家自己体会

亚马逊 11 月 16 日表示,已成功完成了 KuiperSat-1 和 KuiperSat-2 的端到端测试,从而可以开始生产使用相同架构的商业卫星。该公司计划与联合发射联盟、阿里安航天公司、蓝色起源公司等公司合作,以及最近与 SpaceX 公司签订的合同,来发射其未来数千颗的卫星星座,到目前为止,亚马逊已经订购了 97 枚火箭发射装置,将于明年上半年开始部署卫星。

亚马逊预计将投入超过 100 亿美元来建设 Kuiper。


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