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星链系统星座构型维持策略分析


DTC-53星座是星链最早发射部署的手机直连星座(2024年1月至2024年12月),于2024年内累计发射337颗卫星。末发距今已超9个月,近期也无新的发射计划。经研判分析,DTC-53构型参数为:高度359.7km、倾角53.16度、24个轨道面、每面13颗星、相位因子6,共312颗卫星。目前,在轨稳定运行的卫星315颗,多数都位于所研判构型的标准位置上,部分卫星位于其他轨道面,位于24面向48面的加密部署的轨道面上。在轨卫星位置与研判构型位置分布如下:图片1.png

图1 星链手机直连星座卫星分布

星链手机直连服务已在美国、加拿大等多个国家开通服务。现有V1.5、V2.0 Mini卫星多数在550km高度附近的轨道运行,而DTC-53星座的卫星运行高度359.7km,低了近200km。这导致了近地空间大气阻力更明显,卫星轨道高度平均每天衰减350~400米。为保持星座在轨稳定运行与通信服务,该星座中各卫星需进行频繁机动爬升以实现整星座的构型维持。机动爬升时刻,DTC卫星对地通信、星间激光通信受到影响,因而如何在满足现有用户服务下,实施整个星座的构型维持计划至关重要。研究发现,星链星座构型维持策略有如下规律:
卫星1天内执行4次机动,6小时机动一次(见图2);
同轨道面内卫星机动时刻集中,在一圈次内完成(见图2);
卫星集中在4个典型区域上空执行机动(见图3);
图片2.png
图2 星链手机直连星座轨道面19上的13颗卫星机动时刻分布如对星座轨道面号19上的13颗卫星而言,在2天内均机动8次。对相邻相位卫星机动时刻的时差做统计如左图,可看出面内相邻卫星间机动时刻相近,且时差最大不超过1.5小时,在卫星运行1个圈次内。

图片3.png图3 星链手机直连卫星机动时刻对应星下点位置

对在轨稳定运行卫星机动时刻对应的星下点(蓝色点)分析,可看出在集中东太平洋、大西洋、印度洋及西太平洋上空等海上区域,最小化由于机动爬升导致的服务中断时间。部分卫星在其他弧段执行机动,推测这些区域无用户,或机动时也不影响用户服务(有其他卫星服务)。为进行对比分析,对爬升中的星链卫星starlink-11334机动时刻对应星下点(红色点)则无此规律。综上,星链星座由于低轨道高度运行,需频繁进行轨道机动以实现构型维持,为全球超700万用户提供稳定可靠服务。基于星链卫星轨道数据处理分析,对其星座构型维持策略开展分析,可有效支撑后续机动预测等工作。


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