奈圖爾科技（www.ntooler.com）整理消息：

導讀：低軌星座的衛星數量龐大，如果完全依賴(lài)地面設施和人工進(jìn)行控制管理，將耗費大量管理運維精力。未來(lái)的技術(shù)愿景是讓低軌巨型星座自主運行，讓衛星在不依賴(lài)地面設施的情況下自主確定星座狀態(tài)和維持星座構型，共同維護星座功能整體性以完成所負任務(wù)。而由于軌道阻力和衛星壽命，星座成員的靈活加入和退出是自主化的基礎問(wèn)題。

批量入網(wǎng)和退網(wǎng)需求

低軌巨型星座為了增強穩定運行能力，有的采取在軌備份的方式[1]，如Flock衛星星座有數十顆衛星在軌備份，以實(shí)現快速代替失效衛星。有的通過(guò)優(yōu)化流程，將補網(wǎng)衛星整個(gè)研制周期控制在半年內，以達到快速補網(wǎng)的目的，如Spire衛星。有的通過(guò)分批次發(fā)射，有計劃、逐批次進(jìn)行組網(wǎng)，最終實(shí)現全面運營(yíng)，如Starlink衛星。

一個(gè)由1000～1200顆衛星組成的低軌衛星星座層，按照目前每年120～150顆的發(fā)射速度，也需要7～8年完成，而小衛星的普遍壽命是5～8年，也就是說(shuō)星座剛完成組網(wǎng)，發(fā)射的低軌衛星壽命就到期，需要新發(fā)射的衛星進(jìn)行替換，此后各批次也將如此往復下去。而目前的巨型星座的設計目標大都在數千顆衛星的體量，除了每次發(fā)射期間要面臨批量入網(wǎng)問(wèn)題外，也即將面臨衛星批量到壽離軌問(wèn)題。綜上，衛星存在批量入網(wǎng)和退網(wǎng)的現實(shí)需要。

圖表：新興低軌衛星情況統計

自由組網(wǎng)用到的關(guān)鍵技術(shù)

衛星在星座網(wǎng)絡(luò )中的自由加入和退出需要一些關(guān)鍵技術(shù)。  
首先，需要使用高精度的軌道預報技術(shù)，實(shí)現對衛星的精確跟蹤和預測，以便在合適的時(shí)間和位置將新衛星投入到軌道中。高精度軌道預報技術(shù)是衛星星座實(shí)現自由組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過(guò)精確的軌道預報，可以將新的衛星和已有衛星進(jìn)行有效管理和組織。  

其次，自適應網(wǎng)絡(luò )拓撲技術(shù)：衛星的加入和退出會(huì )改變星座網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構，因此需要自適應網(wǎng)絡(luò )拓撲技術(shù)來(lái)實(shí)現衛星的自由加入和退出。這包括動(dòng)態(tài)調整衛星的位置和通信路徑，以保證整個(gè)星座網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍和通信質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)，需要使用高效的網(wǎng)絡(luò )拓撲方案，以確保衛星之間的連接和通信效率。保證衛星星座整體網(wǎng)絡(luò )的可控性和可靠性。  

安全認證和加密技術(shù)：衛星的加入和退出需要進(jìn)行安全認證和加密，以保證星座網(wǎng)絡(luò )的安全性。這包括衛星身份驗證、數據加密和安全通信等技術(shù)，以防止未經(jīng)授權的衛星接入和數據泄露。另外，需要使用安全的云計算和數據處理技術(shù)，以確保衛星網(wǎng)絡(luò )的安全性和穩定性。這包括對數據進(jìn)行加密、驗證和審計等多個(gè)方面的安全措施。衛星星座需要處理大量數據，對這些數據進(jìn)行加密、驗證和審計等多個(gè)方面的安全措施，可以保障數據的安全性和防范惡意攻擊的風(fēng)險。  

高效動(dòng)態(tài)資源管理技術(shù)：衛星的加入和退出會(huì )影響星座網(wǎng)絡(luò )的資源分配和利用，因此需要動(dòng)態(tài)資源管理技術(shù)來(lái)實(shí)現衛星的自由加入和退出。這包括動(dòng)態(tài)分配帶寬、功率、頻率等資源，以滿(mǎn)足衛星的通信需求。還包括實(shí)時(shí)的信號調度和管理，以及自適應的信號檢測和傳輸方式等方面。通過(guò)高效動(dòng)態(tài)資源管理，可以及時(shí)地調整和管理通訊網(wǎng)絡(luò )和鏈路，保障衛星星座整體通訊效率和穩定性。 然后，需要建立完善的網(wǎng)絡(luò )控制中心，實(shí)現對整個(gè)衛星星座的遠程監控、調度和管理，以確保衛星網(wǎng)絡(luò )的可控性和可維護性。   這些技術(shù)的綜合應用，可以使得衛星星座具備更加高效穩定的自由組網(wǎng)能力，實(shí)現衛星網(wǎng)絡(luò )的快速擴展、靈活調整和優(yōu)化升級。

  能否實(shí)現自由出入隊的影響因素

衛星星座的網(wǎng)絡(luò )拓撲性質(zhì)通常會(huì )受到多種因素的影響，這些因素包括星座的設計目標、軌道參數、通信需求等。在實(shí)際運營(yíng)過(guò)程中，衛星星座中某個(gè)衛星是否可以退網(wǎng)并加入其他衛星星座是可以實(shí)現的，但同時(shí)也需要考慮星座拓撲性質(zhì)和衛星的運動(dòng)軌跡等因素。

  需要注意的是，衛星星座通常會(huì )以一定的拓撲結構進(jìn)行設計，例如星型、網(wǎng)狀、環(huán)狀等，其目的是確保整個(gè)星座的覆蓋范圍和通訊效率。如果星座中某顆衛星退網(wǎng)，則可能會(huì )影響整個(gè)星座的覆蓋范圍和通訊效率，尤其是在星座中衛星數量比較少的情況下，這種影響就更為明顯。  

但是，隨著(zhù)衛星星座技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，衛星退網(wǎng)和加入其他星座的變化已經(jīng)得到了更好的應對。例如，現代衛星星座通常采用的是自適應通信技術(shù)，能夠在衛星數量變化時(shí)自動(dòng)調節通信鏈路，確保全球衛星網(wǎng)絡(luò )穩定通信。此外，衛星星座的組網(wǎng)技術(shù)也在不斷發(fā)展，使得衛星退網(wǎng)和加入其他星座的操作更加簡(jiǎn)單和靈活。  

總體來(lái)說(shuō)，衛星星座的網(wǎng)絡(luò )拓撲性質(zhì)支持衛星退網(wǎng)并加入其他衛星星座的變化形式，但需要考慮星座的整體功能結構設計和衛星運動(dòng)軌跡等因素，以保障星座的覆蓋范圍和通訊效率。

參考文獻：

[1] 阮永井，胡敏，云朝明，低軌巨型星座構型設計與控制研究進(jìn)展與展望[J].中國空間科學(xué)技術(shù)，2022，42(1)：1-15