低軌巨型星座構型設計與控制研究進展與展望

阮永井，胡敏，云朝明

航天工程大學，北京 101416

1 引言

低地球軌道(low Earth orbit，LEO)地區因其軌道高度低、傳輸延時短、路徑損耗小等特性，引起了巨型星座設計者和運營商的濃厚興趣[1]。1999年，隨著銥星等公司的破產，低軌星座項目受挫。進入21世紀以后，由于高度集成化和自動化技術快速發展，發射成本逐漸降低，市場需求量不斷擴大，低軌巨型星座的研發和部署掀起前所未有的熱潮[2-3]。低軌巨型星座能夠提供全球覆蓋，迅速提高衛星通信、衛星遙感等能力；在通信寬帶方面潛力巨大，能夠以較低的信號傳播延遲來提高服務質量；將低軌星座應用于當前的全球導航衛星系統信號增強，能夠實現快速精確定位。在過去的7年里，關于低軌巨型星座構型設計與控制引起學術界廣泛關注。巨型星座建設已經開始，低軌巨型星座成為全世界衛星業界的熱門話題[4-6]。

衛星星座構型包括衛星的軌道類型、空間分布及星間的相互關系[7]。低軌巨型星座是一個龐大的空間系統，其星座構型與系統各種性能之間的相互聯系相當復雜，星座構型設計與控制研究也面臨著挑戰。提早建設和利用低軌星座系統，不僅能夠搶占有限的LEO軌道資源，而且有利于搶占頻譜主動權，建設低軌巨型星座，進而增強中國的太空系統彈性和太空感知能力。因此，加快中國低軌巨型星座技術的研究至關重要。

本文在梳理國內外低軌巨型星座發展現狀的基礎上，從任務需求、覆蓋特性、攝動補償和備份策略4個角度，總結了星座的構型設計技術及其特點。……