星鏈星座“雙Walker構型”詳解

星鏈星座“雙Walker構型”詳解

文 | 阮永井，徐帆江，劉立祥，劉帥軍，秦明宇，嚴文勵，秦琰（中國科學院軟件研究所）

上一篇文章利用天智巨星座研究平臺對星鏈在軌運行的衛星星座構型進行了分析，研判出了10個星座的構型參數，同時發現研判出的GEN2M-C1星座由兩個相同的Walker星座構成。本篇文章將深入解析這一“雙Walker構型”的研判過程。

PART.01

衛星簇分布與構型研判

截至2026年2月3日，在475.2km高度、53.16度傾角上，有2086顆衛星穩定運行，衛星包括v1.0（54顆），v1.5（2顆）和v2.0Mini（2030顆），是當前星鏈系統中規模最大的星座簇。利用研究平臺回顧歷史數據，發現前期該該高度層穩定運行的都為v2.0Mini版本的衛星，發射殼層為7-11。對于二代星座，我們單獨考慮2030顆v2.0Mini版本的衛星，衛星分布如圖1所示。

圖1 GEN2M-C1星座衛星分布情況

由圖1可以看出，有較為明顯的軌道面分布，且部分軌道面部署衛星較為密集。然而，整體分布較為凌亂，未能看出具體構型。同時也嘗試從發射的殼層和時間等維度對衛星分布進行分析，也沒有明顯特點。

最后，在摒棄傳統單個星座的固定思維，從復合星座的角度來分析。通過進一步研究發現，整個星座可拆分為兩個星座，不妨記為星座A和星座B。

通過研判，發現這兩個星座構型一致，均為：高度475.2km，傾角53.16度，1736顆星，28個面，每面62星，相位因子13，面間RAAN差12.86度，面內相位差5.8度。同時，兩個星座間衛星分布規律為：星座B的每個軌位相比星座A的對應軌位RAAN大2.57°，相位大2.47°，“雙Walker構型”的復合星座如圖2所示。

圖2 復合星座的研判構型與在軌衛星分布

PART.02

“雙Walker構型”的機理分析

研判出構型了，但是星鏈為什么采用這樣的“雙Walker構型”呢？這樣的構型是如何設計實現呢？針對這一疑問，我們對該構型的進行了詳細分析。

通過深入研究發現，星鏈這樣的“雙Walker構型”能夠使所有衛星實現共地面軌跡。具體分析如下：

理論分析

①首先分析星座A。軌道高度：475.2km；軌道傾角：53.16度；星座構型為Walker：1736/28/13，相位漂移速度5511.77°；RAAN漂移速度-4.6462°/天；相鄰兩個軌道面RAAN差為(360/28)°；相位差為360/62*(k+13/28)，則有：

5512.126*(360/28)/(4.6462+360) = 360/62*(k+13/28)

求得k≈33.0077，非常接近整數，即第二個軌道面衛星的相位號與第一個軌道面的衛星相位號間隔33的兩顆衛星可實現共地面軌跡，則星座A可實現共地面軌跡。

②對于星座B，其星座構型與星座A相同，同理可得星座B也可實現共地面軌跡。

③最后分析星座A與星座B間能否實現共地面軌跡。星座A與星座B的基本參數都相同，只是星座B的每個軌位相比星座A的對應軌位RAAN大2.57°，相位大2.47°。考慮隔m個軌道面的星A和B，raan差((360/28)m+2.57)°，相位差((360/62)k+(360*13/1736)m+2.47)°，則有：

5512.126*((360/28)m+2.57)/(4.6462+360)=(360/62)k+(360*13/1736)m+2.47

通過分析可求得m≈-0.0256時，k≈7.0137，m、k都可近似為正整數，滿足上式。即星座B與星座A相同軌道面號，軌道面內相位號間隔7的兩顆衛星顆可實現共地面軌跡，則星座B與星座A可實現共地面軌跡。

實際軌道驗證

基于上述理論分析，利用實際在軌衛星數據進行分析驗證。針對研判軌位星座A與星座B衛星情況，選擇了與理論分析一致的共地面軌跡衛星。

①星座A內的衛星為A2-29和A1-62（即A星座第2個面的第29顆星與第1個面的第62顆星），TLE數據如下：

0 STARLINK-31984 （A1-62）

1 60018U 24111C 26035.72258260 -.00000049 00000-0 10475-4 0 9997

2 60018 53.1589 228.9268 0001074 89.8028 270.3096 15.3018605693837

0 STARLINK-35356 （A2-29）

1 65836U 25221P 26035.82209460 .00039050 00000-0 13235-2 0 9990

2 65836 53.1576 240.8331 0000939 103.1001 257.0104 15.3020409319708

將對應的TLE數據導入ATK軟件中進行驗證，兩顆衛星的軌跡如下圖3所示，可知兩顆衛星為共地面軌跡衛星，兩顆衛星的星下點軌跡在赤道處間隔約0.07度。

（注：ATK（Aerospace Tool Kit，航天任務工具箱）軟件是由國防科技大學研發的自主可控航天任務設計工業軟件，主要用于航天器軌道設計、任務分析、仿真驗證等航天工程領域。）

圖3 星座A內衛星共地面軌跡情況

②星座A與星座B間的衛星為A1-12和B1-56（即A星座第1個面的第1顆星與B星座第1個面的第56顆星），TLE數據如下：

0 STARLINK-32133 （A1-1）

1 60333U 24136E 26035.78686218 -.00000080 00000-0 94417-5 0 9992

2 60333 53.1602 228.7348 0001146 98.3774 261.7356 15.3018758684622

0 STARLINK-31431 （B1-56）

1 59002U 24036E 26035.79376207 .00000017 00000-0 12710-4 0 9991

2 59002 53.1558 231.1450 0001399 100.6158 259.5000 15.30190186110281

將對應的TLE數據導入ATK軟件中進行驗證，兩顆衛星的軌跡如下圖4所示，可知兩顆衛星為共地面軌跡衛星，兩顆衛星的星下點軌跡在赤道處間隔約0.08度。

圖 4 星座A與星座B座間衛星共地面軌跡情況

GEN2M-C1星座共地面軌跡構型的具體規律為：

①星座A與星座B星座，各自內部可實現共地面軌跡，02-30（2號軌道面30號相位）星與01-01星共地面軌跡，依次類推；

②星座A與星座B星座間可實現共地面軌跡，B-01-56衛星（B星座1號軌道面56號相位）與A-01-01衛星共地面軌跡，依次類推。

PART.03

結論與展望

基于上述分析可知，通過對軌道高度、傾角及星座相位因子的合理調整，可實現Walker星座內部的共地面軌跡；進一步對星座間RAAN、相位差的優化設計，可實現星座間的共地面軌跡。那又有疑問了，星鏈共地面軌跡的構型設計方法是否在其他星座中也有應用？前期是否有共地面軌跡方面的情況？具體情況將在下一期文章中繼續揭秘，敬請期待！

此外，我們還注意到一個新情況：此前穩定運行在547.2km高度、53.05°傾角軌道上的56顆v1.0和v1.5版本衛星，目前已轉移至475.2km高度、53.16°傾角的軌道層。這一變化表明，這些衛星并非僅因壽命到期而自然留存在該軌道層，更可能是一次有計劃的軌道調整。這是否意味著大規模降軌程序已啟動？后續我們將持續追蹤并對其進一步分析與解讀！

>End

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