类星链卫星星座轨道的分析及设计

卫星星座对于通信、导航、对地观测等卫星系统中有比较广泛的应用,可以提供较好的地面覆盖,更好地满足系统的需求.在各类卫星星座中, Walker星座的应用比较广泛.这类星座设计相对简单,地面平均覆盖性能较好,可用于导航卫星、低轨通信卫星的星座设计.虽然Walker星座的地面平均覆盖性能较好,但卫星的星下点轨迹一般并不重合.更重要的是,当多个Walker星座协同工作时,如果要保证星座间整体同步且轨道平面具有相同的进动速率Ω_(1),那么即使稍稍改变其他星座的轨道倾角,轨道半长径α也会出现相当大的变化.据此,美国太空探索(SpaceX)公司在其星链(Starlink)卫星星座中调整了设计思路,以不同星座间具有相同的回归周期(N_(day)天内完成N_(orb)个轨道周期)为依据,实现了多层(shell)运动同步的星座设计,并且在同层星座内所有卫星具有相同的星下点轨迹.根据SpaceX公司公布的专利, Starlink星座第2期3层轨道的星座即采用这种设计方案.SpaceX在其专利文档中公布并主张了上述理念和特性,但没有提供设计思路和技术细节.以此为基础,探讨可能的“类星链”星座设计思路,并在此基础上分析这类星座中星间链路的选择策略及特性.