StarLink星座壳层2近期构型调整的分析
自2023年起，SpaceX公司加速了壳层2的部署进程。由FCC申报资料可知，壳层2目标轨道为高度570km、倾角70度、轨道面36个、每面卫星数20颗。基于“星链研判预测系统”分析表明，壳层2星座构型与该标称值不一致，且实际构型在近半个月内发生调整。
StarLink星座壳层2近期构型调整的分析
文 | 刘帅军、徐帆江、刘立祥、严文励、胡海龙（中国科学院软件研究所，天基综合信息系统重点实验室）
Starlink壳层2采用大倾角（70度）构型，主要面向高纬度区域的通信覆盖。截至2023年4月8日，SpaceX公司累计发射壳层2卫星的6批次共计305颗。首批卫星于2021年9月发射，第2至6批于2023年1月至3月期间完成。当前，活跃卫星302颗。
基于FCC申报资料的标称星座构型，其整体运行态势如下：
图1 Starlink壳层2标称星座构型三维图
图2 Starlink壳层2标称星座构型二维图
图3 Starlink壳层2标称星座对全球覆盖分析
壳层2可实现南北纬80度以内的连续无缝覆盖。在南北纬50度以内区域，平均覆盖重数不低于3重；在南北纬50-70度区域形成优势覆盖，平均覆盖重数不低于5重；对于高于80度以外极地区域，无法形成有效覆盖（上述分析考虑了终端通信仰角25度约束）。
壳层2整体星座（36个面）部署需时间，结合星链历史部署规律，壳层2第一阶段目标是部署18个面（即36个面中每间隔1个面的稀疏分布）。
由于卫星数量的减半，第一阶段无法实现原25度仰角下的覆盖，仅能做到20度仰角。
经自研“星链研判预测系统”对壳层2的分析研判，发现该星座在2023年3月前其实际构型为：
轨道高度570km、倾角70度
卫星数252颗、轨道面18个、每面14颗
相位因子5
基于2023年3月8日星历TLE数据，星链壳层2在轨卫星整体运行态势如下：
图4 Starlink壳层2实际在轨卫星分布（2023.03.08数据）
图5Starlink壳层2在2023年3月底轨道高度调整
调整后的构型为：
轨道高度570km、倾角70度
卫星数288颗、轨道面18个、每面16颗（对比原14）
相位因子17（对比原5）
基于2023年4月8日星历TLE数据，星链壳层2在轨卫星整体运行态势如下：
图6 Starlink壳层2调整后的在轨卫星分布（2023.04.08数据）
星座构型的差异对卫星星座整体覆盖性能、星间链路动态性有较大影响。
4.1 覆盖性能影响
由于调整后的星座构型卫星颗数较调整前更多，相应的，其覆盖性有所提升，如下图所示：
图7 Starlink壳层2构型调整前后的覆盖性分析
4.2 星间链路影响
星间链路建链包括同轨道面内卫星建链和异轨道面间卫星建链。
同轨星间链路方位角、俯仰角保持固定不变，由于每面卫星数由14颗增至16颗，故星间链路距离由3091 km降至2710 km。
异轨道间星间链路调整后，星间链路距离浮动范围由1674~2818 km增大至3332~4030 km，相应的换来了角度动态范围的降低：方位角动态范围由正负55度降为正负36度，链路相对运动速度由1.3km/s降为0.7km/s。
如下所示：
图8 Starlink壳层2构型调整前后的异轨星间链路动态性分析
后续将密切跟踪星链各壳层相关轨道和构型异动数据，对混合星座间建链和组网进行跟进与分析。
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