導讀：低軌星座的衛星數量龐大，如果完全依賴地面設施和人工進行控制管理，將耗費大量管理運維精力。未來的技術愿景是讓低軌巨型星座自主運行，讓衛星在不依賴地面設施的情況下自主確定星座狀態和維持星座構型，共同維護星座功能整體性以完成所負任務。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題。

批量入網和退網需求

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，以實現快速代替失效衛星。有的通過優化流程，將補網衛星整個研制周期控制在半年內，以達到快速補網的目的，如Spire衛星。有的通過分批次發射，有計劃、逐批次進行組網，最終實現全面運營，如Starlink衛星。

一個由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，也就是說星座剛完成組網，第一批發射的低軌衛星壽命就到期，需要新發射的衛星進行替換，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，除了每次發射期間要面臨批量入網問題外，也即將面臨衛星批量到壽離軌問題。綜上，衛星存在批量入網和退網的現實需要。

圖表：新興低軌衛星情況統計

自由組網用到的關鍵技術

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

其次，自適應網絡拓撲技術：衛星的加入和退出會改變星座網絡的拓撲結構，因此需要自適應網絡拓撲技術來實現衛星的自由加入和退出。這包括動態調整衛星的位置和通信路徑，以保證整個星座網絡的覆蓋范圍和通信質量。具體來說，需要使用高效的網絡拓撲方案，以確保衛星之間的連接和通信效率最大化。保證衛星星座整體網絡的可控性和可靠性。 ?

安全認證和加密技術：衛星的加入和退出需要進行安全認證和加密，以保證星座網絡的安全性。這包括衛星身份驗證、數據加密和安全通信等技術，以防止未經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，以確保衛星網絡的安全性和穩定性。這包括對數據進行加密、驗證和審計等多個方面的安全措施。衛星星座需要處理大量數據，對這些數據進行加密、驗證和審計等多個方面的安全措施，可以保障數據的安全性和防范惡意攻擊的風險。 ?

高效動態資源管理技術：衛星的加入和退出會影響星座網絡的資源分配和利用，因此需要動態資源管理技術來實現衛星的自由加入和退出。這包括動態分配帶寬、功率、頻率等資源，以滿足衛星的通信需求。還包括實時的信號調度和管理，以及自適應的信號檢測和傳輸方式等方面。通過高效動態資源管理，可以及時地調整和管理通訊網絡和鏈路，保障衛星星座整體通訊效率和穩定性。 ? 最后，需要建立完善的網絡控制中心，實現對整個衛星星座的遠程監控、調度和管理，以確保衛星網絡的可控性和可維護性。 ? 這些技術的綜合應用，可以使得衛星星座具備更加高效穩定的自由組網能力，實現衛星網絡的快速擴展、靈活調整和優化升級。

? 能否實現自由出入隊的影響因素

衛星星座的網絡拓撲性質通常會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。在實際運營過程中，衛星星座中某個衛星是否可以退網并加入其他衛星星座是可以實現的，但同時也需要考慮星座拓撲性質和衛星的運動軌跡等因素。

? 需要注意的是，衛星星座通常會以一定的拓撲結構進行設計，例如星型、網狀、環狀等，其目的是確保整個星座的覆蓋范圍和通訊效率。如果星座中某顆衛星退網，則可能會影響整個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，隨著衛星星座技術的不斷發展和完善，衛星退網和加入其他星座的變化已經得到了更好的應對。例如，現代衛星星座通常采用的是自適應通信技術，能夠在衛星數量變化時自動調節通信鏈路，確保全球衛星網絡穩定通信。此外，衛星星座的組網技術也在不斷發展，使得衛星退網和加入其他星座的操作更加簡單和靈活。 ?

總體來說，衛星星座的網絡拓撲性質支持衛星退網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展與展望[J].中國空間科學技術，2022，42(1)：1-15

編輯：黃飛

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