Starlink星座卫星入轨预测与仿真分析
文 | 刘帅军、徐帆江、刘立祥、严文励、秦明宇（中国科学院软件研究所 天基综合信息系统全国重点实验室）
摘要
截至2024年11月9日，星链已累计发射205批共7254颗卫星。11个壳层主要部署在7个星座，即一期LEO系统中的4个星座，二代GEN2系统中2个星座和手机直连卫星星座。本文主要对星链各壳层发射情况、各壳层命名方式、壳层与星座映射关系介绍。
01
Starlink卫星各壳层发射在轨情况
截至2024年11月9日，Starlink卫星的历年发射批次及卫星颗数如下：
图 1 星链历年发射批次及卫星数
【数据截至2024.11.09】
2024年已超过2023年全年发射次数，预计将达到85发射批次。
这些卫星隶属11个壳层，各壳层发射卫星数历年变化如下：
图 2 星链各壳层历年发射卫星数
【数据截至2024.11.09】
2024年新开启壳层8至11共四个壳层的发射。
对于Starlink卫星而言，在每批次发射时，通常用本次发射主体载荷进行命名，即区分不同的壳层。如下为星链各壳层首发卫星时间及任务名称：
表1 星链各壳层卫星命名方式及首发时间
序号
发射时间
发射任务
壳层
1
2019.05.24
Starlink Demo (0.9)
1
2
2019.11.11
Starlink 1
1
3
2021.09.14
Starlink Group 2-1
2
4
2021.11.13
Starlink Group 4-1
4
5
2022.07.11
Starlink Group 3-1
3
6
2022.12.28
Starlink Group 5-1
5
7
2023.02.28
Starlink Group 6-1
6
8
2023.08.22
Starlink Group 7-1
7
9
2024.04.07
Starlink Group 8-1
8
10
2024.06.19
Starlink Group 9-1
9
11
2024.06.08
Starlink Group 10-1
10
12
2024.08.04
Starlink Group 11-1
11
02
卫星壳层与星座的部署映射关系
壳层1至4发射时，每个壳层的卫星目标轨道高度、倾角一致，构成同一个星座。而不同壳层卫星高度或倾角差异较大，分属不同星座。
而随着壳层5发射之后，出现了壳层5与6共同构成一个星座。壳层5与6卫星多数已位于高度561km、倾角43度的轨道上，且壳层5卫星为V1.5版本，壳层6卫星为V2.0 Mini版本，实现不同壳层不同版本卫星的混合组网。相关分析，可参加早期文章《Starlink二代GEN2系统混合组网与分阶段部署探讨》。
壳层7至11则表现得更为明显，这5个壳层卫星均是53.16度倾角，这些壳层卫星还包括了手机直连卫星。
根据SpaceX提交至FCC的申报材料，一期LEO系统、二代GEN2系统内各星座如下：
表 1 星链一期LEO系统的空间星座构型
星座
轨道高度 Km
倾角
deg
轨道面数
每面星数
卫星总数
LEO-C1
550
53
72
22
1584
LEO-C2
540
53.2
72
22
1584
LEO-C3
570
70
36
20
720
LEO-C4
560
97.6
6
58
348
LEO-C5
560
97.6
4
43
172
表 2 星链二代GEN2系统的空间星座构型
星座
轨道高度Km
倾角 deg
轨道面数
每面卫星数
卫星总数
GEN2-C1
340
53
48
110
5280
GEN2-C2
345
46
48
110
5280
GEN2-C3
350
38
48
110
5280
GEN2-C4
360
96.9
30
120
3600
GEN2-C5
525
53
28
120
3360
GEN2-C6
530
43
28
120
3360
GEN2-C7
535
33
28
120
3360
GEN2-C8
604
148
12
12
144
GEN2-C9
614
18
18
324
合计
340~614
33~148
288
12~120
结合星链各壳层发射情况及在轨分布情况，壳层与星座间映射关系如下所示：
图 3 星链壳层与星座映射关系
03
星链手机直连卫星星座部署进展介绍
星链手机直连D2C卫星已累计发射285颗，与壳层7至9其他2.0Mini版本卫星一同发射。当前，195颗卫星轨道高度稳定在360km，已达到预期星座（WALKER星座参数：312/24/6）规模的62.8%，预计2024年内可完成手机直连卫星的发射。
当前，该195颗卫星RAAN及相位分布如下图：
除却最早发射两批次手机直连卫星（批次编号24002、24065，每批次携带6颗D2C卫星），及中间一批次卫星（24129）发射失败，其余批次D2C卫星多数按计划部署。目前，24164批次（发射时间：2024.09.13）及之前的多数已部署至预定位置。24175批次（发射时间：2024.09.25）及之后的24184、24187、24195等正在部署中。
自2024年5月份以来，累计发射260颗，平均每月发射43.3颗。按此趋势，2024年内可完成手机直连卫星的发射，并将于2025年3月预期可全部进入预定轨位。
04
总结与思考
Starlink星座自2019年发射至今已超过5年，壳层与星座映射关系发生了变化，手机直连星座也将在2024年完成发射部署。
（1）星链壳层与星座映射，由“一对一”、“多对一”向“多对多”变化。
（2）星链手机直连星座发展迅速，预计2024年可完成发射，2025年3月可全部进入预定轨位。
>End
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