Starlink星座工备事件中的两条原则揭示
文 | 刘帅军、徐帆江、刘立祥、秦明宇、严文励（中国科学院软件研究所，中国科学院大学）
截至2025年3月17日，星链卫星已累计发射8092颗，在轨14个壳层分散组成一期LEO、二代GEN2的多个星座。LEO-C2星座是星链首个大规模采用星间链的低轨星座，由位于540km高度、53.2度倾角的1296颗卫星组成，至今已呈现逐步退役趋势。
前述文章揭示，LEO-C2在2024整年发生轨位变动次数超300次，本文进一步对轨位变动背后的工备替换事件进行总结与分析。结果表明：
（1）多数工备替换事件遵从“非必要不执行”、“若调整备先行”两条原则；
（2）原则之外的特例，猜测燃料不足等无法轨道维持，从这些卫星陨落可印证。
01
星链卫星总体情况跟进
自2019年5月24日Starlink卫星首次发射，截至2025年3月17日，SpaceX已实现243批次共计8092颗卫星发射入轨。每年发射卫星数等信息如下图所示：
图 1 历年星链卫星发射频次数及卫星数
进一步对星链卫星发射部署速度进行分析，从2019年的每110.5天发射1次提升至2025年每3.48天发射一次，SpaceX公司在逐渐加快星链的发射部署进程，如下图所示：
图 2 历年星链卫星发射频次
截至2025年3月，SpaceX卫星已成功发射14个壳层的卫星。2025年新增两个壳层的发射任务，分别是1月21日发射壳层13、2月23日发射壳层15。各壳层卫星数信息如下表所示：
表 1 Starlink卫星壳层发射情况
壳层
轨道高度(km）
轨道倾角(°)
首发时间
累计发射批次
累计发射卫星数
卫星版本
1
550
53
2019.05.24
29
1725
V1.0
2
70
2021.09.14
8
408
V1.5
3
2021.01.24
7
243
V1.5
4
2021.11.13
32
1637
V1.5
5
43
2022.12.28
13
699
V1.5
6
43
2023.02.27
71
1601
V2.0Mini
7
555
2023.08.22
19
409
V2.0Mini/D2C
8
NA
2024.04.07
11
225
V2.0Mini/D2C
9
NA
2024.06.19
15
303
V2.0Mini/D2C
10
NA
2024.06.08
12
272
V2.0Mini
11
NA
2024.08.12
7
162
V2.0Mini
12
NA
43
2024.11.24
17
365
V2.0Mini/D2C
13
NA
43
2025.01.21
1
21
V2.0Mini
15
NA
70
2025.02.23
1
22
V2.0Mini
02
星座构型与工备轨位简述
星座LEO-C2是星链一期LEO系统中的星座2，根据FCC资料显示，该星座轨道标称值为：1584颗星、72面、每面22星、轨道高度540km、倾角53.2度。
实际数据而言，星链LEO-C2由壳层4的卫星填充，该壳层自2021年11月至2022年12月共发射1637颗。经数据研判分析，该星座轨道研判值为：1296颗星、72面、每面18星、相位因子45。
值得注意的是，星链LEO-C2部分工作轨位卫星的旁边仍有一些卫星，具体为工作轨位卫星的相位后4.7度稳定运行，根据星座构型内位置的对称性。我们将位于研判星座的轨位上的卫星记为工作轨位卫星（简称工作卫星），而将工作卫星相位后4.7度左右的记为备份轨位卫星（简称备份卫星）。如2025年3月11日，该星座内工作卫星1224颗（图中蓝色圆l圈）、备份卫星203颗（图中橙色圆点），分布如下：
03
工备替换事件分析
作为全球首个大规模部署和商用的低轨互联网星座，星链已在近125个国家/区域开通服务，用户数超过500万。为保障全球海量用户的可靠服务，星链系统通过备份卫星、工备替换，以最大程度避免了卫星故障等问题导致的服务中断。
经过数据筛选与人工复核，截至2025年3月，星座LEO-C2的工备替换事件343条。
数据结果表明，工备替换事件的总体流程如下：
（1） 备份卫星主动升轨或降轨，提前向工作轨位卫星靠近；
（2） 待备份卫星接近工作轨位时，该工作卫星进行变动让出该轨位；
（3） 备份卫星进入该工作轨位，完成一次工备替换。
通过对这些工备替换事件的分析总结，在星链系统设计与运行过程中，满足如下两条原则：
（1）工备替换事件“非必要不执行”。
（2）工备替换事件“若调整备先行”。
基于星链LEO-C2星座具体轨位分布及工备替换事件的数据，发现上述原则总体适用，但存在特例。
04
工备替换事件“非必要不执行”
截至2025年3月，星座LEO-C2进入工作轨位（含曾经）卫星共1542颗，各工作轨位上历史工作卫星颗数如下所示：
其中，
973个工作轨位自始至终仅1颗卫星，占比75.08%；
304个工作轨位先后共2颗卫星，占比23.46%；
18个工作轨位先后共3颗卫星，占比1.39%；
1个工作轨位先后共4颗卫星，占比0.08%。
壳层4卫星自发射至今，参与LEO-C2星座工备替换次数与占比如下：
从未参与的卫星有1115颗，占比68.11%；
参与1次的卫星有405颗，占比24.74%；
参与2次的卫星有107颗，占比6.54%；
参与3次的卫星有10颗，占比0.61%；
参与4次及以上的卫星0颗。
可知，多数卫星保持稳定的轨位进行运行，替换事件“非必要不执行”。
然而，有10颗卫星值得关注，这些卫星自发射至今参与了3次工备替换。以卫星2022-017N为例，如下为该卫星的3次工备替换事件过程：
与该事件相关的内容不是本文讨论的重点，另见其他报告。
05
工备替换事件“若调整备先行”
在343条工备替换事件中，有320条数据满足第3部分中对工备替换事件的总体流程，即“若调整备先行”。
以卫星2022-049AB与2022-049AN在2023年2月发生的一次工备替换事件为例，过程如下：
①
2023年2月6日
卫星2022-049AN升高轨道高度，离开原备份轨位33/12B（指：星座LEO-C2的33号轨道面12号相位的备份轨位）；
②
2023年2月15日
卫星2022-049AB升高轨道高度，离开原工作轨位33/09W（指：星座LEO-C2的33号轨道面09号相位的工作轨位）；
③
2023年2月18日
卫星2022-049AN降低轨道高度，进入工作轨位33/09W。
过程中两颗卫星轨道高度变化如下：
工备替换事件完整流程如下：
值得注意的是，有23条数据不满足该原则。数据表明，这些工作轨位卫星先变动，即未等待备份轨位卫星提前靠近便已离开。猜测是所剩燃料不足或必须紧急采取主动再入过程，目前发现的这些事件均符合猜想。
即这些卫星中14颗已陨落，9颗正在陨落，（已/即将）陨落率为100%。该23颗卫星轨道高度变化如下：
图 3 工备替换事件中工作轨位卫星先变动的23颗卫星轨道高度变化
作为对比，320条一般替换事件中，原工作轨位卫星陨落仅31颗，陨落率为9.69%。
06
总结与分析
本文对星链LEO-C2星座工备替换事件进行分析，总结了该过程中的两条原则，并揭示了特例的存在及可能原因。本文总结如下：
星链星座中工备替换事件遵循“非必要不执行”、“若调整备先行”的原则；
原则之外存在特例，猜测由于剩燃料不足或必须紧急采取主动再入，从特例中工作卫星100%陨落可印证；
近期，卫星2022-017AL、2022-053AK离开原工作轨位。结合本文相关数据可预测，这两颗卫星也将无法轨道维持并将于2025年12月份左右陨落。
>End
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