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導讀：低軌星座的衛(wèi)星數(shù)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(wèi)星在不依賴地面設施的情況下自主確定星座狀態(tài)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(wèi)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(wěn)定運行能力，有的采取在軌備份的方式[1]，如Flock衛(wèi)星星座有數(shù)十顆衛(wèi)星在軌備份，以實現(xiàn)快速代替失效衛(wèi)星。有的通過優(yōu)化流程，將補網衛(wèi)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(wèi)星。有的通過分批次發(fā)射，有計劃、逐批次進行組網，最終實現(xiàn)全面運營，如Starlink衛(wèi)星。

一個由1000～1200顆衛(wèi)星組成的低軌衛(wèi)星星座層，按照目前每年120～150顆的發(fā)射速度，也需要7～8年完成，而小衛(wèi)星的普遍壽命是5～8年，也就是說星座剛完成組網，發(fā)射的低軌衛(wèi)星壽命就到期，需要新發(fā)射的衛(wèi)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(shù)千顆衛(wèi)星的體量，除了每次發(fā)射期間要面臨批量入網問題外，也即將面臨衛(wèi)星批量到壽離軌問題。綜上，衛(wèi)星存在批量入網和退網的現(xiàn)實需要。

圖表：新興低軌衛(wèi)星情況統(tǒng)計

自由組網用到的關鍵技術

衛(wèi)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(xiàn)對衛(wèi)星的精確跟蹤和預測，以便在合適的時間和位置將新衛(wèi)星投入到軌道中。高精度軌道預報技術是衛(wèi)星星座實現(xiàn)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(wèi)星和已有衛(wèi)星進行有效管理和組織。  

其次，自適應網絡拓撲技術：衛(wèi)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(xiàn)衛(wèi)星的自由加入和退出。這包括動態(tài)調整衛(wèi)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(wèi)星之間的連接和通信效率。保證衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星身份驗證、數(shù)據加密和安全通信等技術，以防止未經授權的衛(wèi)星接入和數(shù)據泄露。另外，需要使用安全的云計算和數(shù)據處理技術，以確保衛(wèi)星網絡的安全性和穩(wěn)定性。這包括對數(shù)據進行加密、驗證和審計等多個方面的安全措施。衛(wèi)星星座需要處理大量數(shù)據，對這些數(shù)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(shù)據的安全性和防范惡意攻擊的風險。  

高效動態(tài)資源管理技術：衛(wèi)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(tài)資源管理技術來實現(xiàn)衛(wèi)星的自由加入和退出。這包括動態(tài)分配帶寬、功率、頻率等資源，以滿足衛(wèi)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(tài)資源管理，可以及時地調整和管理通訊網絡和鏈路，保障衛(wèi)星星座整體通訊效率和穩(wěn)定性。 然后，需要建立完善的網絡控制中心，實現(xiàn)對整個衛(wèi)星星座的遠程監(jiān)控、調度和管理，以確保衛(wèi)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(wèi)星星座具備更加高效穩(wěn)定的自由組網能力，實現(xiàn)衛(wèi)星網絡的快速擴展、靈活調整和優(yōu)化升級。

  能否實現(xiàn)自由出入隊的影響因素

衛(wèi)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(shù)、通信需求等。在實際運營過程中，衛(wèi)星星座中某個衛(wèi)星是否可以退網并加入其他衛(wèi)星星座是可以實現(xiàn)的，但同時也需要考慮星座拓撲性質和衛(wèi)星的運動軌跡等因素。

  需要注意的是，衛(wèi)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(huán)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(wèi)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(wèi)星數(shù)量比較少的情況下，這種影響就更為明顯。  

但是，隨著衛(wèi)星星座技術的不斷發(fā)展和完善，衛(wèi)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(xiàn)代衛(wèi)星星座通常采用的是自適應通信技術，能夠在衛(wèi)星數(shù)量變化時自動調節(jié)通信鏈路，確保全球衛(wèi)星網絡穩(wěn)定通信。此外，衛(wèi)星星座的組網技術也在不斷發(fā)展，使得衛(wèi)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(wèi)星星座的網絡拓撲性質支持衛(wèi)星退網并加入其他衛(wèi)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(wèi)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