星链星座“双Walker构型”详解
文 | 阮永井，徐帆江，刘立祥，刘帅军，秦明宇，严文励，秦琰（中国科学院软件研究所）
上一篇文章利用天智巨星座研究平台对星链在轨运行的卫星星座构型进行了分析，研判出了10个星座的构型参数，同时发现研判出的GEN2M-C1星座由两个相同的Walker星座构成。本篇文章将深入解析这一“双Walker构型”的研判过程。
PART.01
卫星簇分布与构型研判
截至2026年2月3日，在475.2km高度、53.16度倾角上，有2086颗卫星稳定运行，卫星包括v1.0（54颗），v1.5（2颗）和v2.0Mini（2030颗），是当前星链系统中规模最大的星座簇。利用研究平台回顾历史数据，发现前期该该高度层稳定运行的都为v2.0Mini版本的卫星，发射壳层为7-11。对于二代星座，我们单独考虑2030颗v2.0Mini版本的卫星，卫星分布如图1所示。
图1 GEN2M-C1星座卫星分布情况
由图1可以看出，有较为明显的轨道面分布，且部分轨道面部署卫星较为密集。然而，整体分布较为凌乱，未能看出具体构型。同时也尝试从发射的壳层和时间等维度对卫星分布进行分析，也没有明显特点。
最后，在摒弃传统单个星座的固定思维，从复合星座的角度来分析。通过进一步研究发现，整个星座可拆分为两个星座，不妨记为星座A和星座B。
通过研判，发现这两个星座构型一致，均为：高度475.2km，倾角53.16度，1736颗星，28个面，每面62星，相位因子13，面间RAAN差12.86度，面内相位差5.8度。同时，两个星座间卫星分布规律为：星座B的每个轨位相比星座A的对应轨位RAAN大2.57°，相位大2.47°，“双Walker构型”的复合星座如图2所示。
图2 复合星座的研判构型与在轨卫星分布
PART.02
“双Walker构型”的机理分析
研判出构型了，但是星链为什么采用这样的“双Walker构型”呢？这样的构型是如何设计实现呢？针对这一疑问，我们对该构型的进行了详细分析。
通过深入研究发现，星链这样的“双Walker构型”能够使所有卫星实现共地面轨迹。具体分析如下：
(1)
理论分析
①首先分析星座A。轨道高度：475.2km；轨道倾角：53.16度；星座构型为Walker：1736/28/13，相位漂移速度5511.77°；RAAN漂移速度-4.6462°/天；相邻两个轨道面RAAN差为(360/28)°；相位差为360/62*(k+13/28)，则有：
5512.126*(360/28)/(4.6462+360) = 360/62*(k+13/28)
求得k≈33.0077，非常接近整数，即第二个轨道面卫星的相位号与第一个轨道面的卫星相位号间隔33的两颗卫星可实现共地面轨迹，则星座A可实现共地面轨迹。
②对于星座B，其星座构型与星座A相同，同理可得星座B也可实现共地面轨迹。
③最后分析星座A与星座B间能否实现共地面轨迹。星座A与星座B的基本参数都相同，只是星座B的每个轨位相比星座A的对应轨位RAAN大2.57°，相位大2.47°。考虑隔m个轨道面的星A和B，raan差((360/28)m+2.57)°，相位差((360/62)k+(360*13/1736)m+2.47)°，则有：
5512.126*((360/28)m+2.57)/(4.6462+360)=(360/62)k+(360*13/1736)m+2.47
通过分析可求得m≈-0.0256时，k≈7.0137，m、k都可近似为正整数，满足上式。即星座B与星座A相同轨道面号，轨道面内相位号间隔7的两颗卫星颗可实现共地面轨迹，则星座B与星座A可实现共地面轨迹。
(2)
实际轨道验证
基于上述理论分析，利用实际在轨卫星数据进行分析验证。针对研判轨位星座A与星座B卫星情况，选择了与理论分析一致的共地面轨迹卫星。
①星座A内的卫星为A2-29和A1-62（即A星座第2个面的第29颗星与第1个面的第62颗星），TLE数据如下：
0 STARLINK-31984 （A1-62）
0 STARLINK-35356 （A2-29）
将对应的TLE数据导入ATK软件中进行验证，两颗卫星的轨迹如下图3所示，可知两颗卫星为共地面轨迹卫星，两颗卫星的星下点轨迹在赤道处间隔约0.07度。
（注：ATK（Aerospace Tool Kit，航天任务工具箱）软件是由国防科技大学研发的自主可控航天任务设计工业软件，主要用于航天器轨道设计、任务分析、仿真验证等航天工程领域。）
图3 星座A内卫星共地面轨迹情况
②星座A与星座B间的卫星为A1-12和B1-56（即A星座第1个面的第1颗星与B星座第1个面的第56颗星），TLE数据如下：
0 STARLINK-32133 （A1-1）
0 STARLINK-31431 （B1-56）
将对应的TLE数据导入ATK软件中进行验证，两颗卫星的轨迹如下图4所示，可知两颗卫星为共地面轨迹卫星，两颗卫星的星下点轨迹在赤道处间隔约0.08度。
图 4 星座A与星座B座间卫星共地面轨迹情况
GEN2M-C1星座共地面轨迹构型的具体规律为：
①星座A与星座B星座，各自内部可实现共地面轨迹，02-30（2号轨道面30号相位）星与01-01星共地面轨迹，依次类推；
②星座A与星座B星座间可实现共地面轨迹，B-01-56卫星（B星座1号轨道面56号相位）与A-01-01卫星共地面轨迹，依次类推。
PART.03
结论与展望
基于上述分析可知，通过对轨道高度、倾角及星座相位因子的合理调整，可实现Walker星座内部的共地面轨迹；进一步对星座间RAAN、相位差的优化设计，可实现星座间的共地面轨迹。那又有疑问了，星链共地面轨迹的构型设计方法是否在其他星座中也有应用？前期是否有共地面轨迹方面的情况？具体情况将在下一期文章中继续揭秘，敬请期待！
此外，我们还注意到一个新情况：此前稳定运行在547.2km高度、53.05°倾角轨道上的56颗v1.0和v1.5版本卫星，目前已转移至475.2km高度、53.16°倾角的轨道层。这一变化表明，这些卫星并非仅因寿命到期而自然留存在该轨道层，更可能是一次有计划的轨道调整。这是否意味着大规模降轨程序已启动？后续我们将持续追踪并对其进一步分析与解读！
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