2.3　星座设计因素

星座设计是复杂的，需要考虑多种设计因素对星座的影响。星座设计因素主要包括航天器数目、轨道高度、轨道面数目、轨道倾角、偏心率和轨道面的相位等 ^［7］ 。表2.3.1给出了相关因素对星座设计的影响和选择准则。

1.航天器数目

航天器数目是星座成本和覆盖性能的主要决定因素之一。给定覆盖性能指标后，星座设计通常要在成本和性能之间进行权衡，也就是在航天器数目和覆盖率之间进行权衡。一般，在同等星座构型下，航天器数目越少，则星座的成本越低，覆盖性能越高。但是，这也并不是完全绝对的，具体的指标衡量还涉及航天器的自身性能和轨道参数等多种因素。例如，如果星座的轨道高度较低或轨道倾角较小，那么发射成本也会相对较低。又如，航天器间相对位置的不同和航天器载荷性能的不同也会对覆盖区域和覆盖时间产生影响。因此，对航天器数目设计的原则是选择最少的航天器并能满足覆盖和性能台阶的要求。

2.轨道面数目

航天器所在的轨道面数目对于星座的发展和降级使用及覆盖性能台阶都有着重要意义。轨道面数目是航天器星座的主要特征之一。在对称的星座结构中，每个轨道面内的航天器数目相同。在不同轨道面之间机动航天器所需的推进剂远多于在一个轨道面内机动航天器所需的推进剂，因此将较多航天器都送入少数几个轨道面有利于星座的发展。稍微改变航天器的轨道高度可以改变轨道周期，同时调整航天器在星座中的相位，然后再将航天器送回到合适的轨道高度并使其位置相对于其他航天器保持不变，这样就可以达到在轨道面内航天器机动的目的。当有新航天器进入给定轨道面时，可以对已有的航天器重新定向，使得这些航天器在空间内均匀分布。因此，从星座发展的角度看，宜采用较少的轨道面数目。另外，我们在进行星座设计时，一般希望星座能够提供不同的性能台阶。在理想情况下，人们总希望多颗航天器陆续部署入轨的时候系统性能可以不断提高。同时，当星座部署完成后，如果我们再将新的航天器送入该星座的轨道面，那么系统性能应该不会再提高。如果星座只有一个轨道面，那么每增加一颗航天器，系统性能就会提高一个台阶。而如果星座有两个轨道面，那么每次性能跃变需要增加2、4、6、8、……颗航天器。星座越复杂，性能提高所需要的航天器增量就越大，成本也越高。

3.轨道倾角

轨道倾角是星座设计的一个重要特征参数。如果星座具有多个轨道面，那么为了获得最佳的地面覆盖性能，理论上可以采用轨道倾角互不相同的星座设计，但实际上这是十分困难的。轨道节点的进动速度是轨道高度和轨道倾角的函数，所以如果各颗航天器的轨道高度相同而轨道倾角不同，那么轨道节点的进动速度也就不相同，则星座中航天器的相对几何关系是随着时间而改变的。这样，为了使星座中的航天器保持所需的特定几何关系，我们必须利用推进剂来维持星座中各航天器的相对位置，即便如此，星座中各航天器的相对位置也只能在短时间内保持稳定。因此，人们通常将星座中所有航天器的轨道倾角都设计为相等，当然也有例外情况。例如，将一组航天器的轨道倾角设置为零（赤道平面），而将其他所有航天器设置为相同的轨道倾角，则航天器节点在赤道平面内的进动没有意义，所以可以长期保持倾斜轨道航天器和赤道轨道间的相对相位关系不变。这种星座的一个实际例子是由3个互相正交的轨道（两个极地轨道，一个赤道轨道）面组成的星座。

4.轨道高度

覆盖性能不但与星座的结构有关，而且与轨道高度有关。覆盖性能并不随高度连续平滑地变化，而采用不同轨道高度可以实现完全不同的星座设计，这就是覆盖性能的高度台阶。当轨道高度变化时，基本的星座设计发生改变，航天器数目和覆盖性能也呈现阶跃式改变。 FTdtilkIJg2Xpq/mau+/KLtavrhwGsGMSUXZO0whJM68JxeIRZB/6Ok7ShPreUul