卫星编队新趋势

大家可能在航展时看到过帅气的飞机编队，或者在鸟儿迁徙的季节看到过整齐的大雁编队，其实在太空，卫星编队也正在成为新的趋势。

卫星编队，顾名思义就是指若干颗卫星组成一定的编队构型，每颗卫星既要保持这个构型，又要相互联系、协同工作，整个星群构成一个超大的“虚拟卫星”或卫星网络系统，共同实现近地勘测、深空探测、干涉测量等任务。

早在20世纪90年代末，随着航天任务需求的复杂度不断提升，许多任务已经无法依靠单颗卫星实现，卫星编队开始成为一种新的解决方案。那么，卫星编队如何提升系统的整体性能？

以两颗合成孔径雷达（SAR）卫星编队为例，两颗星对地面的同一区域进行成像观测，这就像人的眼睛，一只眼睛只能看到平面，两只眼睛就可以看出高度和深度，可用于险峻高地、森林植被等地形的测绘。此外，卫星编队更具灵活性和冗余度，因为它能容忍单点故障，降低任务失败风险。而且，以小卫星为物质基础的卫星编队，其最吸引人的地方就是制造成本低、投资收益高。

成本低、重量轻、研制周期短的小卫星快速发展，加速了卫星编队的发展。当前，多个国家对卫星编队展开了深入的研究，并在近20年内取得了极其迅猛的进展，其中典型的卫星编队系统有美国的GRACE、欧洲的SWARM、德国的TanDEM-X以及我国的天绘二号等等。

图源：tandemx-science.dlr.de

目前，卫星编队衍生出多种形态，有像花样滑冰的双星绕飞编队、形似竖琴的三星编队，以及难度较大的转动车轮式四星编队等等。不过，要实现卫星的编队飞行并不容易，这就像一台车在路上行驶很简单，但好几台车在路上保持一定的队形共同前进，还是无人驾驶的车，难度就攀升了。

既要满足任务要求，又能保持长期稳定的编队队形，要克服很多挑战。首先，编队卫星上天后，第一件事是进入任务轨道，开始依次调轨形成编队构型。卫星在编队中将受到各种摄动因素干扰，构型参数会发生异化。其次，编队构型稳定后，空间碎片、不明飞行物等也可能会穿越卫星编队构成的虚拟阵，影响系统性能。

所以，卫星编队的稳定需要强大的技术支持，在卫星编队的全生命周期都需要强大的姿态与轨道控制系统、测运控系统、自主运行技术等，来提高整个系统的机动性、稳定性、安全性和抗干扰性。此外，编队卫星之间也需要互相“交流”，交换彼此之间的距离、位置等信息，实现时间、空间和相位同步，这就要依靠星间通信链路、相位同步链路等技术，使卫星编队飞行能进行大量实时数据和控制指令的传播与处理，帮助编队卫星协同工作，达到“1+1>2”的效果。

图源：银河航天

近年来，随着传感器等技术的快速发展、工业化的进步，卫星编队的应用场景逐步从过去单一的国家任务拓展到多元的商业化场景，在全球互联、实景三维、城市安全、自动驾驶等新兴市场都有广阔的应用前景。同时，我国商业卫星公司因成本低、迭代快、批产化等特点在卫星编队的研发中也体现出了较大的优势，未来有望在此领域贡献更高的价值。

文字参考：2023年4月5日出版的《环球》杂志第7期

原文标题：《卫星编队新趋势》

文章作者：银河航天创始人、董事长兼CEO 徐鸣