揭秘全球在軌衛(wèi)星的簇群分布

文 | 陳智敏1,2，劉帥軍1，徐帆江1，嚴(yán)文勵1，秦明宇1(1中國科學(xué)院軟件研究所，2北京郵電大學(xué))

你是否想過，頭頂?shù)男强照兊们八从械膿頂D？

這不是科幻——超過1.5萬顆人造衛(wèi)星正以驚人的速度環(huán)繞地球飛行。它們并非散落無序，而是高度組織化地運行在一起，形成一系列龐大的衛(wèi)星簇群，悄然重塑著人類的通信、導(dǎo)航和感知方式。

短短五年，衛(wèi)星年發(fā)射數(shù)量激增14倍。SpaceX的星鏈衛(wèi)星幾乎“獨占”了低地球軌道，北斗、GPS等導(dǎo)航衛(wèi)星穩(wěn)踞中軌，而傳統(tǒng)通信衛(wèi)星仍靜守赤道上空……一場圍繞軌道與頻段的“太空圈地運動”，正悄然決定未來地球軌道空間布局。

基于天智巨星座研究平臺，我們對在軌衛(wèi)星簇群進行聚類分析發(fā)現(xiàn)，這些衛(wèi)星已在高度與傾角維度形成顯著集聚——大規(guī)模衛(wèi)星簇群在近幾年中雨后春筍般出現(xiàn)。

PART.01

全球在軌衛(wèi)星總體概況

自1957年人類發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星至今，太空已成為承載人類科技與夢想的重要疆域。截至2025年8月24日，全球發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)已達21815顆，其中6417顆已隕落，其余15398顆在軌運行。全球發(fā)射衛(wèi)星數(shù)與隕落衛(wèi)星數(shù)隨時間變化如下圖所示：

藍色與橙色實線分別為衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星隕落數(shù)量隨時間的變化，而兩條黑色虛線分別表示2019年前后的衛(wèi)星年發(fā)射數(shù)?？煽闯?，衛(wèi)星年發(fā)射數(shù)量自2019年后增長迅速：由早前的年發(fā)射136.5顆激增至1977.8顆，達到14.5倍。

當(dāng)前，所發(fā)射的衛(wèi)星主要集中在如下幾個軌道空間：

01

低地球軌道

（LEO,高度<1500km）

這是目前最擁擠的區(qū)域，容納了絕大多數(shù)通信、感知衛(wèi)星簇群。其近地特性為高速通信、高清遙感提供了理想條件。

02

中地球軌道

（MEO,高度約20000km）

該軌道是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的核心部署區(qū)域。諸如GPS、北斗、伽利略和GLONASS等系統(tǒng)均部署于此，為全球用戶提供不可或缺的定位、導(dǎo)航與授時（PNT）服務(wù)。

03

地球靜止軌道

（GEO,高度35786km）

此軌道上的衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，相對地面靜止，是通信廣播、氣象監(jiān)測等需要持續(xù)駐留服務(wù)的首選軌道。

04

太陽同步軌道

（SSO,高度500-800km,傾角≈97°）

一類特殊的LEO軌道，能保證衛(wèi)星在相同地方時過境，使得光照條件一致，是地球科學(xué)觀測和環(huán)境監(jiān)測的黃金軌道。

PART.02

全球衛(wèi)星簇群聚類結(jié)果與分析

進一步對近期活躍的14555顆衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)開展聚類研究，從高度、傾角兩個維度綜合分析，且設(shè)置星座規(guī)模閾值≥10顆。在軌14555顆衛(wèi)星及簇群分布結(jié)果如下圖：

藍色散點代表14555顆衛(wèi)星在“高度-傾角”二維坐標(biāo)系中的分布，橙色散點代表基于高度與傾角聚類分析得到的78個衛(wèi)星簇群中心。如圖所示，衛(wèi)星簇群形成了多個顯著的高度-傾角密度中心，簇群中心與衛(wèi)星任務(wù)類型高度耦合。

這種聚類現(xiàn)象直觀地揭示了人類太空活動的戰(zhàn)略布局：即充分利用不同軌道的特性，構(gòu)建功能互補、協(xié)同增效的多層空間基礎(chǔ)設(shè)施，在通信互聯(lián)、全球?qū)Ш降綄Φ馗兄葮I(yè)務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

從簇群規(guī)模來看，星鏈衛(wèi)星簇群的規(guī)模遠超其他衛(wèi)星。以下為按規(guī)模大小依次排序的部分衛(wèi)星簇群信息：

規(guī)模最大的10個衛(wèi)星簇群具體數(shù)據(jù)如下：

序號

高度_中心

傾角_中心

簇群規(guī)模

典型衛(wèi)星

1

1403

STARLINK-3521

2

1347

STARLINK-31758

3

1287

STARLINK-6106

4

1042

STARLINK-31626

5

748

STARLINK-2569

6

503

STARLINK-32932

7

336

STARLINK-11529

8

320

STARLINK-11271

9

308

AMC-15

10

303

STARLINK-32776

軌道高度上，星鏈衛(wèi)星主要分布于低地球軌道（LEO）范圍內(nèi)，以此實現(xiàn)低延遲與高數(shù)據(jù)傳輸速率，增強通信性能。在傾角方面，星鏈衛(wèi)星明顯聚集于43°、53°、70°等范圍，不同傾角的衛(wèi)星簇群協(xié)同分布，為全球人口密集的中低緯度區(qū)域補熱、需求較小的高緯度區(qū)域補盲。

AMC-15所屬的衛(wèi)星簇群為GEO衛(wèi)星軌道區(qū)域，這308顆衛(wèi)星分屬不同國家，與同屬SpaceX公司的星鏈衛(wèi)星形成明顯對比。與GEO衛(wèi)星軌道簇群相比，星鏈衛(wèi)星的簇規(guī)模普遍更大，這有助于提升通信覆蓋密度和數(shù)據(jù)傳輸能力，以保障其在全球700萬星鏈用戶的日常使用。

PART.03

典型軌道簇群分布特征分析

針對星鏈衛(wèi)星簇群，我們繪制了其聚類散點圖，如圖所示：

左上圖為當(dāng)前8165顆星鏈衛(wèi)星的整體“高度-傾角”分布，右下圖單獨顯示未分類成簇的星鏈衛(wèi)星，其余子圖為已聚類形成的各衛(wèi)星簇群的“高度-傾角”散點圖。

基于星鏈衛(wèi)星簇群的聚類結(jié)果，選取軌道高度359.7km、傾角53.16°為中心的簇群進行分析驗證。結(jié)果顯示，該典型簇的軌道參數(shù)分布特征與已知星鏈DTC-53軌道構(gòu)型一致(詳見)，表明本研究采用的聚類模型及參數(shù)設(shè)置具有良好的有效性與可靠性。

此外，針對聚類結(jié)果中規(guī)模小于50的衛(wèi)星簇群，推測其應(yīng)為星鏈衛(wèi)星分階段部署過程中的臨時停留軌道區(qū)域。為此，對2019年以來至今的數(shù)據(jù)開展分析，結(jié)果驗證了小規(guī)模衛(wèi)星簇群在時間范圍上的“若隱若現(xiàn)”。如圖中簇群規(guī)模31（行3列4的子圖）所示，這些衛(wèi)星是較為典型的停泊軌道，即衛(wèi)星入軌前為調(diào)整軌道面等參數(shù)的臨時性聚集區(qū)域。

PART.04

結(jié) 論

本文針對全球在軌衛(wèi)星的發(fā)射情況開展分析，基于天智巨星座研究平臺，重點完成全球衛(wèi)星的簇群分析，并基于已知星鏈星座構(gòu)型參數(shù)對得出簇群結(jié)果進行了驗證。

通過對衛(wèi)星簇群數(shù)據(jù)的分析，可推測星鏈等全球衛(wèi)星未來的發(fā)展方向。若其繼續(xù)保持當(dāng)前的布局策略與擴展節(jié)奏，預(yù)計將在全球衛(wèi)星通信市場中進一步提升其影響力。除了鞏固通信領(lǐng)域優(yōu)勢外，依托其大規(guī)模簇群的軌道靈活性，星鏈的應(yīng)用場景還可能向非通信領(lǐng)域延伸，星盾項目的提出和推進已初步印證這一趨勢。

后續(xù)，將對空間衛(wèi)星及簇群保持密切關(guān)注，包括衛(wèi)星簇群間分布與遷徙規(guī)律，以有效支撐空間星座的研判、部署、退役等研究。

>End

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