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(lì)1，秦明宇1(1中國(guó)科學(xué)院軟件研究所，2北京郵電大學(xué))

你是否想過(guò)，頭頂?shù)男强照兊们八从械膿頂D？

這不是科幻——超過(guò)1.5萬(wàn)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(wú)序，而是高度組織化地運(yùn)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(dú)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(chǎng)圍繞軌道與頻段的“太空圈地運(yùn)動(dòng)”，正悄然決定未來(lái)地球軌道空間布局。

基于天智巨星座研究平臺(tái)，我們對(duì)在軌衛(wèi)星簇群進(jìn)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(mèng)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(dá)21815顆，其中6417顆已隕落，其余15398顆在軌運(yùn)行。全球發(fā)射衛(wèi)星數(shù)與隕落衛(wèi)星數(shù)隨時(shí)間變化如下圖所示：

藍(lán)色與橙色實(shí)線分別為衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星隕落數(shù)量隨時(shí)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)。可看出，衛(wèi)星年發(fā)射數(shù)量自2019年后增長(zhǎng)迅速：由早前的年發(fā)射136.5顆激增至1977.8顆，達(dá)到14.5倍。

當(dāng)前，所發(fā)射的衛(wèi)星主要集中在如下幾個(gè)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(shí)（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(duì)地面靜止，是通信廣播、氣象監(jiān)測(cè)等需要持續(xù)駐留服務(wù)的首選軌道。

04

太陽(yáng)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(shí)過(guò)境，使得光照條件一致，是地球科學(xué)觀測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)的黃金軌道。

PART.02

全球衛(wèi)星簇群聚類結(jié)果與分析

進(jìn)一步對(duì)近期活躍的14555顆衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)開(kāi)展聚類研究，從高度、傾角兩個(gè)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(lán)色散點(diǎn)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(diǎn)代表基于高度與傾角聚類分析得到的78個(gè)衛(wèi)星簇群中心。如圖所示，衛(wèi)星簇群形成了多個(gè)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(dòng)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(bǔ)、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?duì)地感知等業(yè)務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

從簇群規(guī)模來(lái)看，星鏈衛(wèi)星簇群的規(guī)模遠(yuǎn)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(gè)衛(wèi)星簇群具體數(shù)據(jù)如下：

序號(hào)

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(shí)現(xiàn)低延遲與高數(shù)據(jù)傳輸速率，增強(qiáng)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(bǔ)熱、需求較小的高緯度區(qū)域補(bǔ)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(guó)家，與同屬SpaceX公司的星鏈衛(wèi)星形成明顯對(duì)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(wàn)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(duì)星鏈衛(wèi)星簇群，我們繪制了其聚類散點(diǎn)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(dú)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(diǎn)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(jìn)行分析驗(yàn)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(jiàn))，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(duì)聚類結(jié)果中規(guī)模小于50的衛(wèi)星簇群，推測(cè)其應(yīng)為星鏈衛(wèi)星分階段部署過(guò)程中的臨時(shí)停留軌道區(qū)域。為此，對(duì)2019年以來(lái)至今的數(shù)據(jù)開(kāi)展分析，結(jié)果驗(yàn)證了小規(guī)模衛(wèi)星簇群在時(shí)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(shí)性聚集區(qū)域。

PART.04

結(jié) 論

本文針對(duì)全球在軌衛(wèi)星的發(fā)射情況開(kāi)展分析，基于天智巨星座研究平臺(tái)，重點(diǎn)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(duì)得出簇群結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

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

后續(xù)，將對(duì)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

本文系“太空與網(wǎng)絡(luò)”公眾號(hào)原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載全文及引用核心觀點(diǎn)至微信公眾號(hào)或其它新媒體平臺(tái)、及網(wǎng)站，請(qǐng)注明出處、公眾號(hào)ID及作者。感謝支持有態(tài)度的媒體！

未按照規(guī)范轉(zhuǎn)載及引用者，我們保留追究相應(yīng)責(zé)任的權(quán)利

部分圖片難以找到原始出處，故文中未加以標(biāo)注，如若侵犯了您的權(quán)益，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系我們。

HISTORY/往期推薦

充滿激情的新時(shí)代，

充滿挑戰(zhàn)的新疆域，

與踔厲奮發(fā)的引領(lǐng)者，

卓爾不群的企業(yè)家，

一起開(kāi)拓，

一起體驗(yàn)，

一起感悟，

共同打造更真品質(zhì)，

共同實(shí)現(xiàn)更高價(jià)值，

共同見(jiàn)證商業(yè)航天更大的跨越！

——《太空與網(wǎng)絡(luò)》，觀察，記錄，傳播，引領(lǐng)。

·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》創(chuàng)始人：劉雨菲

·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》副社長(zhǎng)：王俊峰

·微信公眾號(hào)（ID：satnetdy）團(tuán)隊(duì)

編輯：艷玲、哈玫，周泳、邱莉、黃榕、娜娜

主筆記者：李剛、魏興、張雪松、霍劍、樂(lè)瑜、稻子、趙棟

策劃部：楊艷、若?、李真子

視覺(jué)總監(jiān)：董濘

專業(yè)攝影：馮小京、宋偉

設(shè)計(jì)部：顧錳、潘希峎、楊小明

行政部：姜河、林紫

業(yè)務(wù)部：王錦熙、瑾怡

原創(chuàng)文章轉(zhuǎn)載授權(quán)、轉(zhuǎn)載文章侵權(quán)、投稿等事宜，請(qǐng)加微信：15910858067

商務(wù)合作；展覽展廳設(shè)計(jì)、企業(yè)VI/CI及室內(nèi)設(shè)計(jì)、企業(yè)文化建設(shè)及品牌推廣；企業(yè)口碑傳播及整體營(yíng)銷傳播等，請(qǐng)加微信：13811260603

雜志訂閱，請(qǐng)加微信：wangxiaoyu9960

·衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)各分部：

成都分部負(fù)責(zé)人：沈淮

長(zhǎng)沙分部負(fù)責(zé)人：賓鴻浦

西安分部負(fù)責(zé)人：郭朝暉

青島分部負(fù)責(zé)人：江偉

·衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)總部負(fù)責(zé)人：農(nóng)燕

·會(huì)議活動(dòng)部負(fù)責(zé)人：喬顥益、許克新、董今福

· 投融資及戰(zhàn)略層面合作：劉雨菲

·本平臺(tái)簽約設(shè)計(jì)公司：一畫(huà)開(kāi)天（北京）文化創(chuàng)意設(shè)計(jì)有限公司

· 航天加（深圳）股權(quán)投資基金管理負(fù)責(zé)人：楊艷