Stargaze：融合星鏈數(shù)據(jù)提升空間態(tài)勢感知能力

文 | 劉帥軍、徐帆江、劉立祥、嚴(yán)文勵、秦琰（中國科學(xué)院軟件研究所）

SpaceX公司近期推出太空態(tài)勢感知（SSA）系統(tǒng)：Stargaze（譯為：星象監(jiān)測），該系統(tǒng)充分利用星鏈在軌衛(wèi)星的星敏感器數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)地基觀測將探測能力提升了數(shù)個數(shù)量級。本文首先對星象監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行介紹，進(jìn)而給出該系統(tǒng)的空間態(tài)勢感知能力仿真分析，并結(jié)合近期星鏈衛(wèi)星大規(guī)模降軌事件做對比分析。

相關(guān)結(jié)果表明，星鏈星座依據(jù)單星敏感器數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)觀測到6763顆空間目標(biāo)，而大規(guī)模降軌后星象監(jiān)測系統(tǒng)態(tài)勢感知能力提升4%?？紤]到這些星鏈衛(wèi)星會搭載不止1個星敏感器，且隨時間推移，整個空間目標(biāo)幾乎都可觀測，空間態(tài)勢感知能力極大提升。

來源：SpaceX

PART 01

Stargaze簡介

美國當(dāng)?shù)貢r間2026年1月29日，SpaceX公司在官網(wǎng)上公布了一個新的產(chǎn)品：“星象監(jiān)測：SpaceX的太空態(tài)勢感知系統(tǒng)”。根據(jù)其官網(wǎng)披露信息：

SpaceX開發(fā)了一項名為Stargaze的新型空間態(tài)勢感知（SSA）系統(tǒng)，該系統(tǒng)能顯著提升低地球軌道（LEO）衛(wèi)星運行的安全性和可持續(xù)性，其篩查數(shù)據(jù)將在未來幾周內(nèi)免費向廣大衛(wèi)星運營商社區(qū)開放。

當(dāng)前一些做法——例如將火箭殘骸遺留在低地球軌道、衛(wèi)星運營商不共享軌道預(yù)測或未與其他在軌衛(wèi)星協(xié)調(diào)就進(jìn)行機(jī)動、以及某些國家開展反衛(wèi)星試驗——已導(dǎo)致碰撞風(fēng)險顯著升高，亟待完善太空交通協(xié)調(diào)機(jī)制。傳統(tǒng)監(jiān)測手段通常每天僅對太空物體進(jìn)行有限次觀測，導(dǎo)致軌道預(yù)測存在較大誤差，而劇烈變化的太空天氣更使這一問題雪上加霜。

相比傳統(tǒng)地基觀測系統(tǒng)，星象監(jiān)測系統(tǒng)將探測能力提升了數(shù)個數(shù)量級。該系統(tǒng)利用近3萬臺星敏感器采集數(shù)據(jù)，每臺設(shè)備持續(xù)觀測鄰近空間目標(biāo)，整個觀測網(wǎng)絡(luò)每日可探測到約三千萬次過境數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)可自主探測在軌飛行目標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)，并通過聚合處理近乎實時地為所有探測目標(biāo)生成精確的軌道估計及位置速度預(yù)測。這些預(yù)測數(shù)據(jù)將匯入太空交通管理平臺，用于識別太空目標(biāo)間潛在的近距離接近情況，并生成交會數(shù)據(jù)信息（CDMs）。為充分發(fā)揮高頻觀測數(shù)據(jù)的效用，SpaceX開發(fā)了本系統(tǒng)，能夠在數(shù)分鐘內(nèi)提供交會篩查結(jié)果，而當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通常需要數(shù)小時。

為確保所有在軌衛(wèi)星的安全，SpaceX公司將通過其太空交通管理平臺向所有運營商免費提供"星鏈"交會數(shù)據(jù)。該平臺此前已與十余家衛(wèi)星運營商進(jìn)行"封閉測試"，實現(xiàn)了低延遲星歷數(shù)據(jù)共享與交會篩查。今年春季起，向平臺提交星歷數(shù)據(jù)（軌道預(yù)測）的運營商除可獲取其他參與方星歷外，還將收到基于星鏈數(shù)據(jù)的交會數(shù)據(jù)消息（CDMs）。此舉將確保各運營商能低延遲獲取用于交會評估的最佳可用數(shù)據(jù)。

Stargaze在太空安全應(yīng)用方面已具備可靠的實踐記錄。2025年末，一顆星鏈衛(wèi)星與某第三方衛(wèi)星發(fā)生交匯——后者正在進(jìn)行機(jī)動操作，但其運營商未共享星歷數(shù)據(jù)。直到交匯發(fā)生前五小時，預(yù)測的最近距離仍約為9000米，這被視為安全的規(guī)避距離，碰撞概率為零。然而之后，第三方衛(wèi)星執(zhí)行了一次機(jī)動變軌，使預(yù)測的最近距離驟降至約60米。Stargaze迅速偵測到此次機(jī)動，并向監(jiān)測平臺發(fā)布了更新后的軌道數(shù)據(jù)，生成新的碰撞數(shù)據(jù)消息（CDMs）并立即分發(fā)給相關(guān)衛(wèi)星。最終，星鏈衛(wèi)星在偵測到機(jī)動后一小時內(nèi)作出響應(yīng)，規(guī)劃了規(guī)避機(jī)動方案，將碰撞風(fēng)險重新降為零。

若依賴傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)或高延遲的交匯監(jiān)測流程，在如此短暫的反應(yīng)時間內(nèi)根本不可能實現(xiàn)風(fēng)險化解。倘若對第三方衛(wèi)星的觀測頻率降低、交匯分析耗時更長、或是規(guī)避決策需經(jīng)人工審批，此類事件很可能無法成功處置。

盡管Stargaze標(biāo)志著所有運營商安全飛行能力的重大進(jìn)步，但各運營商必須頻繁共享自身衛(wèi)星編隊的星歷數(shù)據(jù)。這對擁有機(jī)動航天器的運營商尤為重要。雖然Stargaze能比現(xiàn)有任何系統(tǒng)更快探測機(jī)動行為，但最權(quán)威的衛(wèi)星軌道信息仍應(yīng)由運營商主動提供，從而實現(xiàn)沖突化解并最大限度減少碰撞規(guī)避操作。星鏈系統(tǒng)每小時都會更新并公開共享星歷數(shù)據(jù)，所有其他運營商亦應(yīng)遵循此標(biāo)準(zhǔn)。這好比商業(yè)航空領(lǐng)域：全球每日數(shù)十萬架次航班能避免碰撞，正是因為彼此持續(xù)廣播位置與飛行計劃。同理，航天器運營商也應(yīng)遵循這種預(yù)測軌道共享的基本準(zhǔn)則。

我們通過免費提供星歷共享與交匯監(jiān)測服務(wù)，期待激勵運營商采取類似措施，共同推進(jìn)星歷數(shù)據(jù)共享與安全飛行實踐。

PART 02

Stargaze態(tài)勢感知能力仿真分析

如前文所述，SpaceX公司推出的Stargaze星象監(jiān)測系統(tǒng)，可有效提升空間態(tài)勢感知準(zhǔn)確性、時效性，本節(jié)基于星鏈及其他空間目標(biāo)在軌數(shù)據(jù)開展仿真分析。

基于2026年2月2日空間目標(biāo)軌道數(shù)據(jù)，共計28632個空間目標(biāo)（包含衛(wèi)星、碎片等）。其中星鏈衛(wèi)星9571顆，其余空間目標(biāo)共19061個。

基于星象監(jiān)測系統(tǒng)介紹，利用在軌星鏈衛(wèi)星近3萬個星敏感器，可推知每顆星鏈衛(wèi)星存在不止1個星敏感器?；谛擎満托窍蟊O(jiān)測系統(tǒng)，對全球其他空間目標(biāo)的態(tài)勢感知仿真，面臨如下兩方面挑戰(zhàn)：

1、不同版本衛(wèi)星搭載星敏感器數(shù)量可能不同，如星鏈V1.0、V1.5版本搭載數(shù)量可能較少，而V2.0Mini等版本搭載數(shù)量應(yīng)更多。

2、具體星敏感器在衛(wèi)星上的安裝方式（位置及角度等）、星敏感器指標(biāo)參數(shù)等尚未公開。

基于此，本文僅給出一種參考性的評估方式。

仿真分析部分選用UTC時間2026.02.02 00:00:00開始，共計10分鐘，時間步長1分鐘，為每顆星鏈衛(wèi)星的搭載1個星敏感器，且其視場角設(shè)置為20ox20o。

考慮到2026年1月2日，星鏈宣稱將把軌道高度550km左右的衛(wèi)星降低至480km。為此，開展降軌后的態(tài)勢感知能力對比分析。具體如下圖所示：

當(dāng)前軌道分布情況下，任一時刻整個星鏈衛(wèi)星利用單星敏感器可觀測到6763個其他空間目標(biāo)，而降軌70km后該觀測數(shù)量提升至7017.5個，相比而言可提升衛(wèi)星數(shù)量幅度為3.8%。

進(jìn)一步統(tǒng)計分析了在10分鐘內(nèi)，累計可觀測空間目標(biāo)的數(shù)量，降軌前后分別為：12880、13429，相比而言，降軌后提升4.3%。

PART 03

總結(jié)展望

本文對SpaceX新推出的太空態(tài)勢感知系統(tǒng)：Sgargaze（星象監(jiān)測）進(jìn)行介紹，同時對該系統(tǒng)開展空間目標(biāo)觀測數(shù)值仿真分析，并結(jié)合近期星鏈衛(wèi)星大規(guī)模降軌事件開展對比分析。

SpaceX公司推出的星象監(jiān)測太空態(tài)勢感知系統(tǒng)，顯著提升了太空監(jiān)視與軌跡預(yù)測能力。該系統(tǒng)脫胎于其星鏈星座的實際運營需求，在長期實踐中經(jīng)過反復(fù)驗證與迭代。隨著時間推移，星象監(jiān)測系統(tǒng)已日益成熟，并展現(xiàn)出可觀的商業(yè)化潛力，因而正式面向市場推出。

這種將技術(shù)積累轉(zhuǎn)化為可持續(xù)商業(yè)產(chǎn)品的思維模式極具借鑒意義?；仡檨砜?，從星鏈?zhǔn)状未笠?guī)模應(yīng)用氪離子推進(jìn)器、率先部署星間激光通信組件，到后來衍生出“星盾”安防業(yè)務(wù)線，再到如今推出星象監(jiān)測系統(tǒng)，SpaceX始終以領(lǐng)先技術(shù)與工程實踐推動業(yè)務(wù)拓展，每一步都具有開創(chuàng)性與行業(yè)引領(lǐng)性。預(yù)計該系統(tǒng)也將延續(xù)這一趨勢，成為其又一盈利增長點。

>End

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