Starlink星座與Cosmos碎片間距離仿真分析
文 | 劉帥軍、徐帆江、劉立祥、嚴文勵、胡海龍、王大鵬（中國科學院軟件研究所 天基綜合信息系統重點實驗室）
摘要：首先對Starlink（星鏈）衛星發射及在軌情況進行簡要介紹，至今（截止2022年8月21日）已發射共計3074顆星鏈衛星，在軌良好率92.4%。進一步，對星鏈衛星與Cosmos 1408碎片的間距進行仿真分析，結合08.07日數據來看，在10 km安全距離下受影響衛星占比28.2%。后續，將進一步結合Starlink與碎片歷史軌跡，開展自主避撞系統實際情況的分析工作。
截止2022.08.21，StarLink發射58批次共計3074顆衛星。各批次發射時間與個數如下表所示：
注1：發射時間指北京當地時間，即國際協調時UTC+0800；
按發射衛星版本而言：
按衛星傾角而言：
當前，在軌活躍的2791顆衛星（統計對象不含2022年8月20日發射的53顆星），總體良好率92.39%。
在軌衛星分布如下圖所示：
圖1 Starlink在軌衛星分布-三維視圖（2022-08-21）
圖2 Starlink在軌衛星分布-二維視圖（2022-08-21）
Cosmos 1408衛星是前蘇聯于1982年9月發射的一顆電子信號偵查衛星，重1,750公斤，載荷重量630公斤，設計壽命6個月。
2021年11月15日，俄羅斯開展陸基導彈反衛試驗并摧毀已廢棄的Cosmos 1408衛星，這一試驗產生了超過1700多個碎片。截止2022年8月16日，在軌碎片為646個，大多數分布在82.5度軌道傾角、300~1000 km軌道高度上。
Starlink衛星與Cosmos 1408部分碎片的軌道高度相近，這導致了較大的碰撞風險。如下圖為2022-08-07 00:01:39 時刻下的Starlink衛星與Cosmos 1408碎片位置分布：
圖3?Starlink衛星與Cosmos 1408碎片的空間位置分布（2022-08-07 00:00:00）
上圖中，Starlink衛星與碎片的距離最小處僅6.7 km，具體為：
衛星：NORAD編號為52537的STARLINK-3897衛星，隸屬于2022-05-14發射的Starlink Group 4-13。
碎片：NORAD編號為49886的Cosmos 1408碎片，軌道高度560 km，傾角82.54度。
以8月7日至8日的24小時為例，Starlink衛星與Cosmos 1408碎片距離小于10km的情況，涉及到：
762顆starlink衛星（占比：28.2%，當時Starlink在軌2698顆衛星）[注：與國際COMSPOC機構相關結果基本一致，詳細：https://spacenews.com/starlink-satellites-encounter-russian-asat-debris-squalls/]
290個碎片（占比：46.93%，當時在軌碎片618個）
3231個采樣時刻（占比：3.74%，以1s采樣時刻，共計86400采樣時刻）
分析周期內，Starlink衛星與碎片最近距離在小于10km的情況，隨時間變化如下：
圖4 Starlink衛星與Cosmos 1408碎片最小距離在2022.08.07一天內的變化
Cosmos 1408碎片產生時間為2021年11月15日，在此事件前后，Starlink衛星運行的空間環境發生了較大變化。現在已知Starlink衛星星上裝配有自動避撞系統，而該系統實際表現如何卻未曾得知。
后續，將進一步結合Starlink衛星與碎片的歷史軌跡，開展自主避撞系統實際情況的分析工作，對于探索Starlink變軌能力、自主避撞機制等具有重要意義。
