35分鐘看遍全球！科學家突破性衛星群組設計震撼登場

最新研究提出革命性的低軌道衛星星座設計，透過衛星群組與群體智慧最佳化技術，僅需891顆衛星就能實現精準地球觀測，經電腦模擬驗證可在35分鐘內完成全球掃描。

衛星星座長期支撐著現代生活的方方面面，從大家每天使用的GPS導航、全球網路服務到太空偵察任務。目前知名的系統如美國GPS、俄羅斯Glonass、中國北斗和SpaceX的星鏈計畫，都是透過衛星群協同運作來提供無縫服務。如今，新一代低軌道巨型星座即將徹底改變我們觀測地球的方式。

不過，設計這種大型星座絕非易事。這是一個高度複雜的非線性問題，傳統分析方法往往難以解決。早期設計只需確保衛星能均勻覆蓋地球，但現代應用還需滿足高解析度成像、快速資料傳輸等專業需求。

近期發表在《太空：科學與技術》期刊的研究帶來突破性解法。由哈爾濱工程大學、中國空間技術研究院和史蒂文斯理工學院組成的團隊，開發出創新的低軌巨型星座設計方法。他們的核心概念是將衛星分為「主星」與「伴星」兩類，透過協調軌道配置實現更智慧靈活的佈局。

研究團隊特別考量了幾個關鍵因素：成像掃描寬度、衛星子群組的同步編隊飛行，以及利用機載儀器實現的全球平衡覆蓋。他們首先將整個星座分為主星和伴星，每個主星周圍都有一小組伴星環繞，這些衛星群組均勻分佈在地球周圍。

研究人員採用回歸軌道模型計算主星的最佳軌道引數，同時考慮地球非球形引力等自然因素來維持軌道穩定性。接著計算每個衛星群組的地表掃描範圍，確保全球無死角覆蓋。最後根據使用者要求的資料回傳時間，確定每條軌道需要配置多少主星。

透過結合軌道高度、時間安排、衛星間距和覆蓋範圍等要素，團隊建立了一套完整的巨型星座設計方法。伴星的軌道引數則根據Clohessy-Wiltshire方程式計算，確保與主星保持穩定的相對運動。

在實際模擬中，研究團隊將軌道傾角設為66度，回歸係數Q=15，單一衛星群組成像寬度1500公里，單顆衛星成像寬度140公里。經過最佳化演算後，最終選定由81顆主星和810顆伴星組成的891顆衛星星座，可在35分鐘內完成極區以外的全球協同觀測。

這項突破性研究為未來地球觀測任務開闢了新途徑，相關成果已發表於《Space: Science & Technology》期刊，DOI:10.34133/space.0175。

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