STK搭建星座全流程与结果展示(Telesat,OneWeb,SpaceX)

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Telesat’s Ka-band constellation

Telesat’s Ka-band constellation comprises at least 117 satellites distributed in two sets of orbits: the first set (Polar Orbits) of 6 circular orbital planes will be at 1000 km, 99.5° inclination, with at least 12 satellites per plane; the second set (Inclined Orbits) will have at least 5 circular orbital planes, at 1200 km, inclined at 37.4°, with a minimum of 10 satellites per plane.

由此可见，搭建这个星座需要分为两步：

• Polar Orbits
• Inclined Orbits

创建一个两极轨道Polar Orbits的种子卫星

卫星主要轨道参数介绍

卫星轨道参数设置界面如下：

设置完成后，我们双击左侧Object栏中的Satellite1的图标，依然可以进入设置。

【1】第一组

• Semimajor Axis : 椭圆轨道半长轴。
• Eccentricity : 离心率。 e = 0 时椭圆轨道退化为圆轨道。
  

【2】第二组：需要区分Radius和Altitude的距离是相对哪个点计算的。

• Apogee Radius : 近地点半径。近地点到“地球球心”的距离。
• Perigee Radius：远地点半径。远地点到“地球球心”的距离。
• Apogee Altitude：近地点高度。近地点沿着半径方向到“地表”的距离。
• Perigee Altitude：远地点高度。远地点沿着半径方向到“地表”的距离。

如果他们两两相同，说明是圆轨道。

如果轨道是圆，那么Altitude+地球半径=Semimajor Axis，这是一个小学级别的算数问题。因此我们可以看到，随着Altitude参数设置的不同，第一组中的参数Semimajor Axis也会随之改变。

（注：地球半径约为6356.9088千米）

通过前面两组参数，我们可以确定卫星轨道的“二维”形状参数，但是具体的三维位置尚未确定。

【3】第三组

• inclination：轨道倾角。与参考平面（黄道或赤道）之间的夹角。
  

【4】第四组

• Argument of Perigee：近地点幅角（升交点与近地点之间的夹角）。

【5】第五组

• RNAA：升交点赤经。是卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。

通过inclination，Argument of Perigee和RNAA参数，进一步确认轨道“三维空间”位置。

【6】第六组

• Period：回归周期。卫星绕转一圈的时间。
• Mean Motion：每日轨道圈数。卫星一天能绕转的圈数。

Period和Mean Motion与轨道的第一组二维参数参数绑定，决定了卫星的“速度”参数。

[参考链接：STK基础知识（1）——轨道六根数 - 知乎 (zhihu.com)]

Polar Orbits参数具体设置

根据——1000 km, 99.5° inclination 的参数要求，设置如下：

（1）设置Eccentricity 为 0，轨道是圆。

（2）设置Apogee Altitude 为1000km，此时其他二维形状参数也会随之改变。

（3）设置Inclination 为 99.5 deg。卫星轨道从赤道平面倾斜到两级平面。

（4）其他保持不变。

基于种子卫星扩展到其他卫星，形成Polar Orbits卫星群

右键刚刚创建好的种子卫星，Satellite – Walker。

卫星轨道和数量设置

根据要求：6 circular orbital planes…with at least 12 satellites per plane。

• Number of Sats per Plane：每个平面上的卫星数。设置为12。
• Number of Planes：平面数。设置为6。

轨道类型设置

还有一个重要的设置是Type，他决定了由这个种子卫星扩展出的星座的轨道类型：

• Delta：倾斜轨道星座。

• Star：极轨道星座。

• Costom：自行设置轨道的星座。

​ 显然在本任务中，需要选取Star。

​ 参数设置完毕后，点击“Create Walker”创建漫步者卫星，形成星座。

如法炮制：搭建Inclined Orbits卫星群

种子卫星参数设置，然后通过Walker构建卫星群。

Telesat’s Ka-band星座最终视图

把两类卫星群分别改为一种颜色，更加直观。（Polar：蓝色；Inclined：红色）

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OneWeb’s Ku + Ka-band constellation

OneWeb’s Ku + Ka-band constellation comprises 720 satellites in 18 circular orbital planes at an altitude of 1200 km, each plane inclined at 87°.

这个较为简单，只需要一个两极卫星群就可以了。18个轨道，每个轨道40星，总计720星。

（注：扩展时不要勾选Color by Plane，每个轨道都能和种子卫星颜色保持一致。）

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SpaceX’s Ku + Ka-band constellation

SpaceX’s Ku + Ka-band constellation comprises 4425 satellites that will be distributed across several sets of orbits. The core constellation, which will be deployed first, is composed of 1600 satellites evenly distributed in 32 orbital planes at 1150 km, at an inclination of 53° (blue). The other 2825 satellites will follow in a secondary deployment, and will be distributed as follows: a set of 32 planes with 50 satellites at 1110 km and an inclination of 53.8° (orange), a set of 8 orbital planes with 50 satellites each at 1130 km and an inclination of 74° (magenta), a set of 5 planes with 75 satellites each at 1275 km and an inclination of 81° (black), and a set of 6 orbital planes with 75 satellites each at 1325 km and an inclination of 70° (yellow).

SpaceX的星链非常庞大，拥有4425星。有五个卫星群，都属于倾斜轨道卫星。

• 1150km-53deg：32个轨道，每个轨道50星，共计1600星。
• 1110km-53.8deg：32个轨道，每个轨道50星，共计1600星。
• 1130km-74deg：8个轨道，每个轨道50星，共计400星。
• 1275km-81deg：5个轨道，每个轨道75星，共计375星。
• 1325km-70deg：6个轨道，每个轨道75星，共计450星。

下图是五个种子卫星的轨道情况：

进行扩展后，得到完整的SpaceX星链：（在项目的2D-Graph设置选项中可以隐藏所有卫星名字）

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参考论文：

A technical comparison of three low earth orbit satellite constellation systems to provide global broadband