贺波勇, 李恒年, 周庆瑞, 麻蔚然

(1.西安卫星测控中心 宇航动力学国家重点实验室, 陕西 西安 710043;2.西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072; 3.中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室, 北京 100094)

Walker星座是全球覆盖最有效星座[1]，常用于对地观测、导航和互联网通信等。近年来，随着卫星和运载火箭标准化、商业化和产业化，星座部署成本降低。而全球观测覆盖率、重访时间分辨率等需求增长使得星座中卫星数量急剧增长，如Space-X公司Star-link互联网星座预计最终部署约42 000颗卫星。因单颗卫星系统故障解体或空间碎片撞击引发Kessler效应[2]可能导致Walker星座中同轨道面相邻多颗卫星均处于碎片带，进而产生故障，引起星座整体性能下降[3]。星座性能快速修复有2种途径：①地面具备快速发射响应能力，补充卫星来弥补失效卫星原有职能[4]；②依靠在轨卫星构型重构对星座整体性能进行一定程度修复[5]。前者由于近年来快速响应火箭技术发展逐渐被重视，但快响火箭运载能力和响应周期仍难满足现实需求，而后者因其可快速实现性被学者长期研究。对于卫星数量较少的星座可以采用轨道力学专家知识简单计算出可接受重构策略[5-6]，甚至采用间接法给出最优策略[7]，而对于卫星数量稍多的情况采用智能进化算法[8-10]或拍卖算法[11]给出可行重构策略。一些学者也将多Agent技术引入到卫星编队构型重构问题中来[12]，但重构位置分配问题仍利用拍卖算法求解[13]。随着星座中卫星数量急剧增长，轨道力学专家知识方法难以胜任，基于进化算法或拍卖算法的搜索方式显现出维数灾难问题[14]。……