Starlink星座与Cosmos碎片间距离仿真分析
文 | 刘帅军、徐帆江、刘立祥、严文励、胡海龙、王大鹏（中国科学院软件研究所 天基综合信息系统重点实验室）
摘要：首先对Starlink（星链）卫星发射及在轨情况进行简要介绍，至今（截止2022年8月21日）已发射共计3074颗星链卫星，在轨良好率92.4%。进一步，对星链卫星与Cosmos 1408碎片的间距进行仿真分析，结合08.07日数据来看，在10 km安全距离下受影响卫星占比28.2%。后续，将进一步结合Starlink与碎片历史轨迹，开展自主避撞系统实际情况的分析工作。
截止2022.08.21，StarLink发射58批次共计3074颗卫星。各批次发射时间与个数如下表所示：
注1：发射时间指北京当地时间，即国际协调时UTC+0800；
按发射卫星版本而言：
按卫星倾角而言：
当前，在轨活跃的2791颗卫星（统计对象不含2022年8月20日发射的53颗星），总体良好率92.39%。
在轨卫星分布如下图所示：
图1 Starlink在轨卫星分布-三维视图（2022-08-21）
图2 Starlink在轨卫星分布-二维视图（2022-08-21）
Cosmos 1408卫星是前苏联于1982年9月发射的一颗电子信号侦查卫星，重1,750公斤，载荷重量630公斤，设计寿命6个月。
2021年11月15日，俄罗斯开展陆基导弹反卫试验并摧毁已废弃的Cosmos 1408卫星，这一试验产生了超过1700多个碎片。截止2022年8月16日，在轨碎片为646个，大多数分布在82.5度轨道倾角、300~1000 km轨道高度上。
Starlink卫星与Cosmos 1408部分碎片的轨道高度相近，这导致了较大的碰撞风险。如下图为2022-08-07 00:01:39 时刻下的Starlink卫星与Cosmos 1408碎片位置分布：
图3 Starlink卫星与Cosmos 1408碎片的空间位置分布（2022-08-07 00:00:00）
上图中，Starlink卫星与碎片的距离最小处仅6.7 km，具体为：
卫星：NORAD编号为52537的STARLINK-3897卫星，隶属于2022-05-14发射的Starlink Group 4-13。
碎片：NORAD编号为49886的Cosmos 1408碎片，轨道高度560 km，倾角82.54度。
以8月7日至8日的24小时为例，Starlink卫星与Cosmos 1408碎片距离小于10km的情况，涉及到：
762颗starlink卫星（占比：28.2%，当时Starlink在轨2698颗卫星）[注：与国际COMSPOC机构相关结果基本一致，详细：https://spacenews.com/starlink-satellites-encounter-russian-asat-debris-squalls/]
290个碎片（占比：46.93%，当时在轨碎片618个）
3231个采样时刻（占比：3.74%，以1s采样时刻，共计86400采样时刻）
分析周期内，Starlink卫星与碎片最近距离在小于10km的情况，随时间变化如下：
图4 Starlink卫星与Cosmos 1408碎片最小距离在2022.08.07一天内的变化
Cosmos 1408碎片产生时间为2021年11月15日，在此事件前后，Starlink卫星运行的空间环境发生了较大变化。现在已知Starlink卫星星上装配有自动避撞系统，而该系统实际表现如何却未曾得知。
后续，将进一步结合Starlink卫星与碎片的历史轨迹，开展自主避撞系统实际情况的分析工作，对于探索Starlink变轨能力、自主避撞机制等具有重要意义。
