同步軌道通信衛(wèi)星占頻保軌現(xiàn)象分析與實(shí)測(cè)

鄭景輝，毛銀盾，施 娟，王鯤鵬，溫昌禮

1.上海大學(xué)，上海 201900 2.中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)，上海 201600 3.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 10094 4.32035部隊(duì)，西安 710200

0 引 言

衛(wèi)星頻軌資源是指衛(wèi)星電臺(tái)使用的頻率和衛(wèi)星所處的空間軌道位置，是全人類(lèi)共有的自然資源，有限且不可再生.因此，頻軌資源的獲取不是單一國(guó)家能夠主宰的，各國(guó)需要依據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟 (international telecommunication union,ITU)制定的規(guī)則進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，頻軌的申請(qǐng)和投入使用需要經(jīng)過(guò)相關(guān)國(guó)際組織的協(xié)調(diào).

近年來(lái)，空間技術(shù)發(fā)展迅速，人類(lèi)已朝太空發(fā)射了三萬(wàn)多顆衛(wèi)星和航天器，頻軌資源日益緊張.以地球同步軌道為例，對(duì)地覆蓋范圍大，運(yùn)轉(zhuǎn)周期等于地球自轉(zhuǎn)周期，有利于地面站的跟蹤通信[1].因此，多數(shù)通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星都在地球同步軌道.北美航空司令部 (north american aerospace defense command,NORAD) 最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，目前在地球同步軌道有1500多顆衛(wèi)星，通信衛(wèi)星有946顆，還處在工作狀態(tài)的約 447 顆，地球同步軌道處于十分擁擠的狀況.

隨著衛(wèi)星通信和導(dǎo)航等應(yīng)用的需求增長(zhǎng)，地球同步軌道帶的頻軌資源更加稀缺，各國(guó)圍繞頻軌資源的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈.美國(guó)、俄羅斯等航天強(qiáng)國(guó)從上世紀(jì)五六十年代就已向ITU申報(bào)并依照國(guó)際程序獲取了大量的頻率軌道資源，以支撐其數(shù)量龐大的衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，這也導(dǎo)致目前很多好用的頻段和軌道位置都已被這些大國(guó)占用.并且，在規(guī)則尚未完善之前，許多被申請(qǐng)的頻軌資源處于閑置狀態(tài)，囤積在一些運(yùn)營(yíng)商和國(guó)家手中.

2019年10月，世界無(wú)線電大會(huì) 2019 (WRC-19) 探討對(duì)大型星座運(yùn)營(yíng)商提出更嚴(yán)格的發(fā)射節(jié)點(diǎn)要求，以防止衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商以1顆衛(wèi)星來(lái)囤積供幾百乃至數(shù)千顆衛(wèi)星使用的無(wú)線電頻譜資源.WRC-19 最后文件對(duì)《無(wú)線電規(guī)則》中的條款做出了修訂[2]，其中和占頻保軌相關(guān)的條款原文如下：

(1)“通知投入使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或空間電臺(tái)任何頻率指配的日期不得遲于無(wú)線電通信局收到提交的相關(guān)完整資料之日起的七年.在要求的期限內(nèi)未投入使用的任何頻率指配須予以注銷(xiāo)，無(wú)線電通信局須至少在該期限到期日三個(gè)月前通知該主管部門(mén)”.

(2)“如果一個(gè)具有發(fā)射或接受頻率指配能力的對(duì)地靜止衛(wèi)星軌道空間電臺(tái)部署在所通知的軌道位置并連續(xù)保持 90 天，則該頻率指配須視為已啟用”.

地球同步衛(wèi)星(包括地球靜止衛(wèi)星)通常安裝有推進(jìn)系統(tǒng)，以供衛(wèi)星從 GTO 轉(zhuǎn)移軌道入軌，位置保持、姿態(tài)保持、變軌機(jī)動(dòng)和退役后進(jìn)入墳?zāi)管壍?墳?zāi)管壍赖母叨韧ǔ１韧杰壍栏?00～300 km)等.由于當(dāng)前同步軌道帶軌位資源稀缺，衛(wèi)星密度大，并且有許多通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、軍事偵擦衛(wèi)星和科學(xué)衛(wèi)星等，空間態(tài)勢(shì)比較復(fù)雜，存在多種形式，多種目的的軌道機(jī)動(dòng)：

(1)對(duì)正常工作的同步衛(wèi)星，運(yùn)營(yíng)商須進(jìn)行一系列用于保持位置的常規(guī)性操作，確保衛(wèi)星保持在預(yù)定經(jīng)緯度區(qū)間內(nèi).國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定：地球靜止衛(wèi)星保持位置的區(qū)間在正負(fù) 0.05° 的范圍內(nèi)，對(duì)于傾角大于 5° 的衛(wèi)星，軌道節(jié)點(diǎn)交叉角在正負(fù) 0.1°[3].

(2)具有很強(qiáng)機(jī)動(dòng)能力的軍事敏感衛(wèi)星在執(zhí)行任務(wù)時(shí)會(huì)進(jìn)行大范圍機(jī)動(dòng)，轉(zhuǎn)移軌道位置來(lái)執(zhí)行某些任務(wù).

(3)通信衛(wèi)星的“占頻保軌”，為了應(yīng)對(duì) ITU 對(duì)頻軌資源的規(guī)定，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商通常會(huì)在一顆新衛(wèi)星入軌前，將在軌同步通信衛(wèi)星從當(dāng)前位置移動(dòng)至另一個(gè)申請(qǐng)了頻率的位置[3]，直至有新的衛(wèi)星入軌接管或至少保持 90 天使該位置的頻率指配視為已啟用.占頻保軌屬于通信衛(wèi)星的常規(guī)操作，非常普遍.

同步軌道上的這些機(jī)動(dòng)行為給航天活動(dòng)的安全帶來(lái)了挑戰(zhàn).為了更好的掌握同步軌道帶的空間態(tài)勢(shì)，同時(shí)，更好的理解和利用國(guó)際規(guī)則，我們需要對(duì)通信衛(wèi)星的“占頻保軌”行為進(jìn)行系統(tǒng)性的分析和整理.

本文以國(guó)際通信組織的 INTELSAT 系列衛(wèi)星的開(kāi)源歷史數(shù)據(jù)為主，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為輔，計(jì)算衛(wèi)星的軌道，統(tǒng)計(jì)變軌事件并找出其中屬于占頻保軌的變軌行為加以分析，總結(jié)規(guī)律.

1 衛(wèi)星軌道計(jì)算

1.1 TLE和SGP4軌道模型

兩行根數(shù)(two line elements,TLE)是NORAD基于一般攝動(dòng)理論生成的預(yù)報(bào)地球飛行器位置速度的一組根數(shù)體系.目前，兩行根數(shù)的應(yīng)用比較廣泛，基本上已經(jīng)成為了一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)也有很多單位利用兩行根數(shù)確定空間目標(biāo)的位置[4-5].TLE由兩行數(shù)據(jù)組成，每行69個(gè)字符，可用SGP4 (Simplified general perturbations program No.4)或SDP4 (Simplified deep space portion 4) 軌道模型來(lái)計(jì)算相關(guān)衛(wèi)星的位置和速度，兩者的差別只在于大氣攝動(dòng)項(xiàng).

SGP4/SDP4模型是利用Brouwer衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)理論，考慮了大氣攝動(dòng)，地球非球形引力田諧項(xiàng)攝動(dòng)和日月攝動(dòng)，形成的軌道分析理論，用作空間目標(biāo)的編目，以雙行根數(shù)TLE的形式發(fā)布[6].美國(guó)國(guó)防部 (United States department of defense,DoD) 在上世紀(jì)通過(guò)Space-Track Report No.3[7]發(fā)布了基于SGP4/SDP4模型和雙行根數(shù)預(yù)測(cè)衛(wèi)星位置的方程式和源代碼，但是并未公布在使用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并修改后的模型和代碼，導(dǎo)致Space-Track Report No.3這個(gè)報(bào)告中的模型和代碼跟DoD用于生產(chǎn)并發(fā)布TLE的模型不同.2006年VALLADO等人，合成了 SGP4/SDP4 模型最新且準(zhǔn)確的版本，并提供源代碼與測(cè)試案例，測(cè)試結(jié)果以及對(duì)SGP4理論版本的分析，可以和NORAD發(fā)布的根數(shù)吻合[8].總之，為了保證計(jì)算星歷表的精度，建議使用最新的 SGP4/SDP4 模型和相應(yīng)的計(jì)算工具.

圖2 在軌同步衛(wèi)星位置分布Fig.2 Distributuion of GEO Satellites

1.2 TLE數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于觀測(cè)等限制，NORAD發(fā)布的TLE軌道數(shù)據(jù)一般每天更新一次.然而在采用衛(wèi)星長(zhǎng)期的(從發(fā)射至今) TLE軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)有些 TLE數(shù)據(jù)時(shí)間完全一致，或時(shí)間間隔很短的，但軌道相差很大的根數(shù).這是由于定軌弧段包含了軌控期間的數(shù)據(jù)，而定軌的動(dòng)力學(xué)模型 (SGP4/SDP4) 并沒(méi)有引入軌控期間的力學(xué)模型.NORAD對(duì)于 TLE 數(shù)據(jù)有一套自動(dòng)檢核的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)誤差較大的根數(shù)會(huì)調(diào)整定軌策略，生成并發(fā)布另外一組根數(shù)，通常來(lái)說(shuō)，后面的根數(shù)要比之前更準(zhǔn)確[4].重復(fù)的 TLE 根數(shù)在導(dǎo)入模型計(jì)算時(shí)會(huì)出錯(cuò)，因此，在處理有大量 TLE 軌道的數(shù)據(jù)時(shí)需要進(jìn)行篩選，剔除重復(fù)數(shù)據(jù).例如INTELSAT 706 (23571) 自 2012/08/21 到 2020/05/01 共有TLE根數(shù) 5743組，剔除重復(fù)歷元根數(shù)150組，占比2.61%，有效數(shù)據(jù)約97.39%.

對(duì)于時(shí)間間隔很短的根數(shù)，若TLE的數(shù)據(jù)軌道偏差較大，在長(zhǎng)期軌道分布的曲線中會(huì)表現(xiàn)為離散的點(diǎn)，一些出錯(cuò)的TLE根數(shù)同理.對(duì)于INTELSAT系列衛(wèi)星，多數(shù)已經(jīng)在軌運(yùn)行了多年，一些看似散點(diǎn)的數(shù)據(jù)可能是包含了數(shù)周甚至幾個(gè)月的數(shù)據(jù)，無(wú)法簡(jiǎn)單分辨，如圖3，INTELSAT 706的半長(zhǎng)軸有不少地方表現(xiàn)為散點(diǎn)，超出正常的分布范圍，其中有些屬于誤差較大的異常值，有些處于變軌中的弧段.本次研究使用聚類(lèi)方法中的kNN (k-nearest neighbor) 算法檢測(cè)離群點(diǎn)，并剔除其中屬于異常點(diǎn)的數(shù)據(jù).

圖3 INTELSAT 706 半長(zhǎng)軸隨時(shí)間的分布(未篩選野值)Fig.3 INTELSAT 706 Semi-major Axis’s relation with time

1.3 基于密度和 k-最近鄰的離群點(diǎn)檢測(cè)

1.3.1k最近鄰算法

k最近(k-nearest neighbor,kNN) 算法最初由兩位學(xué)者 COVER和HART 在1967年提出[9]，目的是為了給數(shù)據(jù)集分類(lèi).在訓(xùn)練集中尋找k個(gè)距離測(cè)試點(diǎn)s最近的點(diǎn)，若k個(gè)距離最近點(diǎn)中的多數(shù)屬于某一個(gè)類(lèi)別，則將s歸于那個(gè)類(lèi)別.因其對(duì)一些數(shù)據(jù)集能簡(jiǎn)單高效的進(jìn)行分類(lèi)(或回歸)，目前被廣泛用于訓(xùn)練基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類(lèi)模型，并被評(píng)為T(mén)op 10 algorithms in data mining[10].

若有訓(xùn)練集D={(x,y)}，x為數(shù)據(jù)集，如衛(wèi)星軌道參數(shù)等，y為類(lèi)別作為標(biāo)簽.對(duì)測(cè)試點(diǎn)s(x′,y′)計(jì)算它與點(diǎn)集中所有元素的歐式距離

(1)

對(duì)根據(jù)距離d的大小對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行排序，得到前k個(gè)最近鄰列表Ds，接下來(lái)引入投票方法[10]

(2)

其中v是代表類(lèi)別標(biāo)簽，yi是第i個(gè)s最近鄰點(diǎn)的標(biāo)簽，I返回有變括號(hào)內(nèi)等式是否成立，成立則為1，否則為0.最終，算法便依照以上兩式，將測(cè)試點(diǎn)分類(lèi)到類(lèi)別：y′中.如圖4使用kNN算法為藍(lán)色的星形點(diǎn)分類(lèi)，將其分到k個(gè)最近鄰點(diǎn)所屬顏色占多的那一類(lèi)中(綠或紅).

圖4 kNN示意圖，若k=7，藍(lán)色星形點(diǎn)將被歸類(lèi)到綠色三角形點(diǎn)集Fig.4 kNN:If k=7,test point will be grouped into point set 2

1.3.2 離群點(diǎn)檢測(cè)

(3)

以INTELSAT 706的半長(zhǎng)軸分布為例，在給定一個(gè)k值的情況下，某個(gè)點(diǎn)的離群點(diǎn)得分如下：

(1)如果該點(diǎn)是距離點(diǎn)集大部分元素較遠(yuǎn)的孤立點(diǎn)，則密度會(huì)很低，可以視作誤差較大的異常值，需要進(jìn)行剔除.

(2)如果是處于正在正常工作階段，半長(zhǎng)軸保持不變，則該弧段所有點(diǎn)位的離群點(diǎn)得分O會(huì)約等于一常數(shù)c波動(dòng)小于0.01.

(3)處于弧段兩端或持續(xù)調(diào)整軌道的弧段，點(diǎn)位的離群點(diǎn)得分略小于c.

在使用SGP4/SDP4模型預(yù)報(bào)軌道參數(shù)時(shí)，大部分根數(shù)間隔1天，由于許多目標(biāo)有多達(dá)十幾年的數(shù)據(jù)，所以選取預(yù)報(bào)的步長(zhǎng)為12 h，這樣能使絕大部分根數(shù)得到利用，同時(shí)使數(shù)據(jù)不會(huì)過(guò)于龐大.在進(jìn)行離群點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，若數(shù)據(jù)弧段處于同步衛(wèi)星正常在軌工作狀態(tài)，通常相鄰半長(zhǎng)軸變化量小于0.1，為了凸顯半長(zhǎng)軸變化的影響，時(shí)間單位設(shè)為(10 h)，即Δt=1.2(10h).則當(dāng)k=7時(shí)，O=c=0.364.本次研究中，以半長(zhǎng)軸a為參照，計(jì)算半長(zhǎng)軸隨時(shí)間分布的點(diǎn)集A=(t,a)，令剔除異常點(diǎn)的閾值為0.2，若點(diǎn)(ti,ai)的離群度得分O小于0.2即視為異常點(diǎn)，剔除t=ti時(shí)的軌道參數(shù)(半長(zhǎng)軸，傾角，星下點(diǎn)位置等).

圖5是23571在剔除前后的半長(zhǎng)軸散點(diǎn)圖，篩選前孤立的離散點(diǎn)(用紅圈標(biāo)出)在篩選后已被剔除，剩下的離群點(diǎn)看似孤立其實(shí)有不少數(shù)據(jù)聚集，屬于變軌弧段.

圖5 INTELSAT 706 數(shù)據(jù)篩選前后的半長(zhǎng)軸分布Fig.5 INTELSAT 706 Semi-major Axis

2 基于TLE分析同步衛(wèi)星占頻保軌

2.1 歷史案例分析

利用NORAD在網(wǎng)上發(fā)布的TLE根數(shù)計(jì)算 INTELSAT系列同步通信衛(wèi)星的軌道，在篩選異常值后，計(jì)算衛(wèi)星半長(zhǎng)軸，傾角，星下點(diǎn)經(jīng)度，緯度這四個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的分布.通過(guò)這些參數(shù)的變化來(lái)斷同步衛(wèi)星的變軌事件，并分析是否存在占頻保軌行為.

如圖6和7是INTELSAT 706的星下點(diǎn)經(jīng)度，以及星下點(diǎn)經(jīng)緯度密度分布.

圖6 INTELSAT 706 星下點(diǎn)經(jīng)度分布Fig.6 INTELSAT 706 longitude

圖7中，橫軸為衛(wèi)星工作經(jīng)度，縱軸為緯度，顏色越紅，該區(qū)域散點(diǎn)密度越大，表明衛(wèi)星在此位置停留的時(shí)間越長(zhǎng).可以看出，該衛(wèi)星從2000年1月1日起直至退役離軌，一共在5個(gè)不同位置長(zhǎng)期停留過(guò)，停留的時(shí)間均超過(guò)90天，足以使軌道頻率指配啟用.該衛(wèi)星在不同經(jīng)度停留的時(shí)間如表1.

圖7 INTELSAT 706 星下點(diǎn)密度分布Fig.7 INTELSAT 706 sub-satellite point's density

表1 INTELSAT 706工作經(jīng)度Table 1 INTELSAT 706 longitude

INTELSAT 706在50.2°E和54.8°E停留最久，在圖7中表現(xiàn)為在經(jīng)度50°E附近，顏色最深，最紅.衛(wèi)星退役后，進(jìn)入比同步軌道高約300 km的墳?zāi)管壍?，相?duì)于地面向西漂移，并且傾角也隨之變化，在圖7上留下有一定分布規(guī)律的離散的點(diǎn).

圖8是TNTELSAT 709(23915)的軌道參數(shù).這顆衛(wèi)星同INTELSAT 706一樣，在軌期間多次變換定位點(diǎn)，在每個(gè)定位點(diǎn)的保持時(shí)間均超過(guò)90天，實(shí)質(zhì)上達(dá)到了占頻保軌的作用.值得注意的是，該衛(wèi)星在2012年10月11日起停留在47.5°E的定位點(diǎn)，持續(xù)約112天，隨即退役，進(jìn)入墳?zāi)管壍?這是一種標(biāo)準(zhǔn)的占頻保軌行為，在老齡衛(wèi)星退役前，用剩余燃料機(jī)動(dòng)至另外一個(gè)頻軌來(lái)啟用當(dāng)前軌道位置的頻率指配，然后可以結(jié)束使命，進(jìn)入墳?zāi)管壍缊?bào)廢.

圖8 INTELSAT 709 軌道參數(shù)Fig.8 INTELSAT 709 orbit

事實(shí)上，利用即將退役的衛(wèi)星進(jìn)行占頻保軌是運(yùn)營(yíng)商普遍采用的策略，在分析的67個(gè)INTELSAT衛(wèi)星中，除去分析起始之日2000/01/01起已經(jīng)退役的衛(wèi)星，有39顆在在軌期間進(jìn)行過(guò)軌道機(jī)動(dòng)，轉(zhuǎn)移定位點(diǎn)，其中21顆確認(rèn)退役進(jìn)入墳?zāi)管壍?，?顆在退役前轉(zhuǎn)移定位點(diǎn)進(jìn)行占頻保軌，占比1/3.

圖9是國(guó)際通信衛(wèi)星INTELSAT 901(26715)的軌道參數(shù)隨時(shí)間分布，INTELSAT 901入軌的位置在67.5°W，短暫停留60天后，轉(zhuǎn)移到18°W的位置，持續(xù)運(yùn)行了十六年.這種在入軌初期停留在一個(gè)位置60天左右隨后變軌的行為，應(yīng)是占頻保軌.在當(dāng)時(shí)規(guī)則并未完善的情況下，利用有通信能力的衛(wèi)星前往申請(qǐng)到的軌位，并通知ITU無(wú)線電通信局已啟用頻率指配，則該頻軌資源就可以被國(guó)際電信聯(lián)盟登記為已啟用，不會(huì)因超過(guò)期限而被注銷(xiāo).目前能找到的最早對(duì)頻率指配的啟用做出相關(guān)規(guī)定的法律/規(guī)章文件是2012年修訂出版《無(wú)線電規(guī)則》，規(guī)定靜止軌道衛(wèi)星須在軌道位置保持90天，該軌道的頻率指配才能被視作已啟用.

圖9 INTELSAT 901 軌道參數(shù)Fig.9 INTELSAT 901 orbit

2.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

2017年，中科院上海天文臺(tái)在云南麗江部署了一套同步軌道動(dòng)態(tài)監(jiān)視光學(xué)系統(tǒng) (FocusGEO)[10-12]，收集了大量觀測(cè)數(shù)據(jù).以INTELSAT 37E(42950)為例.這顆衛(wèi)星在2017年10月27日前后入軌，軌道位置在84.5°E，96天后，抬升軌道，向西漂移，2018年2月24日在18°W定點(diǎn)，如圖10.衛(wèi)星在入軌的位置短暫停留后就變軌轉(zhuǎn)移，正是一次典型的占頻保軌行為，停留天數(shù)96天，符合《無(wú)線電規(guī)則》對(duì)頻率指配啟用的相關(guān)規(guī)定.

圖1 在軌同步衛(wèi)星類(lèi)別統(tǒng)計(jì)，通信衛(wèi)星占比約 80%Fig.1 Kind of GEO satellites,80% are communication satellites

2017年10月至2018年1月INTELSAT 37E占頻保軌期間，該衛(wèi)星正好在在麗江FocusGEO系統(tǒng)的觀測(cè)范圍內(nèi)，并觀測(cè)到它變軌的過(guò)程.2018/01/28—2018/02/06，對(duì) INTELSAT 37E共收集到4個(gè)站圈數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)定軌得到衛(wèi)星的 TLE 和軌道參數(shù)和如表2,3.

表2 INTELSAT 37E自主根數(shù)Table 2 INTELSAT 37E TLEs

可以看出，2018年1月29日的觀測(cè)弧段，INTELSAT 37E還保持在84.49°E但半長(zhǎng)軸已經(jīng)小幅升高，有變軌跡象.2018年2月5號(hào)和6號(hào)，再次觀測(cè)到INTELSAT 37E，發(fā)現(xiàn)該衛(wèi)星已經(jīng)大幅變軌，半長(zhǎng)軸 在 42574.7 km，已經(jīng)處于墳?zāi)管壍溃诳焖傧蛭髌?，星下點(diǎn)經(jīng)度在50.14°E.當(dāng)時(shí)推測(cè)INTESAT 37E在29號(hào)和5號(hào)間變軌抬升了軌道.從圖10中可以看出，根據(jù)網(wǎng)上根數(shù)計(jì)算的軌道，INTELSAT 37E在2018年2月1日發(fā)生的變軌，變軌前后的半長(zhǎng)軸，星下點(diǎn)位置等與麗江站FOCUS GEO系統(tǒng)觀測(cè)結(jié)果一致，后續(xù)觀測(cè)結(jié)果表明，INTELSAT 37E進(jìn)一步提高軌道高度，向西漂移，逐漸漂出我們的觀測(cè)范圍.

圖10 INTELSAT 37E 軌道參數(shù)Fig.10 INTELSAT 37E orbit

值得注意的是，INTELSAT 37E在向西漂移時(shí)，軌道高度很高，已進(jìn)入墳?zāi)管壍?對(duì)于航天器來(lái)說(shuō)，墳?zāi)管壍烙休^多空間碎片，在這個(gè)軌道上移動(dòng)，風(fēng)險(xiǎn)較高.在本次研究中發(fā)現(xiàn)有變軌行為的39顆INTELSAT衛(wèi)星中，除了退役離軌，有30顆衛(wèi)星做過(guò)向西漂移的機(jī)動(dòng)，衛(wèi)星數(shù)量和向西變軌弧段最高半長(zhǎng)軸A(單位 km)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

(4)

大部分INTELSAT選擇 42200 km～42300 km的軌道轉(zhuǎn)移定位點(diǎn)，具體高度取決于目標(biāo)經(jīng)度與當(dāng)前經(jīng)度的距離.

表3 INTELSAT 37E 軌道參數(shù)Table 3 INTELSAT 37E’s Orbit parameters

2.3 其他通信衛(wèi)星占頻保軌案例

JCSAT 16 (41729)，是一顆日本通信衛(wèi)星，2016 年8月14日發(fā)射，作為Super bird 8衛(wèi)星的在軌備份星.

如下圖，自2018年8月14日起，JCSAT 16開(kāi)始機(jī)動(dòng)，在 144.9°E，144.0°E，136.0°E 分別停留了83天，91天，84天.2019/07/29漂移至124°E停留了350天后再次開(kāi)始機(jī)動(dòng).這種頻繁的轉(zhuǎn)移軌道且駐留時(shí)間不長(zhǎng)的行為，疑似運(yùn)營(yíng)商利用這顆備份星來(lái)占頻保軌，其中在144.0°E停留的天數(shù)符合ITU啟用頻率指配的規(guī)定，在其他兩個(gè)軌位停留的時(shí)間也與ITU規(guī)定接近.

3 結(jié) 論

本文以 INTELSAT 國(guó)際通信衛(wèi)星為研究對(duì)象，研究同步衛(wèi)星的占頻保軌行為.利用TLE和 SGP4/SDP4軌道模型計(jì)算這些衛(wèi)星的軌道，提出了基于密度和k-最近鄰的離群點(diǎn)檢測(cè)來(lái)篩選數(shù)據(jù)野值的方法.分析發(fā)現(xiàn)，“占頻保軌”行為在同步軌道通信衛(wèi)星中非常普遍.在67顆INTELSAT衛(wèi)星中，有 39顆在運(yùn)行期間有變軌行為，占比56.7%，這些變軌行為實(shí)質(zhì)上都能起到占頻保軌的作用.存在明顯占頻保軌行為(在軌道位置上短暫的停留后再次變軌機(jī)動(dòng)，停留時(shí)間剛好能使頻率指配視作啟用)的INTELSAT衛(wèi)星有11顆，占比16.4%，其中有7顆衛(wèi)星在臨近退役前采取占頻保軌的操作，占已退役衛(wèi)星的1/3.統(tǒng)計(jì)了變軌弧段的軌道特征，發(fā)現(xiàn)大部分衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)幅度不超過(guò)150 km，只有個(gè)別急需大范圍機(jī)動(dòng)的衛(wèi)星會(huì)冒險(xiǎn)接近空間碎片較多的墳?zāi)管壍?

通信衛(wèi)星的占頻保軌行為體現(xiàn)了如今頻軌資源稀缺和寶貴，各國(guó)圍繞頻軌資源的競(jìng)爭(zhēng)正在加劇.美、俄等老牌航天強(qiáng)國(guó)更是在早期參與了相關(guān)國(guó)際規(guī)則的制定，利用技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)搶先占據(jù)了大量?jī)?yōu)質(zhì)的頻軌資源.我國(guó)在早期并非規(guī)則的制定者，掌握的頻軌資源有限，應(yīng)當(dāng)充分利用國(guó)際規(guī)則，采取靈活的策略來(lái)更高效的使用頻軌資源，占頻保軌就是其一.

致謝：感謝負(fù)責(zé)執(zhí)行日常觀測(cè)任務(wù)的觀測(cè)助手，他們的辛勤工作為本次研究提供了數(shù)據(jù)支持.感謝麗江觀測(cè)站和驪山觀測(cè)站在設(shè)備運(yùn)行期間提供的大力幫助.