星座自主运行是指卫星在不依赖地面设施的情况下 , 自主判定星座的状态、维持星座的几何构型 , 卫星要自主完成飞行任务所要求的功能或操作。除非发生非常意外的事情，一般情况下不需要人力干预。

实现自主运行需要具备两个关键技术。

一是自主导航，需要卫星自主判断是不是飞行在正确的轨道上，如果有偏差，要能够自动纠正。二是自主控制，卫星要根据任务，自主控制卫星上的电力分配、热控制、姿态控制、通信有效载荷等工作。

可通过三种方法实现自主导航。第一种方法是测量自然数据，就是通过测量相对于地球、太阳、重要恒星的位置来确定卫星自身的位置，也可以通过测量地球磁场变化来确定卫星自身的位置。第二种方法是利用全球导航卫星系统。低轨道卫星一般飞行在 1 000km 以下，而导航卫星飞行在距离地球 20 000km 左右的高度。所以，低轨道卫星可以“看”到大量的导航卫星，利用导航卫星发射的导航信号确定自己的位置、速度。考虑到中国、美国、俄罗斯和欧洲都部署了自己的导航星座，空间导航信号非常丰富，为低轨道卫星的自主导航提供了良好条件。第三种方法就是利用星座内部相临卫星之间的相互沟通，彼此测量距离和方位，例如在卫星上安装激光 发射器、接收器和反射镜，通过互相照射来确定彼此的相对位置。具体的实现手段有点类似于导航卫星定位，但服务对象只是星座内的卫星。

人们往往把卫星当作一个“多智能体系统”。所谓“智能体”，是一种可以根据外部环境、依赖自身“经验”，自主做出响应的软件体系。人类不需要对“智能体”输入具体的控制命令，只要输入一些高级命令，“智能体”可以将高级命令分解成具体的参数来执行。其中的区别就如同遥控飞机和真正的无人机一样。人们在操作遥控飞机的时候，要不停地晃动摇杆，不停地发出飞行控制指令。而真正的无人机只需要得到预先设定的航线信息，就可以根据气流、气压、姿态，自动输出飞行指令。低轨道的宽带卫星并不需要灵活机动，只要让它们处于某一个固定轨道即可。

最早验证自主运行功能的并不是通信小卫星，而是美国 NASA 的“深空一号”探测器（见图1）。这颗探测器于 1999 年 5 月发射。在执行任务中，地面控制人员向航天器发送了一系列高级命令任务 , 而不是传统上的详细命令序列。航天器上的计算机把任务进行自主分解、规划、执行，同时还监视卫星上硬件的状况。试验取得了重大成果。

“深空一号”探测器

星座的自主运行比单颗卫星的自主运行更复杂。每颗卫星之间要保持相对固定的几何关系。一般来说，用一颗或者几颗卫星作为参考卫星，其他卫星参考它们的实时位置来确定自己的飞行计划。互联网星座一般运行

在低轨道上，由于受到地球非球形、大气阻力、太阳光压等摄动因素干扰，参考卫星的轨迹也会发生不断的变化，需要做出实时调整。其他卫星一方面要做出相应调整，另一方面还要考虑与其他卫星的相对位置，不发生碰撞。

比较有利的一面是，互联网星座中的卫星不需要大范围机动，只要按既定轨道绕地球旋转就可以了。因此在“铱星”研制期间，设计师们提出了一个“误差盒”的概念，卫星自主控制自己的各种运行参数，使其不超出这个“误差盒”的边界。每隔一星期左右，地面控制站就要更新一次卫星的星历，由此得出新的“误差盒”。根据理论研究，这种“误差盒”可以把卫星编队的间距控制得很近，甚至达到 50m 左右。但是天基互联网并不需要卫星之间距离那么近。比较有风险的位置是两个轨道面交叉的交汇点，只要在交汇点做好管制工作，就可以避免卫星彼此碰撞。

----摘自《卫星互联网 助力新基建的硬科技》

来源: 《卫星互联网 助力新基建的硬科技》

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