基于METRIC理论的超大规模卫星星座多级备份策略

作者:骆天溯; 赵灵峰; 冯蕴雯; 薛小锋; 路成
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针对超大规模卫星星座可能存在的运行维护成本高、任务可用性低的问题,结合目前卫星量产、一箭多星的现状,提出了一种基于“multi可恢复项目控制梯队技术(Aristole)”的超大规模卫星星座多级备份策略。本文首先阐述了基于METRIC理论的卫星星座多级备份策略模型的原理。该备份策略考虑了三种备份模式:地面备份、驻车轨道备份和星座轨道备份。建立了考虑卫星年平均需求、预期需求和预期短缺的星座可用性模型,包括制造费用的星座备份成本模型和发射成本模型,以及以星座可用性为约束、星座备份成本为优化目标的数学优化模型。然后,以一个超大规模的低轨卫星星座为研究对象,利用遗传算法和边际分析法卫星对其进行了求解。最后,讨论了遗传算法和边际分析法在解决优化问题时的优缺点。结果表明,在相同星座可用性指标下,与传统的两级备份策略相比,星座多级备份策略可以有效降低年度备份成本。在保证星座可用性的前提下,大大降低了超大规模卫星星座的备份成本,为各级备份卫星数量的准确配置提供了指导。