星间集群自组织网络：探索星际通信的新方向

星间自组织网络是指由多颗同构的空间实体以自组织网络形式通信，空间实体身份对等，承担数据转发任务。根据空间实体距离的大小，分为三种：（1）星群；（2）星座；（3）编队飞行。距离分布从几十米到几千米［16］不等。根据轨道位置，分为单轨道和多轨道。

卫星星座部署在单一轨道内，环绕卫星位于多边形的顶点，并相对于某一参考卫星（或虚拟卫星—基准点）形成特定的编队构形在轨道上飞行。以编队飞行绕飞轨道（Flying Around Orbit）的卫星群（Satellite Cluster）组成空间自组织网络，空间距离较近，飞行器群同构，例如AFRL计划在2004年发射三颗卫星在椭圆轨道上飞行，卫星相对距离为100米到5千米。皮纳卫星航天器微型化的趋势，在质量、体积和功耗上要求更为苛刻，纳卫星重量在10千克以下，皮卫星在1千克以下。卫星的距离在1米到10米之间。要求控制精度较高。

卫星星座布置在多个不同的轨道上，如图1.3所示，形成一个三维的拓扑结构。如多个卫星组成环绕不同轨道的Delta星座和玫瑰星座。如多个立方体纳形卫星可以组合成一个微型卫星［17］，在以星座组网或星群编队的形式执行分布式空间任务方面，具有极大的优势。文献［18］将地面Ad Hoc网络的概念引入皮纳卫星集群飞行任务中，提出了皮纳卫星Ad Hoc网络的概念。利用卫星的机遇通信，中继传输卫星，多个卫星通过自组织形成多跳网络，如NASA利用MGS、ODY以及MRO等多个轨道器实现对机遇号、勇气号的中继通信。(www.xing528.com)

图1.3 立方体星空网络结构组成

空间实体分布密度依赖轨道特点和卫星性能，分布在同一轨道内的卫星，间隔两三度，因此同一轨道内的卫星最多150颗，而皮纳卫星受限体积和质量，因此空间传输距离有限，皮纳卫星群的密度较大。