大多数读者都知道，美天军部队是全球（默认）官方卫星编目的维护者。当某个卫星发射升空、与其他卫星分离等时，他们会将其添加到目录中并分配官方卫星编号。这些编号通常是按顺序分配的，但也有很多例外。卫星编号并不表示物体之间的任何关系，即使编号仅相差一个。
他们分配的另一个标签是空间研究委员会（COSPAR）的标识符，许多组织通常用它来代替卫星编号。有趣的是，COSPAR分配的是一个“通用”标识符：他们是国际科学理事会的一部分，而不是政府组织。看起来像是像联合国这样的机构会分配这些标识符，但我不知道有任何人对美天军部队的分配提出异议。我编目过许多卫星，但从未想过要向任何人核实他们是否同意我的做法。（参见卫星编目——基本常识||美天军观察104）
美天军将 COSPAR 编号称为“国际编号”。这标识了卫星的发射来源，尽管其分配方式有些随意。COSPAR 编号标明了每次发射、每年的序列号，并添加字母（或字符）来区分每个发射目标。因此，如果某次发射是 2025 年的第五次发射，则该目标的 COSPAR 编号将是 2025-005 A、B、C 等。
这种略显过时的做法存在一些问题。然而，在某些情况下，它确实有所帮助。例如，如果一颗气象卫星从中国发射，其有效载荷、上面级、任何碎片以及其他物体都将获得连续的卫星编号，并共享相同的COSPAR基本编号。这样，以后你就能知道火箭上面级等发射物体来自哪个发射场。但也有一些例外：如果一颗小型卫星由“进步号”运载火箭从拜科努尔发射场发射，然后“进步号”运载火箭将其转移到国际空间站，之后该卫星从国际空间站部署，则该卫星将从国际空间站的“曙光号”运载火箭段获得COSPAR编号。
他们还添加了一个通用名称，尽管该过程存在很多问题，我们在本文中没有足够的篇幅来讨论。但有些卫星没有COSPAR编号：这些是未列入目录的“分析卫星”。这些待分析卫星目前的卫星编号在8万左右；其中许多是常规跟踪的卫星，但尚未被添加到卫星目录中。（参加卫星编目——承认一些被忽视的卫星||美天军观察105）
我之前写过一篇名为 RAAN 测试的文章，它是一种验证卫星编号或 COSPAR 编号分配是否正确的方法。我相信我是第一个使用这种精确绘制角度的方法来验证卫星编号或识别卫星发射来源的人。我基于自己的研究，认为当物体从同一轨道开始运行时，它们会在某些定义轨道的角度上发生非常规律的变化。由于篇幅有限，本文无法对轨道进行长篇讨论，但我之前写过的一些文章对此进行了较为详细的介绍。
轨道可以定义为特定时间的一组六个数值。一组数值是一个向量，包含相对于地球质心的 X、Y 和 Z 轴位置向量。再加上这些向量的变化率，也就是卫星的速度。这些数值在称为“历元”的时间有效。另一组数值是开普勒数集：其中包括偏心率和倾角等数值——这些数值是我们可以直观看到的。
开普勒星系统中定义轨道的角度之一有一个复杂的名称：升交点赤经（Right Ascension of the Ascending Node，RAAN）。我们可以把这个角度想象成告诉我们卫星轨道当前经过地球哪个位置的角度。如果我们取一组轨道参数及其历元时间，并绘制一个物体的RAAN值，就会发现变化非常恒定。随着时间的推移，轨道会绕地球“进动”，因此我们可以将这些图称为RAAN进动图。如果我们有多个来自同一次发射的物体，我们会发现它们从轨道上的同一点开始，并且RAAN的变化率相似。我的观点是，如果这些物体的RAAN变化率能够产生近似平行的线，那么它们很可能来自同一次发射。一个非常有趣的练习是绘制来自同一次发射的物体，其中有多个有效载荷和碎片，你会发现，尽管物体的质量不同，但它们的RAAN进动率非常相似。（参见卫星编目——为被忽视的“无名”卫星命名的可能技术||美天军观察106，卫星编目——识别“未知”卫星的另一类技术||美天军观察107）
让我们看一下最近一次发射的示意图，图中可以看到所有物体都具有相同的 RAAN 值和相同的进动速率，但重要的是要证明这一点，而不是仅仅声称如此。图一显示的是 COSPAR 2024-066 号探测器，它于 2024 年 4 月 7 日发射，发射时有 11 个物体。
正如预期的那样，所有物体在图中都生成一条线。它们位于超过550公里的稳定高度，因此大气阻力造成的分离只会缓慢发生。由于我之前写了这篇文章，我以为是一块轻碎片的卫星59452被编入了Korsat-1，所以它是一个有效载荷。
图2显示的是中国较早的火箭——风云三号D型火箭，它搭载了两个有效载荷和一个上面级，后来有两块碎片被记录下来。根据COSPAR的识别码，我们知道它们都来自同一次发射，我认为我们可以相信这一点，因为绘制的线是平行的。
如您所见，这些物体产生的线几乎平行，表明了RAAN的变化率。有效载荷被追踪的次数最多，而上面级由于规模较大，也被追踪的次数也最多，因此它们获得的点最多。这两块碎片可能被追踪了一段时间，之后才被编入目录，这一点从卫星编号上可以看出来；它们被追踪的次数也较少。它们确实被追踪过一段时间，被称为“分析卫星”，但这些线几乎平行。正如我之前所说，Space Track还有一组卫星，它们的卫星编号为8x,xxx系列。这些是“分析”卫星，通常会被定期追踪，但不会列入卫星目录。随着时间的推移，其中一些最终会被编入目录。我担任轨道分析师时，曾为那些我不确定其大小或稳定性是否足以定期追踪的物体创建过分析卫星，如果它们被追踪到，我就会将它们编入目录。
| 一个非常有趣的练习是绘制同一次发射中的物体，其中有多个有效载荷和碎片，你可以看到，尽管物体的质量不同，但它们的 RAAN 进动率非常相似。 |
当然，我们必须探讨导致RAAN进动的原因，而这在一本可以追溯到卫星跟踪早期的优秀教材中得到了最好的解释，那就是由威廉·塞勒更新的“贝特、穆勒和怀特”教材。这是对几代轨道分析家都曾学习过的经典教材的更新。在书的第127页，作者解释[1]，地球并非球形，而是由于自转，其凸起部分从赤道向外逐渐变细，因此赤道平面及其周围的质量更大。这些质量对卫星施加力，使其加速向赤道方向运动，并产生一个使轨道平面旋转的扭矩。 （有关更深入的解释，请参阅书中，这里没有空间。）但我要说的是，倾角对于 RAAN 岁差率非常重要，倾角余弦位于方程的分子中，它使我们能够与位势系数 J2 一起计算 RAAN 岁差率。[2]
因此，倾角非常相似的物体将具有非常相似的 RAAN 进动率，我们必须查看轨道在哪里，RAAN 的值是多少。
RAAN 测试还包括 RAAN 的实际值：许多卫星被放入“平面”中，以覆盖地球的部分地区，而围绕平面的散射则同时覆盖极地和赤道地区。
一个很好的例子就是中国的遥感卫星群，它由多颗情报收集卫星组成。让我们来看看他们的两次电子情报发射。发射目标包括多个平面，每次发射都有多颗卫星分布在轨道平面上。他们使用了几种倾角，但在本例中，我使用了两个倾角约为63度的倾角。如果绘制这些平面，你会发现它们的RAAN值不同，因此它们在地球周围分布。但它们的RAAN进动率几乎相同，因此这些平面仍然均匀分布在地球周围。要判断一颗未知卫星是否来自遥感卫星发射，你需要确定它位于哪个平面，并查看进动率是否匹配。
请注意，我给出的是卫星目录中的常用名称：这是它们不一致的一个方面。一次发射的名称带破折号，另一次则没有。我没有绘制两次发射的所有天体，因为线条彼此重叠。我还有更多包含其他遥感卫星发射的图，但这张图具有代表性，呈现了清晰的图像。
希望我能尽快汇报一下我使用这项技术为分析卫星分配COSPAR编号的一些进展。这非常耗时。
致谢
如果没有同事们的帮助，这篇文章是不可能完成的。Mike Marston 编写了一款用于对卫星进行分类和分组的关键软件的核心部分。他编写 C 和 C++ 代码的能力远超我。AJ Dormer 在软件方面也提供了巨大的帮助：他非常擅长软件开发，而且非常乐于助人。这些图表是用一款设计精良的应用程序 DataGraph 制作的，Pamela Schultz 博士也给了我很大的帮助，她解答了我的疑问。大多数人会使用其他应用程序来制作图表，但 DataGraph 的速度更快，也更直观。
这项技术的灵感源自我担任轨道分析员时使用的一个程序——FLINT。这是美国空军上尉威廉·E·维塞尔（William E. Wiesel）开8发的“外国发射交互式碎片分离”（Foreign Launch Interactive Piece Separation，显然作者想出了他想要的缩写）。我们用它完成了很多任务：对发射产生的物体进行编目、处理机动操作等等。该程序运行在我们用于维护目录的427M计算机系统上，并绘制了随时间变化的“残差”，以便我们将观测结果与元素集进行比较。由于残差可能很快变得过大，它只适用于短时间观测。相比之下，RAAN测试比较的是轨道元素而不是残差，最适合在数周或数月的观测时间内使用。
这些图表可能让人想起美国国家航空航天局轨道碎片计划办公室和其他机构使用的“Gabbard”图，但 RAAN 测试可以让我们在几个月内追踪哪些卫星被识别为哪些卫星。
尾注
- 天体动力学基础，第二版，Bate、Mueller、White 和 Saylor 编著。Dover 出版社，2020 年。第 127 页。
- 天体动力学基础，第二版，Bate、Mueller、White 和 Saylor 编。Dover 出版社，2020 年。第 352 页。
作者简介：查尔斯·菲利普斯是一位资深的航天业资深人士。他曾是美国空军退役中校，1978年开启职业生涯，先后在太空防御中心和太空计算中心担任轨道分析员；当时太空计算中心位于科罗拉多州的夏延山综合设施。之后，他前往阿拉斯加州Clear AF站担任弹道导弹预警系统（BMEWS）雷达站的高级主管。作为一名现役空军军官，他曾担任航天飞机飞行控制员，并在STS 51-C、51-J、51-L以及STS 26和27任务期间驻扎在约翰逊航天中心。之后，他担任太空实验室生命科学-1号（STS-40）的飞行控制员，并为太空实验室生命科学-2号（STS-58）提供支持。此后，他参与了航天飞机/和平号计划、国际空间站载人研究中心的工作，并负责航天飞机和国际空间站的安全工作。现在，他是一位独立的轨道分析员。