基于多层级库存控制的卫星星座备件最优策略

近期开发低成本小卫星的大规模卫星星座（即巨型星座）的趋势日益增长，这带来了对高效且可扩展的维护策略决策方案的需求。传统卫星星座备件策略因在卫星数量及/或故障频率上的有限可扩展性而无法应对此类巨型星座。本文提出一种采用库存管理方法的新型备件策略。我们考虑在低于星座的海拔高度设置一组停泊轨道用于备件存储，并使用多层级 (s,Q) 型库存策略对卫星星座备件策略问题进行建模，将地面视为供应商、停泊轨道视为仓库、平面内备件库存视为零售商。该库存模型的独特之处在于，由于轨道力学效应，停泊轨道（仓库）会随时间偏离轨道平面，而平面内备件库存（零售商）在交付时将接收来自当时最近（即最小等待时间）可用仓库的补给。停泊轨道（仓库） also 从地面（供应商）补货，其提前期因订单处理与发射机会而随机，并利用单枚火箭发射多颗卫星的成本节约效应（即批量发射折扣）。所提解析模型通过拉丁超立方采样仿真得到验证。此外，基于所提模型，引入一种优化公式以识别最优备件策略，包括停泊轨道特性与所有位置策略，从而在给定性能要求下最小化系统维护成本。所提模型与优化方法应用于一个真实世界的卫星巨型星座案例以证明其价值。