As the commercial space economy expands, existing ground-based infrastructure faces severe bottlenecks in supporting the data-intensive continuous connectivity needs of next-generation "space users," including CubeSats, space data centers, and more. Even when utilizing existing Ku-band ground relay networks, the contact time with a CubeSat at low-Earth orbit (LEO) is often still limited to minutes per day only. This paper analyzes an alternative system design that leverages emerging high-rate millimeter-wave (mmWave) and sub-terahertz (sub-THz) inter-satellite links to build a high-throughput and high-availability satellite-based relay backbone for space vehicles. To evaluate this concept, we develop a comprehensive mathematical framework that jointly incorporates complex time-variant orbital dynamics and mmWave/sub-THz link characteristics. We then derive the key performance indicators, including contact probability, channel capacity, and energy efficiency. The numerical results, cross-verified by computer simulations, demonstrate that such systems can provide improvements of up to several orders of magnitude compared to existing networks of ground stations. Notably, we identify a fundamental bound on download capacity and show that continuous 24/7 connectivity becomes achievable with only ten LEO relay satellites. These findings establish mmWave and sub-THz satellite relay networks as a promising, scalable, and energy-efficient solution, thus unlocking improved connectivity with various space vehicles of tomorrow.


翻译:随着商业太空经济的扩张,现有地面基础设施在支撑下一代"太空用户"(包括立方星、太空数据中心等)对数据密集型连续连接需求时面临严重瓶颈。即便利用现有Ku波段地面中继网络,近地轨道立方星的每日接触时间仍通常仅限数分钟。本文分析了一种替代系统设计方案,该方案利用新兴的高速毫米波与亚太赫兹星间链路,为太空飞行器构建高吞吐量、高可用性的星基中继骨干网。为评估这一概念,我们发展了一个联合纳入复杂时变轨道动力学与毫米波/亚太赫兹链路特性的综合数学框架,进而推导出关键性能指标(包括接触概率、信道容量及能量效率)。经计算机仿真交叉验证的数值结果表明,相较现有地面站网络,此类系统可实现高达数个数量级的性能提升。值得注意的是,我们发现了下载容量的基本界限,并证明仅需十颗低轨中继卫星即可实现全天候连续连接。这些发现确立了毫米波与亚太赫兹卫星中继网络作为可扩展、高能效的解决方案,从而为未来各类太空飞行器解锁更优连接性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

面向军用卫星通信的更具韧性方案
专知会员服务
17+阅读 · 1月30日
卫星导航技术发展综述
专知会员服务
8+阅读 · 2025年7月11日
通信行业:智能低空通感网络白皮书
专知会员服务
15+阅读 · 2025年7月7日
万字长文!《卫星通信中的人工智能综述》
专知会员服务
60+阅读 · 2022年8月8日
【智能制造】美欧航天制造智能化发展分析
产业智能官
12+阅读 · 2019年6月6日
刘亚威 | 美国国防部数字工程战略解读(全文)
走向智能论坛
18+阅读 · 2019年4月10日
新年快乐!无人机测控通信自组网技术综述
无人机
32+阅读 · 2019年2月5日
【物联网】物联网产业现状与技术发展
产业智能官
15+阅读 · 2018年12月17日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员