近日，美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)官方網(wǎng)站發(fā)布消息稱(chēng)，由于遭遇地磁暴，該公司2月3日發(fā)射的49顆星鏈衛星中，多達40顆衛星于次日已經(jīng)或將要墜入大氣層損毀。該公司強調，這些脫軌衛星與其他衛星相撞的風(fēng)險為“零”。

　　資料圖：“獵鷹9”火箭發(fā)射升空。新華社發(fā)(美國太空探索技術(shù)公司供圖)

　　中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員羅冰顯對科技日報記者表示，截至2月12日，公開(kāi)資料顯示，本批次發(fā)射的星鏈衛星已有5顆確認墜毀，10余顆仍在軌運行，其余衛星情況還不明朗。

　　“這些脫軌衛星與其他衛星碰撞的幾率比較低，但說(shuō)風(fēng)險為‘零’有些絕對。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授雷久侯對科技日報記者表示，如果近段時(shí)間發(fā)射衛星，還是需要規避經(jīng)過(guò)失控衛星的空域。

　　約210公里軌道高度，“星鏈”衛星遭遇最低級別地磁暴

　　什么是地磁暴?羅冰顯解釋?zhuān)?yáng)風(fēng)到達地球，帶來(lái)地球磁場(chǎng)的擾動(dòng)，如果擾動(dòng)劇烈，就是地磁暴。太陽(yáng)活動(dòng)高年，地磁暴發(fā)生次數更多，級別也更高。

　　“這次星鏈衛星損毀事件期間遇到的地磁暴，屬于最低級別的地磁暴。”羅冰顯告訴科技日報記者，通常使用地磁Kp指數來(lái)表征地磁擾動(dòng)的強弱，Kp指數劃分為0到9級，Kp=5表示發(fā)生了低級別地磁暴?？臻g天氣監測顯示，當地時(shí)間2月4日，這批星鏈衛星在約210公里處遭遇了Kp=5級別的地磁暴。

　　“這種級別的地磁暴，從1957年到現在，平均每年發(fā)生50多天。在太陽(yáng)活動(dòng)高年，一年發(fā)生120多天。”羅冰顯說(shuō)，低級別地磁暴對于普通在軌衛星影響不大，基本可控。

　　Kp=9是強地磁暴，地球輻射環(huán)境、大氣環(huán)境都會(huì )發(fā)生劇烈變化，相關(guān)機構會(huì )針對強地磁暴做出相應的預警、防護和規避措施。

　　談及這次地磁暴的產(chǎn)生原理和過(guò)程，雷久侯說(shuō)，伴隨太陽(yáng)表面的爆發(fā)，一般地球會(huì )受到三輪攻擊：電磁輻射增強(耀斑，8分鐘左右達到地球)、高能粒子流(1小時(shí)左右到達地球)以及從太陽(yáng)日冕拋射出的高速等離子體云。

　　“這次星鏈衛星事件，是由1月29日太陽(yáng)的M級耀斑，伴隨1月30日的中等強度的日冕拋射物質(zhì)事件引起。”雷久侯接著(zhù)說(shuō)，太陽(yáng)風(fēng)攜帶的等離子體團，2月3日到達地球附近后，與地球磁場(chǎng)相互作用，通過(guò)壓縮地球磁層頂、以及發(fā)生磁場(chǎng)重聯(lián)等過(guò)程，引起地球空間的磁層及環(huán)電流系統產(chǎn)生劇烈擾動(dòng)，從而產(chǎn)生地磁暴。

　　專(zhuān)家：地磁暴只是誘因，損毀或禍起“衛星推進(jìn)策略”

　　埃隆·馬斯克及其企業(yè)雖在太空探索領(lǐng)域有諸多創(chuàng )新和突破，但其2014年提出的“星鏈”計劃廣受非議。該項目原計劃向太空發(fā)射1.2萬(wàn)顆衛星，但該公司已獲準再建造約3萬(wàn)顆衛星，可能使衛星總數增加至4.2萬(wàn)顆。據報道，截至2021年12月底，該公司已經(jīng)發(fā)射了近1900顆衛星。

　　“ ‘天災’跟‘人禍’綜合到一起了。”據雷久侯分析，這次星鏈衛星事件是遭遇地磁暴而引起地球大氣受到加熱，使得衛星阻力增加而不能升軌導致。不過(guò)，雷久侯指出，這些衛星受損可能主要還是衛星推進(jìn)策略以及衛星設計導致，大氣阻力升高只是一個(gè)誘因。

　　據了解，星鏈衛星運行在500公里軌道附近，傾角約55度。為何這次卻在210公里軌道高度栽了跟頭?

　　羅冰顯指出，本批次發(fā)射的星鏈衛星的推進(jìn)策略是，先用火箭將衛星送入210公里的預定軌道，再用電推進(jìn)器將衛星送往更高處。然而衛星停留在210公里時(shí)遭遇地磁暴。

　　“衛星處于210公里的軌道，此時(shí)采用電推進(jìn)方式，大氣阻力與推進(jìn)力可能大體相當。但是這次地磁暴導致大氣阻力增強，推進(jìn)作用失效。除此之外，衛星設計上，其進(jìn)入安全模式回不了升軌狀態(tài)。”雷久侯說(shuō)。

　　美國太空探索技術(shù)公司稱(chēng)，2月4日發(fā)生的一場(chǎng)地磁暴對這些衛星造成嚴重影響，使衛星所在區域的大氣變暖，密度增加，衛星受到的大氣阻力比以往發(fā)射時(shí)的水平增加高達50%。

　　羅冰顯分析了這一數據的合理性。“經(jīng)過(guò)計算和觀(guān)測確認，這次地磁暴引起了大氣密度的上升。此外，在衛星受大氣阻力而高度下降的過(guò)程中，會(huì )遭遇越來(lái)越稠密的大氣。綜合來(lái)看，短時(shí)間內衛星受到的大氣阻力上升50%是合理的。”他說(shuō)。

　　在雷久侯看來(lái)，如果一開(kāi)始就將衛星送到更高軌道，即使遇到更強的地磁暴，甚至強很多倍的擾動(dòng)，也不會(huì )引起衛星快速損毀。他補充道，一般衛星都會(huì )推到更高軌道，不會(huì )?？吭?10公里高度。因為，大氣密度隨高度指數衰減，軌道抬升100公里，大氣阻力要低1-2個(gè)數量級，400-500公里軌道高度的大氣阻力相對較小。

　　“這些星鏈脫軌衛星從約210公里往下墜毀，重新進(jìn)入大氣層后會(huì )燃燒殆盡，不會(huì )產(chǎn)生太空碎片，也不會(huì )有衛星零部件撞擊地球表面。”羅冰顯說(shuō)。

　　對于脫軌星鏈衛星的風(fēng)險問(wèn)題，雷久侯表示，這些衛星處于約210公里的低軌道高度，所受的阻力比較大，能維持的壽命比較短，在無(wú)控制的情況下，估計十幾天或更長(cháng)的時(shí)間會(huì )在隕落過(guò)程中基本燃燒殆盡。此外，這個(gè)軌道很少有其他衛星駐留，因而相碰撞的幾率也比較低。

　　地磁暴對人造衛星的影響有多大?

　　雷久侯表示，地磁暴期間，來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子沉降和(電流)焦耳加熱，這時(shí)在極區容易看到極光活動(dòng)增強，同時(shí)會(huì )引起全球高層大氣溫度增加。大氣膨脹，衛星軌道附近的大氣密度增加，使得衛星阻力增強。

　　另外，還有其他很多影響，比如大氣成分改變，大氣的環(huán)流改變，相對應的區域由大氣電離的等離子體，通常說(shuō)的電離層也會(huì )發(fā)生劇烈變化，影響衛星和地面通訊。

　　值得強調的是，地磁暴期間，保護地球的磁場(chǎng)結構會(huì )發(fā)生改變，很多處在更高軌道的衛星，比如同步衛星，就會(huì )暴露于不同磁場(chǎng)和等離子環(huán)境，從而受到高能粒子的直接攻擊，甚至導致一些衛星器件失效。

　　羅冰顯對記者說(shuō)，強大的太陽(yáng)爆發(fā)事件可能導致強烈的地磁暴，并影響軌道上的衛星或地面上的基礎設施，比如在20世紀就有兩個(gè)著(zhù)名例子。

　　1979年，美國的“天空實(shí)驗室”(Skylab)在軌期間處于太陽(yáng)活動(dòng)高年，由于多次地磁暴的累積效應，地球大氣層的膨脹使得“天空實(shí)驗室”受到的大氣阻力劇增，軌道加快衰減，“天空實(shí)驗室”比預期更快墜入大氣層燒毀。

　　1989年，一場(chǎng)地磁暴使得加拿大魁北克省的電網(wǎng)過(guò)載，導致該地區出現大范圍的斷電事故，持續了9-12個(gè)小時(shí)。另?yè)蟮?，幾乎同一時(shí)期，美國空間目標跟蹤系統上千個(gè)目標需要重新定位，新發(fā)射飛行物的跟蹤辨認困難。
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