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◎本報(bào)記者 張佳欣

俄羅斯《共青團(tuán)真理報(bào)》網(wǎng)站8日報(bào)道稱，埃隆·馬斯克的太空探索技術(shù)公司（SpaceX）發(fā)射的“星鏈”衛(wèi)星近期出現(xiàn)大量墜落現(xiàn)象?！靶擎湣毙l(wèi)星于2019年首次發(fā)射，2020年就有2顆衛(wèi)星墜落，在隨后的幾年，墜落的數(shù)量猛然增長。2020—2024年期間，“星鏈”共損失583顆衛(wèi)星。

物理學(xué)家組織網(wǎng)9日報(bào)道，美國國家航空航天局（NASA）戈達(dá)德太空飛行中心科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對這波“衛(wèi)星雨”進(jìn)行了深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)“星鏈”正面臨一個(gè)意想不到的威脅：太陽活動(dòng)。

太陽活動(dòng)強(qiáng)烈讓衛(wèi)星“提前退休”

太陽每11年會經(jīng)歷一次周期性的活動(dòng)增強(qiáng)階段。這個(gè)周期中，太陽風(fēng)暴和耀斑的頻率與強(qiáng)度會隨之波動(dòng)，影響地球的電離層和高層大氣結(jié)構(gòu)。

“太陽活動(dòng)增強(qiáng)會劇烈加熱地球電離層，尤其是基層區(qū)域。”國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會主席楊宇光10日在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)解釋說，“這會導(dǎo)致地球大氣的頂層電離層大氣膨脹、密度上升，使本來極為稀薄的高層大氣阻力成倍增加?！?/p>

他進(jìn)一步指出，這種大氣阻力雖小，卻因衛(wèi)星運(yùn)行速度高達(dá)每秒7.8公里，依然能對其產(chǎn)生顯著影響?！按髿庾枇εc密度乘以速度的平方成正比，所以速度一高，哪怕密度再稀薄，也會造成不小的減速效應(yīng)?！?/p>

來自NASA的3位科學(xué)家分析了2020—2024年間墜落地球的523顆“星鏈”衛(wèi)星在不同太陽活動(dòng)水平的軌道變化。2024年正處于太陽活動(dòng)的第25個(gè)周期，也是一個(gè)極大值期。

研究團(tuán)隊(duì)解釋說，本周期太陽“表現(xiàn)出比上一周期更為劇烈的活動(dòng)”。每顆“星鏈”衛(wèi)星原本設(shè)計(jì)的軌道壽命約為5年，但在2024年這一輪太陽活動(dòng)增強(qiáng)的階段，部分衛(wèi)星從280公里參考高度下降至重返大氣層高度的“下落”過程，所用時(shí)間比平時(shí)少了10—12天。研究表明，當(dāng)太陽活動(dòng)增強(qiáng)，引發(fā)地磁風(fēng)暴時(shí)，高層對衛(wèi)星的氣阻更大，讓衛(wèi)星加速減速，軌道衰減加劇，最終更快地墜入大氣層燒毀。

為什么低軌衛(wèi)星更容易受到太陽活動(dòng)影響？對此，楊宇光解釋說，關(guān)鍵在于大氣密度隨高度的急劇變化。在一百多公里到兩三百公里的高度，大氣密度差異非常大，對在低軌飛行的衛(wèi)星來說，阻力變化就非常大。而運(yùn)行在高軌道上的衛(wèi)星，所處環(huán)境大氣更為稀薄，受太陽活動(dòng)擾動(dòng)的影響要小得多。

飛行姿態(tài)失當(dāng)使衛(wèi)星“折戟沉空”

楊宇光告訴記者，一部分“星鏈”衛(wèi)星之所以在發(fā)射后不久就提前墜毀，原因不僅是太陽活動(dòng)增強(qiáng)所造成的大氣密度上升，還與它們在初始軌道上的飛行姿態(tài)密切相關(guān)。

“星鏈”衛(wèi)星采用電推進(jìn)方式，依賴太陽能帆板發(fā)電來驅(qū)動(dòng)電推進(jìn)裝置。然而，其軌道并非太陽同步軌道，軌道面與太陽的相對角度會隨時(shí)變化。衛(wèi)星在剛進(jìn)入軌道時(shí)，通常處于較低高度，需要展開太陽能板朝向太陽吸收能量。但在某些情況下，太陽的位置恰好與衛(wèi)星的飛行方向一致，導(dǎo)致太陽能板“迎風(fēng)前行”。

“這就像開車時(shí)迎著強(qiáng)風(fēng)打傘，阻力會驟然增加。在太陽活動(dòng)增強(qiáng)、大氣變‘濃’的時(shí)期，衛(wèi)星受到的阻力更大，本該逐步升高到工作軌道的衛(wèi)星，還沒來得及‘爬高’，就因減速過快提前墜入大氣層燒毀了?！睏钣罟庹f。

據(jù)報(bào)道，光是2024年這一年，就有316顆“星鏈”衛(wèi)星在大氣層中燒毀，創(chuàng)下了驚人的紀(jì)錄——平均每天都有近一顆衛(wèi)星“陣亡”。

楊宇光指出，這些事件多屬“個(gè)案”，并非系統(tǒng)性失敗。事實(shí)上，星鏈衛(wèi)星數(shù)量龐大，其策略是通過“多衛(wèi)星+容錯(cuò)設(shè)計(jì)”降低單顆衛(wèi)星的質(zhì)量控制成本，大部分離軌衛(wèi)星是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)異常后主動(dòng)離軌，而非完全失控。

墜毀頻繁引發(fā)環(huán)境與安全擔(dān)憂

在近期最嚴(yán)重的太陽活動(dòng)引發(fā)的地磁擾動(dòng)期間，有37顆“星鏈”衛(wèi)星重新進(jìn)入大氣層，其中軌道高度低于300公里的衛(wèi)星大約5天內(nèi)就墜落，而之前則需要超過15天。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2025年1月，就有超過120顆“星鏈”衛(wèi)星重新進(jìn)入大氣層，化作天空中的“火球雨”。

頻繁墜毀的“星鏈”衛(wèi)星引發(fā)了新的環(huán)境與安全問題。

美國《商業(yè)內(nèi)幕》網(wǎng)站報(bào)道稱，很多科學(xué)家擔(dān)心“星鏈”衛(wèi)星可能會以人們尚不了解的方式破壞大氣層。例如，衛(wèi)星“再入”大氣層的過程會釋放出鋁等金屬，而氧化鋁可以存在數(shù)十年并導(dǎo)致“嚴(yán)重的臭氧消耗”。

與此同時(shí)，還有一些公眾擔(dān)心，部分衛(wèi)星碎片可能無法在大氣中完全燒毀，從而墜落到地球帶來危險(xiǎn)。英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日報(bào)道稱，2024年8月，加拿大薩斯喀徹溫省一處農(nóng)場上，就發(fā)現(xiàn)了一塊重達(dá)2.5公斤的“星鏈”殘骸。這是目前唯一經(jīng)證實(shí)未在大氣層中燒毀的案例。

楊宇光表示，稍大一點(diǎn)的航天器中，可能存在一些耐燒部件，有掉落到地面的可能性，不過這種概率非常低。

責(zé)編：王銘俊

一審：王銘俊

二審：楊丹

三審：楊又華

來源：科技日報(bào)