科技日報(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。“星鏈”衛(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年至2024年期間，“星鏈”共損失583顆衛(wèi)星。
9日，物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道稱，美國國家航空航天局（NASA）戈達(dá)德太空飛行中心的科學(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。
太陽活動強(qiáng)烈讓衛(wèi)星“提前退休”
太陽是一顆“善變”的恒星，每11年會經(jīng)歷一次周期性的活動增強(qiáng)階段。這個(gè)周期中，太陽表面的磁場活動劇烈，太陽風(fēng)暴和耀斑的頻率和強(qiáng)度會隨之波動。這類太陽風(fēng)暴可謂“迷人的危險(xiǎn)”，它雖然能夠帶來美麗的極光，但同時(shí)也會影響地球的電離層和高層大氣結(jié)構(gòu)。
“太陽活動增強(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。”
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。“大氣阻力與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)。”
來自NASA的三位科學(xué)家分析了2020至2024年間墜落地球的523顆“星鏈”衛(wèi)星在不同太陽活動水平下的軌道變化。2024年正處于太陽活動的第25個(gè)周期，也是一個(gè)極大值期。研究指出，本周期太陽“表現(xiàn)出比上一周期更為劇烈的活動”。
研究團(tuán)隊(duì)指出，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的“下落”過程，比平時(shí)快了10至12天。研究表明，當(dāng)太陽活動增強(qiáng)，引發(fā)地磁風(fēng)暴時(shí)，高層大氣發(fā)生加熱與膨脹，空氣密度上升，導(dǎo)致衛(wèi)星受到更大氣阻。這會讓衛(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)境更為稀薄，受太陽活動擾動的影響要小得多。
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。”楊宇光說。
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)異常后主動離軌，而非完全失控。
墜毀頻繁引發(fā)環(huán)境與安全擔(dān)憂
NASA科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在近期最嚴(yán)重的太陽活動引發(fā)的地磁擾動期間，有37顆星鏈衛(wèi)星重新進(jìn)入大氣層時(shí)，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”。
除了對衛(wèi)星壽命的影響，頻繁墜毀的“星鏈”衛(wèi)星也引發(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)星和其他巨型衛(wèi)星星座可能會以我們尚不了解的方式破壞大氣層。例如，衛(wèi)星“再入”大氣層的過程會導(dǎo)致它們在穿越大氣層時(shí)燃燒殆盡，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，這種快速再入過程中，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。
