埃隆·马斯克的太空探索技术公司(SpaceX)发射的“星链”卫星近期出现大量坠落现象。这些卫星于2019年首次发射,2020年有2颗卫星坠落红腾网,随后几年坠落数量迅速增加。2020年至2024年间,“星链”共损失583颗卫星。
美国国家航空航天局(NASA)戈达德太空飞行中心的科学家团队对此进行了深入调查,发现“星链”正面临一个意想不到的威胁:太阳活动。太阳每11年经历一次周期性的活动增强阶段,这个周期中,太阳风暴和耀斑的频率与强度会随之波动,影响地球的电离层和高层大气结构。太阳活动增强会剧烈加热地球电离层,尤其是基层区域,导致地球大气的顶层电离层膨胀、密度上升,使高层大气阻力成倍增加。这种阻力虽小红腾网,但因卫星运行速度高达每秒7.8公里,依然能对其产生显著影响。
来自NASA的三位科学家分析了2020年至2024年间坠落地球的523颗“星链”卫星在不同太阳活动水平下的轨道变化。研究表明,本周期太阳表现出比上一周期更为剧烈的活动。每颗“星链”卫星原本设计的轨道寿命约为5年,但在2024年这一轮太阳活动增强的阶段,部分卫星从280公里参考高度下降至重返大气层高度的过程所用时间比平时少了10到12天。当太阳活动增强时,引发地磁风暴,高层对卫星的气阻更大,让卫星加速减速,轨道衰减加剧,最终更快地坠入大气层烧毁。
低轨卫星更容易受到太阳活动影响,关键在于大气密度随高度的急剧变化。在一百多公里到两三百公里的高度红腾网,大气密度差异非常大,对低轨飞行的卫星来说,阻力变化也非常大。而高轨道上的卫星所处环境大气更为稀薄,受太阳活动扰动的影响要小得多。
一部分“星链”卫星之所以在发射后不久就提前坠毁,不仅因为太阳活动增强造成的大气密度上升,还与它们在初始轨道上的飞行姿态密切相关。“星链”卫星采用电推进方式,依赖太阳能帆板发电来驱动电推进装置。然而,其轨道并非太阳同步轨道,轨道面与太阳的相对角度会随时变化。卫星在刚进入轨道时通常处于较低高度,需要展开太阳能板朝向太阳吸收能量。但在某些情况下,太阳的位置恰好与卫星的飞行方向一致,导致太阳能板“迎风前行”,增加了阻力。在太阳活动增强、大气变“浓”的时期,卫星受到的阻力更大,还没来得及升高到工作轨道,就因减速过快提前坠入大气层烧毁。
据报道,2024年这一年,就有316颗“星链”卫星在大气层中烧毁,平均每天近一颗卫星“阵亡”。这些事件多属个案,并非系统性失败。事实上,星链卫星数量庞大,其策略是通过“多卫星+容错设计”降低单颗卫星的质量控制成本,大部分离轨卫星是因为发现异常后主动离轨,而非完全失控。
频繁坠毁的“星链”卫星引发了新的环境与安全问题。在近期最严重的太阳活动引发的地磁扰动期间,有37颗“星链”卫星重新进入大气层,其中轨道高度低于300公里的卫星大约5天内就坠落,而之前则需要超过15天。仅2025年1月,就有超过120颗“星链”卫星重新进入大气层,化作天空中的“火球雨”。
许多科学家担心“星链”卫星可能会以人们尚不了解的方式破坏大气层。例如,卫星再入大气层的过程会释放出铝等金属,而氧化铝可以存在数十年并导致“严重的臭氧消耗”。此外,一些公众担心部分卫星碎片可能无法在大气中完全烧毁红腾网,从而坠落到地球带来危险。2024年8月,加拿大萨斯喀彻温省一处农场上发现了一块重达2.5公斤的“星链”残骸,这是目前唯一经证实未在大气层中烧毁的案例。稍大一点的航天器中可能存在一些耐烧部件,有掉落到地面的可能性,不过这种概率非常低。
红腾网提示:文章来自网络,不代表本站观点。