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研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析 2020 年至 2024 年間 523 顆星鏈衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人擔(dān)憂的趨勢(shì)：在強(qiáng)烈的地磁風(fēng)暴期間，這些衛(wèi)星重返地球大氣層的速度遠(yuǎn)超預(yù)期。研究人員表示：“我們的結(jié)果無(wú)可爭(zhēng)議地表明，地磁活動(dòng)越強(qiáng)，衛(wèi)星重返的速度就越快。”

這種設(shè)計(jì)選擇本來(lái)是有其優(yōu)勢(shì)的。較低的軌道意味著更強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度、更低的延遲，以及更小的衛(wèi)星覆蓋區(qū)域，從而可以實(shí)現(xiàn)更精確的頻譜重用。然而，它也使得這些衛(wèi)星更容易受到大氣阻力變化的影響。研究數(shù)據(jù)顯示，在正常的太陽(yáng)活動(dòng)條件下，星鏈衛(wèi)星的軌道衰減率約為每天幾公里。但在強(qiáng)烈的地磁風(fēng)暴期間，這個(gè)數(shù)字可能會(huì)急劇上升，有些情況下達(dá)到每天 95 公里的衰減率。

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（來(lái)源：arXiv）

這種理論上的風(fēng)險(xiǎn)在 2022 年 2 月變成了現(xiàn)實(shí)。當(dāng)時(shí)，SpaceX 發(fā)射了 49 顆星鏈衛(wèi)星，計(jì)劃讓它們從較低的部署軌道（約 210 公里）提升到運(yùn)行軌道。然而，恰好在發(fā)射后不久，一場(chǎng)中等強(qiáng)度的地磁風(fēng)暴襲擊了地球。這場(chǎng)風(fēng)暴導(dǎo)致大氣密度增加了近 50%，使得新發(fā)射的衛(wèi)星面臨比預(yù)期高得多的大氣阻力。由于衛(wèi)星尚未完全展開(kāi)太陽(yáng)能電池板并啟動(dòng)推進(jìn)器，它們無(wú)法產(chǎn)生足夠的推力來(lái)對(duì)抗增強(qiáng)的阻力。結(jié)果，49 顆衛(wèi)星中的大部分都在加勒比海上空提前墜毀，損失估計(jì)達(dá)數(shù)千萬(wàn)美元。而此次 NASA 團(tuán)隊(duì)的研究，則是在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，用數(shù)百個(gè)案例系統(tǒng)性地證實(shí)了這種風(fēng)險(xiǎn)的普遍性和嚴(yán)重性。

2.https://www.independent.co.uk/space/starlink-satellites-elon-musk-space-b2759288.html

1.https://arxiv.org/pdf/2505.13752

當(dāng)埃隆·馬斯克雄心勃勃地在太空中部署數(shù)千顆星鏈衛(wèi)星，計(jì)劃為地球上每個(gè)角落提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)，他或許沒(méi)有完全預(yù)料到一些來(lái)自太陽(yáng)的小麻煩會(huì)給這個(gè)龐大的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)如此大的挑戰(zhàn)。最近，一份由美國(guó)馬里蘭大學(xué)和美國(guó)航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）戈達(dá)德太空飛行中心的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)布的一項(xiàng)研究指出，由于當(dāng)前太陽(yáng)活動(dòng)加劇，星鏈衛(wèi)星正在比預(yù)期更快地墜入地球大氣層。

地磁風(fēng)暴除了制造美麗的極光，還會(huì)實(shí)實(shí)在在地影響地球的高層大氣。它會(huì)加熱并“吹脹”地球的熱層，導(dǎo)致這一區(qū)域的大氣密度增加，從而給運(yùn)行在其中的衛(wèi)星帶來(lái)更大的空氣阻力。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)加劇時(shí)，熱層中的焦耳加熱效應(yīng)會(huì)顯著增強(qiáng)。這種加熱機(jī)制是由于太陽(yáng)風(fēng)中的帶電粒子與地球磁層相互作用，在電離層中產(chǎn)生強(qiáng)烈的電流，這些電流與熱層中的中性原子和分子發(fā)生碰撞，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。結(jié)果是熱層變得更加稠密，并向衛(wèi)星運(yùn)行的高度膨脹，給衛(wèi)星帶來(lái)意想不到的阻力。

而要理解這個(gè)現(xiàn)象背后的原因，我們需要了解兩件事：一是太陽(yáng)的活動(dòng)規(guī)律，二是星鏈衛(wèi)星自身的特點(diǎn)。

首先，這對(duì) SpaceX 的運(yùn)營(yíng)成本和星座的長(zhǎng)期穩(wěn)定性構(gòu)成了直接壓力。更大的大氣阻力意味著衛(wèi)星需要更頻繁地啟動(dòng)自身的推進(jìn)器來(lái)對(duì)抗軌道衰減。這會(huì)消耗更多的燃料，直接縮短衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命。一顆原本能工作 5 到 7 年的衛(wèi)星，可能因?yàn)樘?yáng)的“壞脾氣”而提前幾年報(bào)廢。這無(wú)疑會(huì)增加整個(gè)星鏈網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和衛(wèi)星替換成本。

而星鏈衛(wèi)星加速墜落，其影響遠(yuǎn)不止于 SpaceX 一家公司。它反映了整個(gè)航天產(chǎn)業(yè)在進(jìn)入“巨型星座時(shí)代”后，所必須面對(duì)的一個(gè)新常態(tài)。

（來(lái)源：arXiv）

最后，很多人會(huì)關(guān)心，這些掉下來(lái)的衛(wèi)星會(huì)砸到人嗎？從設(shè)計(jì)上說(shuō)，星鏈衛(wèi)星在重返大氣層時(shí)會(huì)通過(guò)與空氣的劇烈摩擦而完全燃燒解體，因此地面風(fēng)險(xiǎn)極低。然而，歷史上確實(shí)發(fā)生過(guò)衛(wèi)星殘骸掉落地面的事件，甚至有報(bào)道稱在加拿大發(fā)現(xiàn)了疑似星鏈的碎片。雖然這種概率非常小，但隨著未來(lái)軌道上衛(wèi)星數(shù)量增加到數(shù)萬(wàn)甚至更多，再小的概率乘以一個(gè)巨大的基數(shù)，也足以構(gòu)成一個(gè)需要嚴(yán)肅管理的風(fēng)險(xiǎn)。

圖丨相關(guān)論文（來(lái)源：arXiv）

太陽(yáng)并不是一顆永遠(yuǎn)溫和的恒星，它有大約 11 年為一個(gè)周期的“情緒波動(dòng)”，被稱為太陽(yáng)活動(dòng)周期。在活動(dòng)高峰期，太陽(yáng)表面的黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射會(huì)變得異常頻繁。這些活動(dòng)會(huì)向太空噴射出大量高能粒子，當(dāng)它們抵達(dá)地球時(shí)，便會(huì)引發(fā)地磁風(fēng)暴。

其次，這對(duì)整個(gè)近地空間的安全構(gòu)成了威脅。目前，近地軌道已經(jīng)非常擁擠，成千上萬(wàn)的在軌衛(wèi)星、廢棄衛(wèi)星和各類空間碎片，都在以極高的速度飛行。如果大量衛(wèi)星的軌道因?yàn)榭臻g天氣而變得難以預(yù)測(cè)，那么它們之間發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)上升。一次碰撞產(chǎn)生的碎片，又可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致更多碰撞，也就是著名的“凱斯勒綜合征”（Kessler syndrome）。雖然這離現(xiàn)實(shí)尚有距離，但軌道預(yù)測(cè)精度的下降，無(wú)疑是朝著這個(gè)危險(xiǎn)方向靠近了一些。

使這一問(wèn)題更加復(fù)雜的是，我們目前正處于第 25 個(gè)太陽(yáng)周期的上升階段，而這個(gè)周期表現(xiàn)出比前一個(gè)周期更強(qiáng)的活動(dòng)水平。自 2020 年以來(lái)，太陽(yáng)活動(dòng)一直在穩(wěn)步增加，預(yù)計(jì)將在 2025 年左右達(dá)到峰值。這種時(shí)間上的巧合使得星鏈衛(wèi)星面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。研究期間（2020-2024 年）恰好與本次太陽(yáng)周期的上升階段重合，這為科學(xué)家們提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來(lái)觀察太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)大規(guī)模衛(wèi)星星座的影響，但同時(shí)也讓 SpaceX 承受了意想不到的運(yùn)營(yíng)壓力。

星鏈衛(wèi)星之所以特別容易受到這種影響，與其獨(dú)特的軌道設(shè)計(jì)密切相關(guān)。為了減少信號(hào)延遲并降低發(fā)射成本，SpaceX 將大部分星鏈衛(wèi)星部署在相對(duì)較低的軌道上，通常在 550 公里左右的高度。雖然這個(gè)高度仍然處于太空中，但它恰好位于地球大氣層的邊緣區(qū)域，在這里大氣雖然極其稀薄，但仍然存在并會(huì)對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生阻力。

具體而言，研究發(fā)現(xiàn)在軌道高度低于 300 公里的衛(wèi)星，在遭遇地磁風(fēng)暴時(shí)，會(huì)比正常預(yù)期提前 10 天墜落燃燒。這個(gè)時(shí)間差看似不長(zhǎng)，但對(duì)于需要精確軌道管理和任務(wù)規(guī)劃的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，卻是一個(gè)不容忽視的挑戰(zhàn)。更令人擔(dān)憂的是，隨著地磁活動(dòng)的增強(qiáng)，衛(wèi)星重返時(shí)間的預(yù)測(cè)誤差也會(huì)顯著增加，預(yù)測(cè)誤差與地磁活動(dòng)強(qiáng)度之間存在強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到約 -0.87。