“星链”卫星在轨运行。图片来源：英国《新科学家》网站
◎本报记者 张佳欣
俄罗斯《共青团真理报》网站8日报道称，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。“星链”卫星于2019年首次发射，2020年就有2颗卫星坠落，在随后的几年，坠落的数量猛然增长。2020—2024年期间，“星链”共损失583颗卫星。
物理学家组织网9日报道，美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心科学家团队对这波“卫星雨”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。
太阳活动强烈让卫星“提前退休”
太阳每11年会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。”国际宇航联空间运输委员会主席杨宇光10日在接受科技日报记者采访时解释说，“这会导致地球大气的顶层电离层大气膨胀、密度上升，使本来极为稀薄的高层大气阻力成倍增加。”
他进一步指出，这种大气阻力虽小，却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。“大气阻力与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，也会造成不小的减速效应。”
来自NASA的3位科学家分析了2020—2024年间坠落地球的523颗“星链”卫星在不同太阳活动水平的轨道变化。2024年正处于太阳活动的第25个周期，也是一个极大值期。
研究团队解释说，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“下落”过程，所用时间比平时少了10—12天。研究表明，当太阳活动增强，引发地磁风暴时，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。
为什么低轨卫星更容易受到太阳活动影响？对此，杨宇光解释说，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，大气密度差异非常大，对在低轨飞行的卫星来说，阻力变化就非常大。而运行在高轨道上的卫星，所处环境大气更为稀薄，受太阳活动扰动的影响要小得多。
飞行姿态失当使卫星“折戟沉空”
杨宇光告诉记者，一部分“星链”卫星之所以在发射后不久就提前坠毁，原因不仅是太阳活动增强所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”。
“这就像开车时迎着强风打伞，阻力会骤然增加。在太阳活动增强、大气变‘浓’的时期，卫星受到的阻力更大，本该逐步升高到工作轨道的卫星，还没来得及‘爬高’，就因减速过快提前坠入大气层烧毁了。”杨宇光说。
据报道，光是2024年这一年，就有316颗“星链”卫星在大气层中烧毁，创下了惊人的纪录——平均每天都有近一颗卫星“阵亡”。
杨宇光指出，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。
坠毁频繁引发环境与安全担忧
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。据统计，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”。
频繁坠毁的“星链”卫星引发了新的环境与安全问题。
美国《商业内幕》网站报道称，很多科学家担心“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”。
与此同时，还有一些公众担心，部分卫星碎片可能无法在大气中完全烧毁，从而坠落到地球带来危险。英国《新科学家》网站近日报道称，2024年8月，加拿大萨斯喀彻温省一处农场上，就发现了一块重达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。
杨宇光表示，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。
