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太空珍珠港?发射仅一天,40颗卫星被磁暴摧毁,损失6000万

SpaceX的网站上发布了一条新闻称,美国东部时间2月3日猎鹰9号向近地轨道发射的49颗StarLink卫星因遭遇地磁风暴,至少已经有40颗卫星已经脱离轨道,坠入大气层!

太空珍珠港事件”?

据SpaceX网站发布的消息称,这批卫星是2月3日下午1点13分,猎鹰9号从佛罗里达肯尼迪航天中线第39A发射场发射升空的,这次发射搭载了总共49颗卫星。

目标是近地点210千米,远地点为339千米,倾角为53.2°的倾斜轨道,各位一定会觉得这条轨道怎么会那么奇怪,没错,它的近地点很低,因为与猎鹰九号火箭分离后,这些卫星都必须经过监测,待功能正常后,它们将启动离子发动机,将轨道拉圆,也就是339千米的轨道。

这批卫星应该是第三批卫星:7500颗V波段星链卫星的一部分,假如监测不合格,那么它们将在这个条轨道上减速重新进入大气层,避免“污染”近地轨道,马斯克的考虑还是比较充分的,但就是没想到一个问题。

据SpaceX网站公布的信息,49颗卫星功能都非常正常,每颗卫星都在受控下飞行,但卫星入轨后不久就遭遇了地磁风暴,高层大气受到粒子轰击受热膨胀,210千米高度上的稀薄大气阻力大幅增加,星载传感器表明阻力比预计增加50%。

StarLink团队控制卫星进入安全模式,这个模式会调整卫星的姿态,使太阳翼侧向前进方向飞行以最大限度减低“空气阻力”,但非常遗憾的是空气阻力过大,轨道机动无法完成,最终有40颗卫星因无法获得足够的速度而坠入大气层。从理论上来看,这些卫星并不会坠入地面,它会在大气层中被彻底烧毁,按理来说,地球的某处应该看到一连串的超级火流星。

马斯克这次应该是损失惨重了,猎鹰9号标准版报价6200万美元,单颗星链卫星的成本大约在50万美元左右,这次马斯克差不多损失了8000万美元左右,就算报价包含了利润,怎么也得6000万美元以上,而且发射过程应该是投保了,但已经在轨“交付”,保险公司应该不负责了吧,哪位保险业内人士不妨留个言。

一次损失40颗卫星,有朋友戏称马斯克遭遇了“太空珍珠港事件”,只是这次罪魁祸首是太阳,他想报仇雪恨都不行。

地磁风暴究竟是如何影响卫星运行的?

这事儿得从2022年1月30日开始说起,当天太阳打了个“喷嚏”,爆发了一次CME事件(Coronal Mass Ejections:日冕物质抛射事件),级别是M1级。

2022年1月30日爆发,并将于2022年2月2日抵达地球

这是太阳耀斑活动后,强大的磁场加速了日冕物质中的带电粒子,使其脱离太阳引力向太阳系抛射的过程,被称之为日冕物质抛射事件,按太空探测器静止环境观测卫星(GOES)在地球附近测量到的X射线峰值通量,以每平方米的瓦特数(W/m^2)分为A、B、C、M或X几个不同的等级:

以当前的CME事件级别,X级为最高,当然X后面跟随的数字越大,那么级别也越高,比如X-2耀斑的能量是X-1,1月30日的那次为M级,影响其实并不是很大,可能会造成航天器通信中断,但还不至于达到灾难性等级。

NOAA 的模型显示了 2022 年 2 月 2 日 CME 的影响时间

比如1859年的卡林顿事件达到了X-28级,那个如果发生在现代,估计地球轨道上的卫星直接就被扫荡了,而让马斯克没想到的是一次M级的日冕物质抛射事件居然能让40颗卫星坠入轨道,这不是见鬼了么?

带电粒子对高层大气的轰击会加热大气分子,那么地球的大气层就会膨胀那么一点,尽管说只有一点,但地球的大气层可是高达上百千米,而高层大气延伸距离则更远,因此这一膨胀,本来处于卫星离子发动机维持轨道的阈值之上的,结果因为遭遇了比预计密度更高的大气分子,本来就很低推力的离子发动机,甚至在安全模式下都无法有足够的电力(太阳能电池侧对着前进方向,不一定能持续供电)开启发动机。

结果就是结果推力小于阻力,这下傻眼了,卫星越来越低,最终坠入“大气分子比较稠密”的低轨道,这下想救都救不回来了,只能眼睁睁看着卫星越来越低,最终化作一道流星消失于天际。

星链卫星的离子发动机

只是阻力增加吗?

其实日冕物质抛射事件的另一个威胁更严重,高能带电粒子可能会突入低层空间轨道,直接轰击卫星,导致加固不够的卫星芯片重置甚至击穿,结局就是卫星暂时失去联系、失控甚至解体,比如日本2016年2月17发射X射线观测的“瞳”卫星,工作不到一个月就因为高能粒子轰击导致姿态控制电路失控,最终高速滚转解体。

因为太阳活动造成损失的卫星不在少数,甚至空间站都会因此而特别加固,而在南大西洋上空还有一个地磁异常区域,这里的带电粒子区域低到200千米,很多卫星路经此处都处于安全模式不再工作,甚至还包括哈勃空间望远镜。(一般情况下,范艾伦辐射带兜住了大部分带电粒子,但地磁异常区不在此列)。

南大西洋磁异常区

如果级别够强,比如达到卡林顿级别,那么就不只是轨道上的卫星了,它甚至能影响地面长距离输电系统,通信电路等,因为强大的带电粒子会冲击地球磁场,导致地磁场出现大幅变化,而长距离的电线将如同切割磁力线的发电机,这些缓慢变化的电流将会耗散在变压器上,导致铁芯磁通过载,线圈过热烧毁,从而破坏输电线路。

1989年3月13日魁北克大停电就是当年3月9日的一次日冕物质抛射所致,因为带电粒子速度比较慢,大约需要2-3天左右才能抵达地球,并且我们有时候看到太阳耀斑爆发,但并不一定会遭遇就是因为它速度比较慢,运气好地球就完美躲过了。

但是地球每次都能那么好运气吗?未必!