航天器的“隱形殺手”：地磁暴

猶如空氣和水，地磁場也是人類生存不可缺少的環境條件之一。它包圍在地球周圍，保護著地球生命，使其免受高速太陽風的威脅和宇宙高能粒子的轟擊。但是，“水能載舟亦能覆舟”，當太陽風暴發生時，地磁場會受到太陽爆發活動的影響而發生擾動，從而對航天器造成嚴重影響。4月份發生的持續達15小時的強地磁擾動，就使幾百千米外的航天器感受到不小震動。

地磁暴是如何影響航天器的？下面就來了解一下吧！

地磁擾動使得航天器偏離軌道

距地面幾百千米的太空雖然空氣稀薄，但對于高速運行的航天器而言，這種阻力不可小視。當太陽風暴、地磁發生強烈擾動時，大氣密度會陡增，阻力突然加大，從而導致它偏離預計軌道，甚至提前掉入低層大氣而隕落。

為什么地磁一擾動，大氣密度就會增加呢？主要是受太陽風的影響。太陽風攜帶的能量傳遞給地球大氣，使極區大氣加熱、膨脹、上升，低層較密的大氣被帶到較高高度上，并在大氣環流的作用下，傳遞到其他高度和緯度區域上，從而引起全球高層大氣密度增加。

低軌道上的航天器受到更大干擾

航天器的運行軌道越低，受磁暴的影響越大。我國空間站運行在近400 千米的低軌道，搭載的大氣密度監測數據顯示，此次磁暴期間，大氣密度較之前平靜期增加約50%，從而導致軌道衰減率有了明顯上升，衰減率增幅約為48.7%。

此次地磁暴期間，7顆衛星的軌道衰減增幅最小值為28.8%，最大值達到了160%，由此可見此次強地磁暴的威力。

地磁暴讓衛星提前隕落

地磁暴導致衛星軌道衰變加劇，甚至提前隕落的事件早有先例。美國發射的天空實驗室衛星隕落就是一個例子。1973年，天空實驗室發射初期，正處于太陽平靜時期，當時預計它的運行壽命為10年。但隨著太陽暴的頻繁出現，天空實驗室飛行阻力加大，1977年秋天，該衛星就已脫離穩定狀態。盡管美國航空航天局采取了一系列挽救措施，也未能阻止它隕落，1979年7月就提前墜入大氣毀滅。

“星鏈事件”中38顆衛星墜毀

近年來地磁暴影響巨大的事件之一就是“星鏈事件”。

2022年2月3日，美國SpaceX 太空探索技術公司向近地軌道發射了49顆“星鏈”衛星，衛星順利進入近地點210千米、遠地點340千米的軌道。然而，衛星在2月4日遭遇了地磁暴，導致210千米高度的大氣密度增幅約為13%，3小時內兩個軌道圈次衛星經歷的平均大氣密度產生了約40% 的上升。

面對突然上升的大氣阻力，雖然SpaceX 公司命令衛星進入安全模式，以最大限度減少阻力影響，但該策略并未奏效。最終只有11顆順利升軌進入工作軌道，其余38顆均墜入大氣層燒毀。

地磁擾動會愈演愈烈？

不幸的是，目前全球正處于第25 個太陽活動周的快速上升階段，預計2024年達到峰值。在此期間，太陽的爆發活動將逐漸增多增強，由此引發的強烈地磁擾動也將更加頻繁，這給未來低軌航天器的軌道維持、軌道預報帶來不小的挑戰。為此，我們一方面要提高地磁暴預報的準確率，另一方面還需加強軌道衰變的效應分析。