
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!

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。
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。
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。

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。