太空天气致美40颗星链卫星失效事故的启 示

杨文凯 范 磊 黄为权

据美国太空探索技术公司（SpaceX）发布的官方声明，其在2月3日18时13分（世界时，下同）最新发射的一批共计49颗星链卫星，由于受磁暴的严重影响，其中40颗卫星未能按照计划进入预定轨道，已经或将要全部坠入大气层燃烧报废。

事故发生的原因是什么

图1 3日至4日地磁活动水平（Kp指数）变化图

2月3日至4日，受太阳风暴——日冕物质抛射的影响，太空发生2次小磁暴（地磁指数Kp=5，如图1所示），引起轨道大气密度迅速增大，使得刚发射至210千米左右测试轨道的这批星链卫星的飞行阻力随之增大，导致其轨道高度明显下降。尽管地面测控立即将这批星链卫星调至安全模式，卫星收缩成薄片状，以侧边缘向前飞行，试图通过改变飞行姿态以减小飞行阻力，但由于轨道高度的明显下降又导致阻力的进一步增大，短时间内大气阻力上升50%，卫星的电推力不足以克服这么大的阻力，卫星也就无法脱离安全模式提升运行轨道，最终40颗卫星即将或已经坠入地球大气层。造成事故的主要原因有：

第一，对磁暴等太空天气重视程度不够。太空天气和地面天气一样能造成发射任务失败，美国太空天气预报中心（SWPC）于发射前近4个小时发布了磁暴事件预报，但SpaceX公司并未足够重视，仍然发射卫星。

第二，对磁暴等太空天气预报能力有限。SWPC早在2月1日曾发布了2月2日中磁暴、2月3日小磁暴的预报信息，但2日19时14分取消了未来三天的所有磁暴预报。3日14时28分又重新发布磁暴预报。尽管最后一次的预报正确，但预报信息的反复修改如同“狼来了”，可信度大打折扣。

第三，小卫星容灾能力弱，逐步升高轨道的推进策略更使其“雪上加霜”。此次发射的星链卫星都是小卫星，容灾能力本来就弱。加之SpaceX出于成本和测试等方面的考虑，没有一次性将星链卫星推进到500千米的运行轨道，而是用火箭将卫星发射至210千米高度停留，计划经测试后利用电推进器将卫星逐步升轨。但210千米比500千米高度的大气稠密得多，卫星所受阻力也大得多，卫星遭遇小磁暴后就陷入阻力不断增大的恶性循环中，最终造成事故。

此次事故带给我们哪些启示

此次大规模星链卫星发射失败，是太空天气对空间探索活动产生影响的典型个例。事故给我们带来的启示有：

第一，重视太空天气对航天器发射和入轨的影响。灾害性太空天气可能引起航天器轨道衰变、电子设备损毁、姿态异常，进而导致发射和入轨任务失败，因此在选择发射窗口时必须考虑太空天气的影响。

第二，提高太阳耀斑、日冕物质抛射和磁暴等太空天气的监测和预报水平。要想提高太空天气预报能力，必须加强太空天气监测，例如我们只有持续监测日冕抛射的物质经历了什么样的传输过程，才可能准确预报它引起的磁暴什么时候开始、什么时候结束、强度有多大。

第三，针对灾害性太空天气趋于频发的实际情况搞好太空天气服务。当前正处于第25太阳活动周上升期，灾害性太空天气的频率和强度在未来几年将会明显增加。通常小磁暴不会对航天活动造成严重影响，但此次事故表明，航天活动需要从任务约束、成本、必要的冗余、影响应对等多个方面统筹考虑，提供有针对性、精细化的太空天气分析和预报服务。