马斯克最新发射的星链卫星一次性报废 40 颗，是什么原因造成的？ 第1页

本周二，SpaceX一次性失去了多达40颗全新星链卫星，原因是上周四（2月3日）猎鹰9号发射仅一天后就发生了磁暴（geomagnetic storm）。

所谓磁暴，就是因太阳爆发引起的地球磁场的剧烈扰动。这次磁暴是1月30日太阳M级耀斑^[1]暴发所引发的G1级磁暴。 这次暴发持续了4个多小时，并伴有向地球方向的日冕物质抛射（CME）。

一般情况下，地磁的改变会导致在轨卫星的姿态发生变化，影响正常通信^[2][3]，并不会让卫星直接坠毁。

这次不同。那这次磁暴是怎么一次性直接报废这么多卫星的呢？

大气膨胀

太阳风粒子进入地球大气后，会引发焦耳加热和高能粒子沉降加热，从而导致大气受热向外膨胀。这会让低轨卫星所在的原本极其稀薄的高层大气密度增加，从而使得大气阻力突然加大，令卫星意外的减速并使其偏离预定航道，最终过早地向地球坠落而解体。

根据此批卫星机载的GPS数据表明，本次磁暴导致大气阻力比前几轮发射高出50%之多。

按应急预案，SpaceX在212公里的低轨上释放卫星后，即将卫星转为安全模式收起太阳能板以“躲避磁暴”，并“像一张纸”一样以最小迎风阻力面飞行，以尽量减少大气的拖曳效果。待时机成熟后再脱离安全模式并开始实行机动升轨。据初步分析显示，大气阻力的长时间意外增加使得这一批星链卫星很多锁定在安全模式无法升轨，49颗卫星中多达40颗卫星预计在发射几天后就会像空间碎片一样从轨道上掉下来，将重新进入或已经重入地球大气层。

为了达到环保要求，当卫星意外重入大气层后，它们将完全燃烧，保证没有碎片到达地面。同时也不会撞到其它卫星。

下面的监视视频拍摄于2月7日的波多黎各，猜测与此次卫星报废事件可能有关联。

SpaceX自2018年以来发射了近2000颗Starlink卫星，据马一龙的消息，今年将达到“每周一枚火箭”的发射频率，直至达到约42000颗同时在轨的目标为止。

接下来会发生什么？

下图的三个横图表中，最上面代表星链的部署轨道高度（蓝色为近地点，红色为远地点）；中间的图表示在不同轨道高度上的大气密度（红色200公里，蓝色220公里，绿色250公里）；下面的图表示太阳的射电流量^[4]。

从表中横纵可以看到，当进入2022年时，太阳活动明显变频繁，高空大气密度也随之升高。

事实上，2022年1月是近几年以来太阳风暴最频繁的月份，甚至能同时在日面观察到多个较大的黑子区。按照目前的太阳活动周期，预计在2023年中期将达到高峰。

这次的G1级磁暴是相当弱的一次，2015年ESA发射哨兵2A地球观测卫星时曾遇到一次最高G4等级（严重）的磁暴。

阿丽亚娜航天公司决定无视并在6月23日发射。火箭升空约55分钟后，“哨兵－2A”卫星与火箭分离，进入786公里的太阳同步轨道。

究其原因，是因为只有在超低的轨道高度磁暴才是真正对卫星有绝对威胁的，而大多数卫星并不会选择在磁暴期间在低地轨道做过多停留，因此当磁暴发生时，大多数卫星还都是较安全的。

磁暴也不是什么特别罕见的事件，别忘了还有很多卫星一直在太阳风暴中运行。比如1989年3月那次磁暴，只不过让一颗SMM卫星掉了大概4公里的高度（后天航天飞机上去给修复了）。比它再强一点的，就是卡林顿事件了，但它发生在1859年，那个时候还没有卫星。从下图太阳黑子活动周期能看到，平均每隔约11年多就会有一个太阳周期，每次周期中有成千上万次不同程度的磁暴，这次并不算是太严重。

但我们永远不能小瞧磁暴，虽然它对卫星的影响不大，如果今日的地球再被卡林顿这样的超级耀斑击中，架构在互联网上的社会将会受到毁灭性破坏，甚至会导致工业用电网络的瘫痪。

在未来的一年间，星链还有可能遇到类似的情况，毕竟太阳暴发的具体时间谁也说不准。相信SPACEX会更新相关预案，在轨道高度、发射时间、硬件冗余、通讯和提升霍尔推进器功率等方面做更好的准备。

参考

1. ^ 耀斑爆发按强度可分为A、B、C、M和X级。爆发时放出的等离子云2-3天后到达地球时可引发磁暴。磁暴分为G1-G5五个级别。
2. ^ 依赖亚电离层反射的远程无线电通信可能变得相当困难
3. ^ 在磁暴期间，卫星电子设备可能会因积聚和放电荷而受损。
4. ^ 表格来源：Jonathan McDowell

天文相关从业人士从空间天气角度简单说几句，算是抛砖引玉，期待航天专业人士多介绍一下星链卫星相关。

2月3日，马斯克马总用猎鹰9发射了49颗星链卫星，结果40颗没能入轨，损失可谓是不小。原因的话，SpaceX官网（见下图）8号发布新闻，说是不幸遇到磁暴，大气阻力增加，团队让卫星进入安全模型以减少阻力，但是这40颗卫星进了安全模式就没能出来，于是没法进行升轨操作，只能越飞越低，最后会掉入稠密的大气层烧毁。

从物理原因上讲，地磁暴造成外层大气向上膨胀，因此同样高度的大气密度会增大，导致高速飞过的卫星受到的大气阻力增加，确实会使卫星轨道降低。

然而，这次星链的情况却让人觉得有些迷。

首先，这次的磁暴按照空间天气领域的标准，只是一次小地磁暴（Kp=5），按照美国人自己的算法，平均每个太阳活动周（约11年）会发生1700次，这种小磁暴是否会对星链卫星造成那么大的影响？星链卫星的安全模式真的安全吗？（这点好像目前几位航天领域答主没有讲，所以我也不知道）

其次，是发射的时机，虽然也有本专业老师说是不是马总发射的时候没看空间天气预报，但是从发射的时间来看，又非常巧地正好在两次磁暴之间（见下图）。SpaceX官网只提了2月4号的小磁暴，但其实3号发射之前也发生了一次小磁暴，甚至可以说这批星链卫星就是踩着3号磁暴的尾巴发射的，发射之后没多久4号的磁暴就来了，这么巧的时间点很难说是没看预报，但是如果看了预报，为啥非要在那个点发射就又比较迷了，明明之后几天的地磁状态更为平静。

最后，SpaceX官网新闻（见第一张图）中用了很大篇幅夸自己的卫星技术如何先进、如何如何保护空间环境，与此同时却有40颗星链卫星已经或者将要坠入地球，成为人造流星雨，这不能不让人觉得很迷幻......

目前第25太阳活动周正在其事业的上升期，不仅是现在，未来几年地磁暴啦太阳耀斑啦肯定也少不了，如果星链卫星遇到小磁暴就没法安全入轨，采用近地点210km这种低轨道、还偏要在磁暴前后发射，那么对于马总来说，问题恐怕一点也不小吧？

当然，可以用科学解释的，大可不必搞什么阴谋论，对空间天气感兴趣的朋友可以看看科学出版社最近出的《空间天气及其物理原理》，厚厚的一大本，知识点很全面，除了有点贵其他都挺好......