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太空珍珠港事件?發射僅一天,40顆衛星被磁暴摧毀,損失6000萬

SpaceX的網站上釋出了一條新聞稱,美國東部時間2月3日獵鷹9号向近地軌道發射的49顆StarLink衛星因遭遇地磁風暴,至少已經有40顆衛星已經脫離軌道,墜入大氣層!

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“太空珍珠港事件”?

據SpaceX網站釋出的消息稱,這批衛星是2月3日下午1點13分,獵鷹9号從佛羅裡達肯尼迪航天中線第39A發射場發射升空的,這次發射搭載了總共49顆衛星。

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目标是近地點210千米,遠地點為339千米,傾角為53.2°的傾斜軌道,各位一定會覺得這條軌道怎麼會那麼奇怪,沒錯,它的近地點很低,因為與獵鷹九号火箭分離後,這些衛星都必須經過監測,待功能正常後,它們将啟動離子發動機,将軌道拉圓,也就是339千米的軌道。

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這批衛星應該是第三批衛星:7500顆V波段星鍊衛星的一部分,假如監測不合格,那麼它們将在這個條軌道上減速重新進入大氣層,避免“污染”近地軌道,馬斯克的考慮還是比較充分的,但就是沒想到一個問題。

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據SpaceX網站公布的資訊,49顆衛星功能都非常正常,每顆衛星都在受控下飛行,但衛星入軌後不久就遭遇了地磁風暴,高層大氣受到粒子轟擊受熱膨脹,210千米高度上的稀薄大氣阻力大幅增加,星載傳感器表明阻力比預計增加50%。

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StarLink團隊控制衛星進入安全模式,這個模式會調整衛星的姿态,使太陽翼側向前進方向飛行以最大限度減低“空氣阻力”,但非常遺憾的是空氣阻力過大,軌道機動無法完成,最終有40顆衛星因無法獲得足夠的速度而墜入大氣層。從理論上來看,這些衛星并不會墜入地面,它會在大氣層中被徹底燒毀,按理來說,地球的某處應該看到一連串的超級火流星。

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馬斯克這次應該是損失慘重了,獵鷹9号标準版報價6200萬美元,單顆星鍊衛星的成本大約在50萬美元左右,這次馬斯克差不多損失了8000萬美元左右,就算報價包含了利潤,怎麼也得6000萬美元以上,而且發射過程應該是投保了,但已經在軌“傳遞”,保險公司應該不負責了吧,哪位保險業内人士不妨留個言。

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一次損失40顆衛星,有朋友戲稱馬斯克遭遇了“太空珍珠港事件”,隻是這次罪魁禍首是太陽,他想報仇雪恨都不行。

地磁風暴究竟是如何影響衛星運作的?

這事兒得從2022年1月30日開始說起,當天太陽打了個“噴嚏”,爆發了一次CME事件(Coronal Mass Ejections:日冕物質抛射事件),級别是M1級。

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2022年1月30日爆發,并将于2022年2月2日抵達地球

這是太陽耀斑活動後,強大的磁場加速了日冕物質中的帶電粒子,使其脫離太陽引力向太陽系抛射的過程,被稱之為日冕物質抛射事件,按太空探測器靜止環境觀測衛星(GOES)在地球附近測量到的X射線峰值通量,以每平方米的瓦特數(W/m^2)分為A、B、C、M或X幾個不同的等級:

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以目前的CME事件級别,X級為最高,當然X後面跟随的數字越大,那麼級别也越高,比如X-2耀斑的能量是X-1,1月30日的那次為M級,影響其實并不是很大,可能會造成航天器通信中斷,但還不至于達到災難性等級。

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NOAA 的模型顯示了 2022 年 2 月 2 日 CME 的影響時間

比如1859年的卡林頓事件達到了X-28級,那個如果發生在現代,估計地球軌道上的衛星直接就被掃蕩了,而讓馬斯克沒想到的是一次M級的日冕物質抛射事件居然能讓40顆衛星墜入軌道,這不是見鬼了麼?

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帶電粒子對高層大氣的轟擊會加熱大氣分子,那麼地球的大氣層就會膨脹那麼一點,盡管說隻有一點,但地球的大氣層可是高達上百千米,而高層大氣延伸距離則更遠,是以這一膨脹,本來處于衛星離子發動機維持軌道的門檻值之上的,結果因為遭遇了比預計密度更高的大氣分子,本來就很低推力的離子發動機,甚至在安全模式下都無法有足夠的電力(太陽能電池側對着前進方向,不一定能持續供電)開啟發動機。

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結果就是結果推力小于阻力,這下傻眼了,衛星越來越低,最終墜入“大氣分子比較稠密”的低軌道,這下想救都救不回來了,隻能眼睜睜看着衛星越來越低,最終化作一道流星消失于天際。

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星鍊衛星的離子發動機

隻是阻力增加嗎?

其實日冕物質抛射事件的另一個威脅更嚴重,高能帶電粒子可能會突入低層空間軌道,直接轟擊衛星,導緻加強不夠的衛星晶片重置甚至擊穿,結局就是衛星暫時失去聯系、失控甚至解體,比如日本2016年2月17發射X射線觀測的“瞳”衛星,工作不到一個月就因為高能粒子轟擊導緻姿态控制電路失控,最終高速滾轉解體。

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因為太陽活動造成損失的衛星不在少數,甚至空間站都會是以而特别加強,而在南大西洋上空還有一個地磁異常區域,這裡的帶電粒子區域低到200千米,很多衛星路經此處都處于安全模式不再工作,甚至還包括哈勃空間望遠鏡。(一般情況下,範艾倫輻射帶兜住了大部分帶電粒子,但地磁異常區不在此列)。

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南大西洋磁異常區

如果級别夠強,比如達到卡林頓級别,那麼就不隻是軌道上的衛星了,它甚至能影響地面長距離輸電系統,通信電路等,因為強大的帶電粒子會沖擊地球磁場,導緻地磁場出現大幅變化,而長距離的電線将如同切割磁力線的發電機,這些緩慢變化的電流将會耗散在變壓器上,導緻鐵芯磁通過載,線圈過熱燒毀,進而破壞輸電線路。

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1989年3月13日魁北克大停電就是當年3月9日的一次日冕物質抛射所緻,因為帶電粒子速度比較慢,大約需要2-3天左右才能抵達地球,并且我們有時候看到太陽耀斑爆發,但并不一定會遭遇就是因為它速度比較慢,運氣好地球就完美躲過了。

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但是地球每次都能那麼好運氣嗎?未必!

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