航天器的“隐形杀手”：地磁暴

猶如空气和水，地磁场也是人类生存不可缺少的环境条件之一。它包围在地球周围，保护着地球生命，使其免受高速太阳风的威胁和宇宙高能粒子的轰击。但是，“水能载舟亦能覆舟”，当太阳风暴发生时，地磁场会受到太阳爆发活动的影响而发生扰动，从而对航天器造成严重影响。4月份发生的持续达15小时的强地磁扰动，就使几百千米外的航天器感受到不小震动。

地磁暴是如何影响航天器的？下面就来了解一下吧！

地磁扰动使得航天器偏离轨道

距地面几百千米的太空虽然空气稀薄，但对于高速运行的航天器而言，这种阻力不可小视。当太阳风暴、地磁发生强烈扰动时，大气密度会陡增，阻力突然加大，从而导致它偏离预计轨道，甚至提前掉入低层大气而陨落。

为什么地磁一扰动，大气密度就会增加呢？主要是受太阳风的影响。太阳风携带的能量传递给地球大气，使极区大气加热、膨胀、上升，低层较密的大气被带到较高高度上，并在大气环流的作用下，传递到其他高度和纬度区域上，从而引起全球高层大气密度增加。

低轨道上的航天器受到更大干扰

航天器的运行轨道越低，受磁暴的影响越大。我国空间站运行在近400 千米的低轨道，搭载的大气密度监测数据显示，此次磁暴期间，大气密度较之前平静期增加约50%，从而导致轨道衰减率有了明显上升，衰减率增幅约为48.7%。

此次地磁暴期间，7颗卫星的轨道衰减增幅最小值为28.8%，最大值达到了160%，由此可见此次强地磁暴的威力。

地磁暴让卫星提前陨落

地磁暴导致卫星轨道衰变加剧，甚至提前陨落的事件早有先例。美国发射的天空实验室卫星陨落就是一个例子。1973年，天空实验室发射初期，正处于太阳平静时期，当时预计它的运行寿命为10年。但随着太阳暴的频繁出现，天空实验室飞行阻力加大，1977年秋天，该卫星就已脱离稳定状态。尽管美国航空航天局采取了一系列挽救措施，也未能阻止它陨落，1979年7月就提前坠入大气毁灭。

“星链事件”中38颗卫星坠毁

近年来地磁暴影响巨大的事件之一就是“星链事件”。

2022年2月3日，美国SpaceX 太空探索技术公司向近地轨道发射了49颗“星链”卫星，卫星顺利进入近地点210千米、远地点340千米的轨道。然而，卫星在2月4日遭遇了地磁暴，导致210千米高度的大气密度增幅约为13%，3小时内两个轨道圈次卫星经历的平均大气密度产生了约40% 的上升。

面对突然上升的大气阻力，虽然SpaceX 公司命令卫星进入安全模式，以最大限度减少阻力影响，但该策略并未奏效。最终只有11颗顺利升轨进入工作轨道，其余38颗均坠入大气层烧毁。

地磁扰动会愈演愈烈？

不幸的是，目前全球正处于第25 个太阳活动周的快速上升阶段，预计2024年达到峰值。在此期间，太阳的爆发活动将逐渐增多增强，由此引发的强烈地磁扰动也将更加频繁，这给未来低轨航天器的轨道维持、轨道预报带来不小的挑战。为此，我们一方面要提高地磁暴预报的准确率，另一方面还需加强轨道衰变的效应分析。