38 颗星链卫星坠毁：谁是罪魁祸首？

文/杜骏豪

▲刚刚起飞的“猎鹰9 号”

▲正在着陆中的猎鹰9 号火箭一级

2022 年2 月3 日，太空探索技术公司使用一枚五手猎鹰9 号运载火箭，十分熟练地发射了49 颗星链卫星。一切都是那样丝滑顺利、稳操胜券：一级正常分离，二级顺利开机，一级火箭又轻车熟路地飞回来，稳稳地软着陆在“不够庄重”号驳船上。随后整流罩分离、二级正常关机，49 颗星链卫星毫无悬念地进入预定轨道。但是，美妙的开始之后却是一个悲惨的结局。

▲着陆在驳船上的“猎鹰9 号”一级

整个发射任务是那样平常，甚至有些无聊——这样的“星链”发射任务已经在2021 年进行了多达17 次，战无不胜，媒体对类似的发射任务早已见怪不怪，连航天爱好者也对这样的发射直播失去了兴趣。

然而，就在人们都认为一帆风顺、所向披靡的太空探索技术公司不会出现什么疏漏时，2 月8 日该公司一则声明惊天雷般打破了这一切的平静——“2 月3 日发射的同一批次49颗星链卫星，其中40 颗因受地磁暴影响，已经或将要在大气层坠毁。”媒体竞相报道这一消息，航天爱好者也对此十分关注，甚至喜闻乐见，饱受天文学界诟病的“星链”再入大气让他们直呼“解气”和“过瘾”。

截至2 月底，已经有38 颗星链卫星在本次事故中离轨再入，其余11 颗抢救成功得以苟活。然而，这背后的原因真的只有“遭受地磁暴”这么简单吗？事实并非如此。

▲发射前密密麻麻的星链卫星排列在整流罩中

▲2019 年5 月24 日发射的60 颗星链卫星

直接因素：确有地磁暴

地磁暴现象是一种空间天气现象。当太阳平静时，太阳风与地球磁场达成平衡状态；但是在这批星链卫星发射后的第二天，太阳就发生了一次耀斑事件，产生的太阳风暴打破了地球磁场的平衡，导致近地磁场紊乱。同时日冕物质抛射引起地球高层大气被加热，大气密度升高，发生了热层暴现象。星链卫星所受大气阻力比预期升高了50%，因此衰减加快，提前坠毁。

中国空间站的轨道安全也在网络上引起了不小的关注——空间站受地磁暴影响几何呢？

我国空间站位于约400 千米高的轨道上，高度更高，大气密度比210千米处低约一百倍。根据我国空间站大气密度的实时监测数据，本次地磁暴事故中，中国空间站所处轨道高度的大气密度仅升高了约11%，影响不大。我国空间站拥有常规燃料推进、电推进等多种升轨措施，面对这种等级的地磁暴可以做到游刃有余。

▲网传本次星链卫星再入坠毁图像

自讨苦吃：过低的轨道高度

马斯克设想的星链星座计划十分疯狂，他将会在一期部署1.2 万颗、每颗重约300 千克的星链卫星，远期还要达到4.2 万颗。马斯克声称，为了防止卫星入轨后失联失控，对其他航天器产生威胁，“星链”的入轨轨道高度只有210 千米高。如果卫星工作正常，它们将依靠自带的氪离子推进器缓慢爬升至340 千米或更高的工作轨道。如果卫星工况异常，那么在210 千米的轨道高度上将会以比较快的速度衰减，在十几日内再入大气层燃烧殆尽。因为在如此低的轨道上没有其他航天器存在，所以不会对其他航天器构成威胁。

▲星链计划第一期规划：1584 颗星链卫星将被放置在72 个轨道平面中，每个轨道平面由22 颗卫星组成

据统计，截至2022 年3 月初已经升空2234 颗星链卫星中，正常提供服务的有1991 颗，剩余243 颗均因各种故障再入烧毁，损失率高达11%。太空探索技术公司称，经过改进后的最新版本星链卫星的故障率将降低到1%以下。

然而正是由于这样低的初始入轨高度，导致这一批星链卫星入轨后遭受的空气阻力过大，几天后纷纷再入大气层。后来，太空探索技术公司吸取这次事故的经验，在2022 年2 月21 日发射的新一批星链任务上加以调整：将初始入轨高度从210 千米提高到325 千米。当然火箭运力是有限的，为了抬升初始轨道，运载的星链卫星数量被迫从49 颗降低到46 颗。

设计缺陷：鱼与熊掌不可兼得

或许有人问：为何这一批工况正常的星链卫星不点燃自己的推进器，飞向更高的轨道呢？事实上，“星链”本身的设计缺陷使其没有机会抬升轨道高度。

为了在整流罩内一次性塞下如此多的卫星，星链卫星都被设计成薄薄的片状，进入太空后犹如一张张纸片飞舞于太空中。星链卫星本身的确针对大气阻力增加留有预案，它们可以进入“安全模式”——收缩成薄片状，以最窄的面向前飞行，这样可以使受到的大气阻力降到最低。

然而，“星链”自带离子推进器的推力有限，开启离子推进器需要消耗电力。若是需要推进器向后喷射提高轨道高度，星链卫星必须退出“安全模式”，以将太阳能板对准太阳获取足够的电力，承受更大的空气阻力；然而若想减小空气阻力，必须保持“安全模式”，这样就无法开启推进器。鱼与熊掌不可兼得，进入“安全模式”的星链卫星无力回天，太空探索技术公司只能眼睁睁看着它们再入大气，白白花钱制造“人造流星雨”。

▲星链卫星在不同状态下的不同构型（制图：杜骏豪）

▲星链卫星的氪离子推进器，箭头指出了其在卫星上的位置

▲对准天鹅座Albireo 星曝光2.5 分钟的图像，画面中一道道竖线均是星链卫星对本次观测造成的干扰

人为因素：莽撞的代价

令公众感到疑惑的是，美国已经建立了相对完善的空间天气预报及预警体系，为什么还会出现这样的“事故”。

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）负责监测、收集空间天气信息，并像天气预报一样对未来的空间天气情况作出预报，以指导航天发射任务的时间窗口选择。对太阳黑子和耀斑等太阳活动的监测是连续不断的。在发射前的1 月29 日到2 月2日期间，NOAA 就已经观测到太阳发生了M1 等级的耀斑事件，同时向地球方向抛射出大量日冕物质。对日冕的监测表明，日冕存在的冕洞还将在发射的前一天，也就是2 月2 日转到直面地球的位置。NOAA 提前发布了预报，可以供航天发射任务参考——本次日冕物质抛射的高能粒子流速度约为每秒662 千米，在2 月1 日下午至2 月2 日上午到达地球附近，引起地球磁层、热层和电离层的变化，可能会在2月3日引起G1级地磁暴现象。

在这种情况下，在其时间影响范围内的航天发射任务都应审慎看待，重新审查发射可行性。一般来说，这一次耀斑事件是较低等级的，对常规的卫星发射任务不会产生较大影响，因为一般的航天任务初始入轨高度较高。然而太空探索技术公司却无视了这一条信息，选择莽撞地直接发射，加之星链卫星的入轨高度较低，最终酿成了这一场事故。

▲NOAA 针对本次地磁暴现象做出的预报

▲马斯克在远期计划使用星舰超重型火箭，以一箭400 星的极高效率进行星链组网发射

反思：星链计划的必要性、正当性与科学性

星链计划自诞生之初便饱受诟病。首先，星链卫星影响了天文观测。2019 年5 月首批60 枚星链卫星上天后，就遭到了天文学界的强烈抗议。即使马斯克后来承诺将星链卫星“涂黑”甚至加遮光罩以尽量降低其亮度，但阳光在卫星表面的漫反射却是不能完全消除的。

其次，大量星链卫星对近地空间的轨道安全构成了威胁。星链卫星每周都会发生1600 次接近事件，几乎是总事件数的一半。2021 年12 月，中国常驻联合国代表团向联合国秘书长提交照会表示，美国的星链卫星两次危险接近中国空间站引发中国空间站紧急规避。事发之后中方多次用邮件联系美方有关部门，但是都没有得到回复。

最后，是星链卫星对于近地轨道空间及地球造成了污染。大量星链卫星挤占珍贵的近地轨道资源，被人们直称作“太空垃圾”。“星链”在退役后还会落入大气层烧毁，数量巨大的“星链”对大气层造成的污染不可忽略。

是什么造成了太空探索技术公司此次竹篮打水一场空的失败？地磁暴的确是直接诱因，但深究其背后，是由过低的轨道设计、不科学的升轨策略与莽撞的发射行动等人为因素共同造成的。在马斯克疯狂发射成千上万颗“星链”卫星的同时，这次事故也应该让他和他的团队反思一下“星链”计划的必要性、正当性与科学性了。