近期，有关马斯克星链卫星大批坠落的内容，频繁登上热搜。
这里先要解释一下，星链卫星并不是一夜之间掉下来这么多，而是日积月累达到了一个较大的数字。
具体来说，据媒体称马斯克的星链卫星近年坠落 583 颗，而 2024 年因太阳风暴损毁 316 颗创纪录。
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那么，这种现象的原因是什么？会带来怎样的后果呢？这就要从太阳的活动和星链卫星本身的特性说起了。
太阳有点“不老实”
太阳在平时，就会释放出大量高速的带电粒子，也就是我们常说的“太阳风”。
这些高速带电粒子偶尔可能穿透卫星外壳并击中微电子器件的敏感区域，导致数据错误，最终导致异常指令，引发程序混乱甚至系统崩溃，而太阳风日积月累的侵蚀，还会导致器件性能逐渐退化。
此外，这些带电粒子还会让卫星的表面和内部的元件中积累电荷，产生电位差，最终因放电导致卫星故障甚至损坏。
好消息是，平时太阳风相对比较“温和”，容易被地球磁场干扰偏转，对卫星和通信的影响也不大。
但太阳有时候会爆发耀斑，这会放出大量的紫外线和X射线，还会高速抛射出很多等离子体，这些都会对地球的大气层带来巨大影响。
其中紫外线和 X射线会电离地球的大气顶部，导致暂时的无线电中断。
如果太阳耀斑爆发，还可能出现强力的太阳风，在国产科幻大片《流浪地球 2》中有一场戏，讲的就是强烈的太阳风来袭，导致月球上的工程被迫停止，也有重要设备因没来得及屏蔽而发生损坏。
这样的强力太阳风，除了可能直接损坏卫星外，也会造成地球附近磁场产生大范围的扰动，这也就是我们常说的磁暴，这往往会导致通信干扰、大气受热膨胀、还可能导致停电。而太阳活动剧烈的时间段，星链卫星损失也更多。
不过，也不用谈磁暴色变，虽然具体某一次磁暴难以预测，但自十八世纪以来，太阳黑子活动基本上都是以十一年为一个周期，在每个周期中都会产生几千几万次磁暴。
对于磁暴，我们是见得多了，大部分情况下，在轨卫星本身防护措施是够的，最多就是通信暂时受到影响，并不会因此坠毁。
星链卫星为何容易掉？
了解了太阳活动对卫星的影响，接下来看看星链卫星的问题，为什么咱们平时难得听到别的卫星出事，而星链卫星却几十上百地往下掉呢？
60 颗星链卫星堆栈在一起（2019 年 5 月 24 日），图源：wiki
除了星链卫星本身数量众多之外，首要原因就是星链卫星本身质量不太“过硬”，寿命也不长，但这也是由设计思路决定的，目前的这个损失率仍属于正常范围内。
像 2024 年开始星链卫星大规模坠落，主要原因也是第一批发射的星链卫星“寿终正寝”主动离轨。
此外，星链项目的商业卫星，为了节约成本，往往会使用一些不十分成熟的新技术或廉价的民用技术，思路多少有点“只要我够便宜，补得比掉得快，网络就能正常运行”。
到了恶劣的太空环境中，这些卫星的可靠性就不如传统卫星那么高，一旦出现磁暴，也往往更容易出故障。
一方面，星链卫星轨道高度有的属于大气层的热层/中间层，稀薄气体分子也会对卫星产生持续的气动阻力，进而导致其轨道衰减。
另一方面，磁暴爆发时，常会导致大量带电粒子注入大气层，加热大气使之膨胀。大气这一膨胀，就带来问题了，在低轨卫星轨道的高度，高层大气原本很稀薄，卫星受到的阻力可以接受。
可磁暴一来，大气受热，密度增加，空气阻力便随之猛地变大。这时如果卫星不能及时打开发动机升高轨道，就会像陷入泥沼一样，越来越慢越来越低，直到维持不了高度坠入大气，结局可想而知。
而星链卫星的姿态与轨道控制霍尔发动机，本身推力非常有限，大多数为几十毫牛到几百毫牛之间，所以难以抵抗下降阻力。
2022 年 2 月，星链卫星就发生过一次重大损失，有 40 颗刚刚成功发射的星链卫星坠入大气层。
原因就是星链卫星是在低轨道释放的，而当时正好发生了磁暴，面对磁暴，这些卫星在进入了安全模式后，没能及时退出并打开发动机调整轨道，这也是那次星链卫星批量受损的主要原因，而其他更高轨道上的卫星则不会受到这样的影响。
那次事件可能算得上是有史以来，由太阳风暴造成的最大规模的卫星损失了，也是首次因大气密度增加而引发的大规模卫星故障。
星链卫星是太空垃圾吗？
因为星链卫星三天两头往下掉，一些朋友会觉得星链卫星是“太空垃圾”。
不过这种看法并不妥当，因为按照太空垃圾的一般定义，它们是指所有在轨且废弃的人造物体，换句话说，就是只有那种不能操控、失去联系、丧失功能，在轨道上漂着的东西才算是太空垃圾。
而星链的大部分卫星功能完好，甚至还自带霍尔推进器，能根据指令改变轨道，显然不应该被算作太空垃圾。
但是，即便不考虑军事方面，星链的确也给近地轨道资源和安全带来了一些问题。
一方面，星链占轨道。
太空虽大，但最有价值的轨道是近地轨道，尤其集中在离地面高度不超过 600km 的范围内，就好比去看演唱会时前排靠近舞台的 VIP 座。卫星在这个距离上，“看”地面更清晰，传信号延迟更低，非常适合卫星探测，或组建通讯系统。
因此星链项目选择在轨道高度 550 公里的地方部署卫星，并打算继续发射数万颗卫星。
但根据专家推测，近地轨道所能容纳的卫星总数约为 6 万颗（这个数字也许还会随着技术进步有所提高）。
可见，轨道资源其实仍是有限的，星链此举，也是在抢占轨道资源，目前在轨的星链卫星的数量可达 7500 颗以上，超过其他国家或商业机构的卫星数总和，已经占据了不可忽视的比例。
另一方面，星链卫星放到太空尺度下虽然不大，但不要忘了，轨道上的航天器都在高速运动，数量多了以后，一旦发生碰撞，就会瞬间爆出一大堆向四面八方高速运动的碎片，而这些碎片覆盖的范围更广，可能击毁附近其他航天器，产生更多新碎片，以至于引起连锁反应。
如果航天器密度过大，发生这种事故，那么轨道上的碎片数量将在短时间内成指数增长。而成本低，寿命短，数量多的星链卫星，则会增加这种风险。
事实上，2023 年据专家估计，尺寸在 10cm 以上的空间碎片大约有 3.7 万个，而小于这个尺寸的碎片，据估计数量可达数亿。
而 2016 年，国际空间站就曾被太空垃圾击中玻璃产生了裂纹，万幸没有造成更严重的后果。
此外很多航天器，包括星链卫星，都能够改变自己的轨道规避碰撞，但如果航天器数量和密度很高，这有可能导致连锁反应。
比如我们经常看到，本来有点拥挤的车道上，所有的车辆都在各自的车道内正常行驶，突然有一辆车变道，为了避让，其他车也得跟着变道，很多事故都是这么引起的。
而且航天器其实都有寿命，也有出现故障的可能，密度高了以后，一旦出故障失控，很容易牵一发而动全身。
在 2021 年 7 月 1 日和 10 月 21 日，马斯克的星链卫星，就在未通知中国的情况下，擅自改变轨道，威胁到了中国空间站的安全，中国空间站被迫调整轨道紧急避碰。
而早在星链第一批卫星发射的时候，欧洲航天局的“风神”地球观测卫星，就曾因为星链卫星突然调整轨道，被迫规避。
最后总结一下，星链卫星大量坠落，并不是事发突然，这主要与卫星的设计寿命和太阳活动有关。
而近地轨道资源的妥善利用和太空垃圾的应对，则需要被严肃对待，否则势必会影响全人类探索和开发利用太空。
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审核丨单文杰 中国运载火箭技术研究院 研究员
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