美国传来噩耗,磁暴摧毁SpaceX的40颗星链卫星,影响中国空间站?

据新华社2022年2月10日发布的消息称,美国著名航天公司Space X 于2022年2月3日发射、原本是作为“星链”计划的49颗卫星中,多达40颗人造地球卫星已经于2月4日全部报废,损失高达上亿元人民币,可谓是2022年“开年最严重的卫星惨案”。

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SpaceX发射49颗“星链”卫星

究竟是什么摧毁了如此多的卫星?而这会不会也影响到中国前不久发射的空间站呢?

可能有人还不知道Space X这个公司的来历,谷歌词条显示,Space X成立于2002年6月,是一家美国私人航天公司,创始人及现任总裁为埃隆.马斯克,最开始主要负责在美国国际空间站往来运送货物,并在马斯克投资后不断壮大自己的团队。

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埃隆.马斯克

在2008年12月正式获得NASA(美国国家航空航天局)授权批准和资金补助后,Space X开始不断向太空发射含载人飞船在内的运载火箭;2012年10月,“龙”系列飞船成功将目标货物送到国际空间站,标志着私营航天已经变成了现实。

能够获得NASA认可以及负责空间站补给运输任务,足以说明Space X 精进的航天技术;然而这还不是它最出众的地方。

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从2011年,创始人埃隆.马斯克就一直在思索并不断寻找回收发射出去的火箭的思路与实际方法——因为一支火箭造价不菲,动辄数百万美元,如果能够在发射后回收它们,不仅省下一大笔经费,还有效提高了资源利用率。2012—2013年的5月,Space X 一共发射了不下6次火箭,可是都回收失败;直到2013年的10月7日,该公司发射的“猎鹰”系列运载火箭终于在升空700米左右后稳稳地落在发射台上,成为人类第一个做出来可回收火箭的私营公司。

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SpaceX火箭回收

然而,就是这样一个无数次令世人惊叹的公司,却也遭遇如此“滑铁卢”:“星链”计划中多达40颗都坠入大气层报废,这不得不让人感到费解。让我们来了解一下背后真正的原因;据相关专家分析,原来,此次摧毁了马斯克40颗卫星的罪魁祸首,正是地磁暴

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专家指出,地磁暴是地球出现全球性磁场异常波动、电子高能化周期性现象,在地磁暴出现期间,地球高底层大气密度会出现巨大偏差,从而带来风场以及地球磁层中电子的变化,电子经气流加速,就具有了高能量,继而开始在磁层中“流窜”,这个现象会直接导致地球磁场的方向和大小出现短期内的剧变,就使得依靠地磁确定位置与轨道的卫星“失控”,偏离原有航线,进而与地面失去通信联系。

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最后,那些“体力不支”的卫星因为过快损耗自己的速度,便坠入地球大气层,剧烈摩擦之后便成为了灰烬,自然也就完全报废了。

据悉,这和地磁暴出现密不可分的关键因素,是太阳运动带来的影响。这两者之间的关联,是英国天文学家卡林顿在1859年9月观测太阳黑子时发现的;他曾于9月1日观测到了太阳耀斑现象,次日地磁站台便记录到了强烈的地磁扰动现象。

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在得知其中关联后,卡林顿便着手调查具体原理,之后他发现:太阳的“燃烧”其实是大量的氢质子不断核聚变产生的能量,通俗来说就是“小核”聚集为“大核”然后释放出多余的热量,这种太阳内部的运动偶尔会比较剧烈,能量短时间内突然集中在某个“部位”,被人类观测到的情况则是太阳上突然闪现几块光斑,这就是“太阳耀斑”现象。

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太阳耀斑释放的大量电磁波和高能电子,随着“日冕”被抛出来,经过高速运行便来到了地球大气层,地球磁层受到剧烈扰动,便引起了地磁暴现象。由于太阳耀斑现象呈周期性出现,故而连带着地磁暴也是周期性的。结果不幸的是,这次太阳“打喷嚏”好巧不巧让Space X发射的卫星赶上了,才有了如此“浩劫”。

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地磁暴示意图

值得注意的是,地磁暴不仅会严重影响到卫星,还有其他诸多的危害。磁暴出现时,地球上的任何电气设备都有可能受到威胁,并且这种事早已有过实例。前文提到的卡林顿在1859年9月1日发现太阳耀斑,次日,高强度的磁暴便发生了,那一次的磁暴持续长达6天,欧洲以及北美洲大部分地区的发报机直接被毁,位于磁暴中心的输电设备被击溃,导致欧洲国家大面积停电停水,生产停止,正常生活停滞,那一次的地磁暴现象被以发现太阳耀斑的卡林顿命名,称为“卡林顿事件”。事后据美国经济学家统计,卡林顿事件造成的损失高达近3万亿美元,令人咂舌。

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卡林顿

此外,更有医学专家指出,处于磁暴中心的人一样会受到严重危害:血压急剧变化、头疼呕吐、心血管功能紊乱;更严重的则是高强度电磁场对动物细胞的摧残,电磁波会引起细胞变异,进而导致动物情绪异常、暴躁易怒。英国生物学家做过类似实验,将小鼠放置在高强度磁场中,一段时间后,安静温顺的小鼠开始在笼子里乱窜、拼命撕咬,最后神经萎靡而死亡。

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话说回来,此次地磁暴程度虽然不及卡林顿事件,但由于Space X发射的卫星直接接触到太阳耀斑抛射出的粒子波,因此受到了毁灭性的打击。不过也并不是完全的坏消息,此次SpaceX发射的惊人的“一箭93星”成功让创始人马斯克被美国授予美国科学院院士之名,可谓是,“塞翁失马,焉知非福”。

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当然,大家最为关心的是地磁暴会不会干扰到我国的空间站的问题,还有人担忧此次坠落的大量卫星以及失控状态的其他卫星也会影响空间站的运行。这当然也属于合理的猜测。

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首先是坠落的40颗卫星,人类基本不用担心它们的后续问题,更不用害怕它们的残骸会砸落地面。在进入大气层的过程中,剧烈的摩擦已经让卫星完全燃烧,等到进入平流层它们就会连“渣都不剩”,一个零件也不可能落下来。

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至于仍处于失控失联的其余9颗卫星以及地磁暴干扰的问题,目前根据新华社传来的消息,我国空间站并未有任何异常。当然,空间站早已观测出此次大范围地磁暴现象并得出相应数据,空间站的工作人员已经及时做出了相应调整,以确保与地面通讯系统的正常工作、空间站的运行航道上不会撞上其他卫星或者太空垃圾。

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虽然目前地磁暴仍旧会对空间站的GPS信号和通讯产生部分影响,但随着我国航空航天技术的提高,相信未来一定会有完美的应对方案

参考资料:

[1]thea.SpaceX一箭93星全记录[J].卫星与网络,2021(11):54-59.

[2]张佳欣. SpaceX首次“全平民”太空“旅行团”成功升空[N]. 科技日报,2021-09-17(004)
.DOI:10.28502/n.cnki.nkjrb.2021.005218.

[3]欧飒. 遇地磁暴,美“星链”损失多达40颗卫星[N]. 新华每日电讯,2022-02-11(008).

[4]袁建刚,李旺,刘胜男.全球电离层对2015年3月17日强地磁暴的响应分析[J].测绘科学技术学报,2019,36(06):558-564.

[5]李新洁,王冬辉,刘春明.地磁暴对电力系统的影响及防治策略[J].强激光与粒子束,2019,31(07):118-124.

作者:许墨元 校稿编辑:小宛

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