成百上千“星链”坠毁，带来哪些启示

近日，国外研究团队表示，星链卫星坠落再入大气层愈演愈烈。有报道称，星链卫星迄今已坠落1100多颗。那么，星链卫星为什么会大量损失？是否会影响太空和地面安全？哪些措施可能有助于尽量减少损失？类似事件又对商业航天卫星发展有哪些启示呢？

原因众多

加速迭代

据统计，截至今年6月14日，至少1189颗星链卫星再入大气层，仅今年1月就超过120颗。不过，并非成百上千颗星链卫星被“一举击落”，而是相对较长的过程，受卫星寿命、太阳活动周期、轨道级发射成功率等因素影响。

自2019年开始大规模组网发射以来，早期型星链卫星设计寿命为5年左右，后期型寿命有所延长，但为了控制成本、及时迭代，并未大幅延寿，成为星链卫星批量坠落的首要因素。例如，SpaceX公司在2024年2月就公开表示，计划让约100颗第一代星链卫星离轨坠毁。它们是在2019～2020年间发射入轨的，提供了较好的通信服务，但推进系统存在一些隐患。其次，太阳“发威”恐怕是星链卫星加速退役的重要原因。国外太空物理学家发现，随着2020～2024年太阳活动“高潮迭起”，星链卫星坠落数量也随之猛增。在太阳活动高峰期，太阳黑子迅速增加，太阳耀斑和日冕物质抛射时常发生，引发了大量剧烈地磁暴现象，不仅给全球多地带来了极光奇观，还对近地轨道航天器施加了不容忽视的作用。

随着地磁活动加剧，高层大气温度上升，近地轨道航天器运行会受到更大的阻力，如果缺乏有效的升轨手段，轨道高度就会加速下降。一方面，星链卫星普遍需要凭借自身推进器从300公里左右高度的临时轨道爬升到更高的工作轨道，一旦高层大气阻力上升，卫星难免会出现意外情况。另一方面，部分星链卫星的工作寿命耗尽，原计划逐步降轨再入大气层烧毁，坠落很可能因大气阻力升高而加快。国外观察和估算显示，卫星从280公里高度开始降轨，在更大的大气阻力影响下，再入时间会缩短10～12天。再次，尽管猎鹰9火箭成功发射星链卫星已是司空见惯，但也难免功亏一篑。例如，2024年7月11日，由于猎鹰9火箭第二级工作异常，20颗星链卫星短暂停留在100多公里高的极低轨道上。随后，推进器开启最大功率也无力支持卫星抵达工作轨道，这些卫星被迫在次日再入大气层烧毁。还有一些因素促使SpaceX公司主动“牺牲”部分星链卫星。比如，早期型星链卫星设计未考虑反光效果，导致其在夜空中异常醒目，严重干扰了天文观测。

为此，SpaceX公司在后期型星链卫星上应用了一些“遮光”措施，并加速早期型星链卫星退役。再比如，SpaceX公司与全球众多运营商合作推动手机直连卫星通信服务，争夺飞机、轮船等移动网络通信市场，甚至介入局部冲突以满足客户的特殊需求，均对星链卫星技术迭代提出了更复杂、更苛刻的要求。综合来看，相当一部分星链卫星已无法满足需求，不排除它们被“提前”更换。

风险不小

深入研究

再入大气层烧毁是低轨道卫星的重要退役方式，坠落时机、轨迹、预定落区等必须经过精心计算，既不能影响其他在轨航天器，也不能妨碍大气层内航空飞行，更不能威胁地面人身财产安全。

总体来看，处置巨型低轨星座的废弃残骸，地面团队需要重点关注3个关键问题。第一，轨道干扰问题。除了运行在传统轨道上的航天器需要注意规避太空残骸外，近年来超低轨卫星成为热门，其工作轨道高度普遍低于300公里，甚至仅有100多公里，往往设计成低阻力系数的特殊外形，面对未来大批坠落的低轨卫星残骸，其轨道维持和机动变轨的规律有待进一步研究，以便降低碰撞风险。第二，大气污染问题。2023年一项研究发现，在美国阿拉斯加上空近两万米高度收集的气溶胶中，金属元素含量之高出乎预料，特别是铝，与卫星再入大气层烧毁直接相关。

据估算，每颗第一代星链卫星烧毁过程中会产生约30公斤氧化铝微粒。随着商业巨型星座加快部署和更新换代，退役卫星再入烧毁过程势必会积累巨量的污染物，对大气臭氧层的潜在危害很令人担忧。第三，巨型低轨星座的组网星不断提升性能的同时，无可避免地向大型化发展，退役后坠入大气层，经过高温烧蚀，仍会有一定比例的部分坠落在地球表面。例如，曾有重约2.5公斤的星链卫星残骸坠落在有人区，风险之大，可想而知。

按设计，星链卫星应当尽量烧毁于大气层内，以免造成次级伤害。不料，2024年8月，星链卫星碎片砸入加拿大农场内，幸未造成人员伤亡。要知道，截至今年6月中旬，星链卫星累计发射约9000颗，其中7000多颗在轨运行，巨大的星座规模同时意味着空间碎片碰撞和太空残骸坠落的高风险。为了尽量降低星链卫星坠落的潜在威胁，美国宇航局戈达德飞行中心与SpaceX公司合作开展深入研究。SpaceX公司提供了一些以往航天器运营商不愿公开的卫星运行数据，包括精确轨道参数、卫星质量分布及其变化状况、阻力系数、不同轨位的迎风面积等，以便航天科研人员不断优化在地磁暴期间的航天器轨道运行阻力模型，帮助航天器运营者规划好太空残骸坠落时机、轨迹等。另外，SpaceX公司特意控制了星链卫星上一些高温耐烧蚀材料的体积和质量，希望其在大气层内尽可能多烧蚀掉，降低残骸坠落地面的概率。

细致规划

多管齐下

“星链”堪称国际商业巨型低轨星座的“引领者”，其遭遇的问题及解决方法对于“后来者”颇有借鉴意义。

其一，商业低轨星座建设方需要在充分确认市场需求和自身技术能力的基础上，权衡部署轨道、卫星设计寿命、建设与运维成本等因素，兼顾经济效益与天地安全。例如，建设方可以适当提升卫星部署轨道高度，增加工作轨道层次，尽量规避高层大气的影响，降低卫星意外提前坠落的概率。同时，为了弥补由此造成的信号延迟等缺陷，建设方可以考虑增加卫星部署数量、创新数据高速传输技术等。而为了有效控制应用诸多创新技术的成本，建设方又需要攻克卫星部件和平台模块化批量生产、可回收复用火箭高频次发射等基础技术难关。

其二，商业低轨星座建设方需要密切关注太阳剧烈活动、微流星体和空间碎片密集来袭等意外事件，对星座部署过程中可能遭遇的困难做到“心中有数”，再针对性完善发射规划，或者开发应用新技术。为此，建设方有必要与相关科研观测机构加强合作，积极开展国际协调工作，这也有利于星座可持续性高效运营。而且，在国际协调方面，最好由各国官方出面，制定相关国际准则，从宏观层面降低航天器运行风险。

其三，为了保障综合效益，商业低轨星座不太可能应用一些追求“极端”可靠性的措施，因此卫星周期性批量退役、坠落大气层将是无法避免的。建设方需要探索卫星材料和制造方法创新，适度降低退役卫星的结构强度和材料熔点，合理规划残骸再入轨迹，尽量减轻对其他航天器、大气层内飞行器和地面的威胁。事实上，随着卫星发射数量猛增，空间碎片和退役残骸快速增长，也创造了巨大的轨道清理需求，很可能会造就前景光明的商业航天“蓝海市场”。此外，为了进一步减轻太空残骸坠落大气层的消极影响，商业低轨星座建设方最好保持足够的信息透明度，及时发布预警和提示信息，并且积极参与公益科普活动，消除大众疑虑，承担社会责任。