因SpaceX一夕砸40枚衛星引發磁暴？日研究揭Starlink「省燃料」作法也是問題

低軌道衛星普遍都是一口氣升空到目標高度。然而，Starlink 為了節省燃料等更高效的運用目的，嘗試了先將衛星發射到210km的高度、之後再讓衛星自行上升到目標高度。這很可能是本次讓衛星失能的影響因素之一。

去年（2022年）2月，SpaceX發射的一批Starlink共49枚衛星，受到太陽表面爆發的閃焰（solar flare）所引發的磁暴（geomagnetic storm，地球磁層擾動）影響，共有40枚衛星失能、只能墜回大氣層燒毀。事件讓全球關注這一輪太陽活躍年是否風險更高、以及太空天氣預報是否充分，但磁暴是事件唯一的真因嗎？

日本學術機構「國立極地研究所」團隊研究指出，當時發生的磁暴規模，是平均每個月都會發生一次、極普遍常見的磁暴。原因可能出於Starlink一度停留在約200公里處的高空，而該高度在磁暴發生時的空氣阻力高於預期50%，最後致使衛星失能。該模擬數據與SpaceX所發表的空氣阻力吻合。

根據SpaceX當初（2022年2月8日）發表的說明，49顆Starlink衛星由獵鷹9號（Falcon 9）發射至210公里的預定軌道，這些衛星具備有可控飛行（controlled flight）的能力，並準備自該處上升至部署位置。

可以藉太空天氣預報避險嗎？「無預警的第二次磁爆」

事實上，引起該磁暴的太陽風暴發生在1月29日。包含主導本次研究的「極地研」片岡龍峰副教授，也在第一時間預報數日後將發生磁暴。

到了（世界時）2月3日，磁暴如預期般的發生了。

SpaceX選在這一波磁暴結束後的時間點，發射49枚衛星升空。這是因為，當太陽閃焰發生、從太陽噴射出的電漿體與物質（CME，Coronal mass ejection，コロナ質量放出。下圖黃色與橙色區塊）在地球引發一波磁暴後，再度發生第二波磁暴的案例極其罕見；此外，過去對200公里高度的大氣所知較少，對磁暴發生時理解僅限於極地附近會發生約25%左右大氣密度的改變。

然而，衛星卻遭遇罕見的第二波磁暴而失能了。為什麼？

分析複數組探測機、以及衛星的太陽與太陽風觀測資料後，團隊發現並非CME到達地球、引發第一波磁暴後再引發第二波，而是在極短的時間內，太陽依序噴發了兩次CME（上圖黃色為第一次、橙色為第二次），兩波CME之間相隔極短的時間，並且先後引發了兩波磁暴。

低成本Starlink衛星的啟示：弱磁暴也可能因高度不足受損

即使如此，根據日經新聞報導，兩波磁暴都不是直接撲向地球，只是輕擦而過而已。磁暴會增加大氣的密度、以及人造衛星所從大氣受到的空氣阻力。據說明，SpaceX在衛星脫離火箭、到達預設的210km高空時，增加了約50%的阻力，因此為了減緩阻力、而讓衛星移至安全模式。該研究使用日本的學術單位「情報通訊研究機構」的模型、進行模擬後，計算出即使是弱磁暴，也會在全球的尺度造成大氣密度增加50%的結果。

（上圖為經過模式模擬計算、2月4日的200km高度的大氣質量密度。與磁暴發生前的變化以%表示）

日經指出，目前類似Starlink這類型離地數百公尺的「低軌道衛星」，普遍做法都是一口氣升空到目標高度。然而，Starlink為了節省燃料等更高效的運用目的，嘗試了先將衛星發射到210km的高度、之後再讓衛星自行上升到目標高度。空氣阻力在高度越低的空中就會越大，因此像這種運作方式，也很可能是本次讓衛星失能的影響因素之一。

本次研究也顯示，更高頻率的發射、以及尋求更低成本時，在偶然發生磁暴時就可能出狀況。因此在採取對策時，不只是大規模的太陽活動、較弱的太陽閃焰也必須列為觀測與防備的對象。

《本文作者湯皓茹，原文刊登於合作媒體INSIDE，聯合新聞網獲授權轉載。》