不可預(yù)測的太陽活動(dòng)導(dǎo)致衛(wèi)星墜落到地球上

上周，來自科廷大學(xué)Binar Space 計(jì)劃在地球大氣層中燃燒殆盡。這種情況總是會(huì)發(fā)生的。事實(shí)上，Binar 在珀斯 （Perth） 原住民的 Noongar 語中意為“火球”。

當(dāng)衛(wèi)星處于近地軌道（2,000 公里或更短）時(shí)，它會(huì)隨著越來越接近地表而經(jīng)歷軌道衰減。最終燃燒殆盡.

但是這些立方體衛(wèi)星 （CubeSats）被稱為 Binar-2、3 和 4 的 Binar-2、3 和 4 比原計(jì)劃更早進(jìn)入大氣層。它們只持續(xù)了兩個(gè)月——是預(yù)期的三分之一。這大大減少了科學(xué)和測試新系統(tǒng)的寶貴時(shí)間。

他們英年早逝的原因是什么？我們的太陽已經(jīng)進(jìn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，Binar 衛(wèi)星遠(yuǎn)非唯一的受害者。在過去的幾年里，最近的高太陽能活動(dòng)給衛(wèi)星運(yùn)營商帶來了意想不到的麻煩，而且這種情況只會(huì)越來越嚴(yán)重。

為什么太陽如此活躍？

太陽活動(dòng)包括太陽黑子、太陽耀斑和太陽風(fēng)（流向地球的帶電粒子流）等現(xiàn)象。

這種活動(dòng)是太陽不斷變化的磁場的產(chǎn)物，大約每 11 年一次，它完全翻轉(zhuǎn).在這個(gè)周期的中點(diǎn)，太陽活動(dòng)處于最高水平。

雖然這個(gè)周期是已知的，但具體的太陽活動(dòng)很難預(yù)測——?jiǎng)恿W(xué)很復(fù)雜，太陽預(yù)測還處于起步階段。

在過去的幾個(gè)月里，太陽活動(dòng)的指標(biāo)超過比預(yù)測高出一倍半對(duì)于當(dāng)前周期中的這一點(diǎn)，標(biāo)記為太陽周期 25.

太空天氣的影響

太空天氣是指源自大氣層（主要是太陽）之外的環(huán)境影響。它以各種明顯和不明顯的方式影響著我們?cè)诘厍蛏稀?/p>

最明顯的是極光的存在。在過去的幾個(gè)月里，極光的可見度要高得多，而且離赤道更近比過去二十年還要多.這是太陽活動(dòng)增加.

太空天氣，尤其是太陽能活動(dòng)，也給衛(wèi)星和衛(wèi)星運(yùn)營商帶來了額外的挑戰(zhàn)。

更高的太陽活動(dòng)意味著更多的太陽耀斑和更強(qiáng)的太陽風(fēng)——導(dǎo)致帶電粒子的通量更高，可以損壞或破壞衛(wèi)星上的電子元件.

這也意味著電離輻射的增加，導(dǎo)致宇航員的更高劑量和飛行員以及長距離無線電通信.

但對(duì)于近地軌道上的衛(wèi)星，太陽活動(dòng)最一致的影響是額外的能量被吸收到外層大氣中，導(dǎo)致氣球向外.

因此，距離地球不到 1,000 公里的所有衛(wèi)星體驗(yàn)大氣阻力.這是一種破壞它們軌道并導(dǎo)致它們墜落到行星表面的力。

該地區(qū)著名的衛(wèi)星包括國際空間站和 Starlink 星座。這些衛(wèi)星有推進(jìn)器來抵消這種影響，但這些校正可能很昂貴。

近地軌道還包含許多大學(xué)衛(wèi)星，例如 Binar CubeSats。立方體衛(wèi)星很少配備可以調(diào)整高度的工具，因此它們完全受太空天氣的擺布。

Binar 怎么了？

Binar Space Program 是在科廷大學(xué) （Curtin University） 開展的一項(xiàng)衛(wèi)星研究計(jì)劃。它旨在促進(jìn)我們對(duì)太陽系的理解，并降低在太空中運(yùn)行的障礙。

該計(jì)劃從其第一顆衛(wèi)星Binar-1 （比納爾-1），2021 年 9 月。這是進(jìn)入第 25 個(gè)太陽周期不到一年的時(shí)間，當(dāng)時(shí)太陽活動(dòng)相對(duì)較低。

在這些條件下，這顆 10 厘米的立方體衛(wèi)星從 420 公里的高度開始，在軌道上存活了整整 364 天。

該計(jì)劃的后續(xù)任務(wù)——Binar-2、3 和 4——是三顆大小相等的立方體衛(wèi)星。然而，由于新可部署太陽能電池陣列以及太陽能活動(dòng)的預(yù)測增加。

然而，他們只熬過了兩個(gè)月就被燒毀了。雖然立方體衛(wèi)星任務(wù)相對(duì)便宜，但過早結(jié)束任務(wù)總是代價(jià)高昂的。對(duì)于商業(yè)衛(wèi)星來說更是如此，強(qiáng)調(diào)了更準(zhǔn)確的太空天氣預(yù)報(bào)的必要性。

好消息是太陽會(huì)再次平靜下來。盡管目前太陽能活動(dòng)出乎意料地高，但到 2026 年可能會(huì)放緩，并且預(yù)計(jì)會(huì)放緩在 2030 年返回到太陽極小期.

雖然這不是任務(wù)的明確目標(biāo)，但 Binar 太空計(jì)劃現(xiàn)在已經(jīng)深刻地展示了太陽活動(dòng)對(duì)太空運(yùn)營的巨大影響。

雖然 Binar-2、3 和 4 的英年早逝是不幸的，但未來任務(wù)的工作已經(jīng)開始。預(yù)計(jì)它們將發(fā)射到更寬容的太空天氣中。

凱爾·麥克馬倫， 航空航天工程博士生，科廷大學(xué)

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