近日，國外研究團隊表示，星鏈衛星墜落再入大氣層愈演愈烈。有報道稱，星鏈衛星迄今已墜落1100多顆。那么，星鏈衛星為什么會大量損失？是否會影響太空和地面安全？哪些措施可能有助于盡量減少損失？類似事件又對商業航天衛星發展有哪些啟示呢？

原因眾多

加速迭代

據統計，截至今年6月14日，至少1189顆星鏈衛星再入大氣層，僅今年1月就超過120顆。不過，并非成百上千顆星鏈衛星被“一舉擊落”，而是相對較長的過程，受衛星壽命、太陽活動周期、軌道級發射成功率等因素影響。

大量堆疊的星鏈衛星被在軌釋放。

自2019年開始大規模組網發射以來，早期型星鏈衛星設計壽命為5年左右，后期型壽命有所延長，但為了控制成本、及時迭代，并未大幅延壽，成為星鏈衛星批量墜落的首要因素。例如，SpaceX公司在2024年2月就公開表示，計劃讓約100顆第一代星鏈衛星離軌墜毀。它們是在2019～2020年間發射入軌的，提供了較好的通信服務，但推進系統存在一些隱患。

其次，太陽“發威”恐怕是星鏈衛星加速退役的重要原因。國外太空物理學家發現，隨著2020～2024年太陽活動“高潮迭起”，星鏈衛星墜落數量也隨之猛增。

在太陽活動高峰期，太陽黑子迅速增加，太陽耀斑和日冕物質拋射時常發生，引發了大量劇烈地磁暴現象，不僅給全球多地帶來了極光奇觀，還對近地軌道航天器施加了不容忽視的作用。

隨著地磁活動加劇，高層大氣溫度上升，近地軌道航天器運行會受到更大的阻力，如果缺乏有效的升軌手段，軌道高度就會加速下降。一方面，星鏈衛星普遍需要憑借自身推進器從300公里左右高度的臨時軌道爬升到更高的工作軌道，一旦高層大氣阻力上升，衛星難免會出現意外情況。另一方面，部分星鏈衛星的工作壽命耗盡，原計劃逐步降軌再入大氣層燒毀，墜落很可能因大氣阻力升高而加快。國外觀察和估算顯示，衛星從280公里高度開始降軌，在更大的大氣阻力影響下，再入時間會縮短10～12天。

再次，盡管獵鷹9火箭成功發射星鏈衛星已是司空見慣，但也難免功虧一簣。例如，2024年7月11日，由于獵鷹9火箭第二級工作異常，20顆星鏈衛星短暫停留在100多公里高的極低軌道上。隨后，推進器開啟最大功率也無力支持衛星抵達工作軌道，這些衛星被迫在次日再入大氣層燒毀。

還有一些因素促使SpaceX公司主動“犧牲”部分星鏈衛星。比如，早期型星鏈衛星設計未考慮反光效果，導致其在夜空中異常醒目，嚴重干擾了天文觀測。為此，SpaceX公司在后期型星鏈衛星上應用了一些“遮光”措施，并加速早期型星鏈衛星退役。

再比如，SpaceX公司與全球眾多運營商合作推動手機直連衛星通信服務，爭奪飛機、輪船等移動網絡通信市場，甚至介入局部沖突以滿足客戶的特殊需求，均對星鏈衛星技術迭代提出了更復雜、更苛刻的要求。綜合來看，相當一部分星鏈衛星已無法滿足需求，不排除它們被“提前”更換。

風險不小

深入研究

再入大氣層燒毀是低軌道衛星的重要退役方式，墜落時機、軌跡、預定落區等必須經過精心計算，既不能影響其他在軌航天器，也不能妨礙大氣層內航空飛行，更不能威脅地面人身財產安全。

星鏈衛星在軌運行效果圖。

總體來看，處置巨型低軌星座的廢棄殘骸，地面團隊需要重點關注3個關鍵問題。

第一，軌道干擾問題。除了運行在傳統軌道上的航天器需要注意規避太空殘骸外，近年來超低軌衛星成為熱門，其工作軌道高度普遍低于300公里，甚至僅有100多公里，往往設計成低阻力系數的特殊外形，面對未來大批墜落的低軌衛星殘骸，其軌道維持和機動變軌的規律有待進一步研究，以便降低碰撞風險。

第二，大氣污染問題。2023年一項研究發現，在美國阿拉斯加上空近兩萬米高度收集的氣溶膠中，金屬元素含量之高出乎預料，特別是鋁，與衛星再入大氣層燒毀直接相關。據估算，每顆第一代星鏈衛星燒毀過程中會產生約30公斤氧化鋁微粒。隨著商業巨型星座加快部署和更新換代，退役衛星再入燒毀過程勢必會積累巨量的污染物，對大氣臭氧層的潛在危害很令人擔憂。

第三，巨型低軌星座的組網星不斷提升性能的同時，無可避免地向大型化發展，退役后墜入大氣層，經過高溫燒蝕，仍會有一定比例的部分墜落在地球表面。例如，曾有重約2.5公斤的星鏈衛星殘骸墜落在有人區，風險之大，可想而知。

按設計，星鏈衛星應當盡量燒毀于大氣層內，以免造成次級傷害。不料，2024年8月，星鏈衛星碎片砸入加拿大農場內，幸未造成人員傷亡。要知道，截至今年6月中旬，星鏈衛星累計發射約9000顆，其中7000多顆在軌運行，巨大的星座規模同時意味著空間碎片碰撞和太空殘骸墜落的高風險。

為了盡量降低星鏈衛星墜落的潛在威脅，美國宇航局戈達德飛行中心與SpaceX公司合作開展深入研究。SpaceX公司提供了一些以往航天器運營商不愿公開的衛星運行數據，包括精確軌道參數、衛星質量分布及其變化狀況、阻力系數、不同軌位的迎風面積等，以便航天科研人員不斷優化在地磁暴期間的航天器軌道運行阻力模型，幫助航天器運營者規劃好太空殘骸墜落時機、軌跡等。

另外，SpaceX公司特意控制了星鏈衛星上一些高溫耐燒蝕材料的體積和質量，希望其在大氣層內盡可能多燒蝕掉，降低殘骸墜落地面的概率。

細致規劃

多管齊下

“星鏈”堪稱國際商業巨型低軌星座的“引領者”，其遭遇的問題及解決方法對于“后來者”頗有借鑒意義。

其一，商業低軌星座建設方需要在充分確認市場需求和自身技術能力的基礎上，權衡部署軌道、衛星設計壽命、建設與運維成本等因素，兼顧經濟效益與天地安全。

星鏈星座效果圖。

例如，建設方可以適當提升衛星部署軌道高度，增加工作軌道層次，盡量規避高層大氣的影響，降低衛星意外提前墜落的概率。同時，為了彌補由此造成的信號延遲等缺陷，建設方可以考慮增加衛星部署數量、創新數據高速傳輸技術等。而為了有效控制應用諸多創新技術的成本，建設方又需要攻克衛星部件和平臺模塊化批量生產、可回收復用火箭高頻次發射等基礎技術難關。

其二，商業低軌星座建設方需要密切關注太陽劇烈活動、微流星體和空間碎片密集來襲等意外事件，對星座部署過程中可能遭遇的困難做到“心中有數”，再針對性完善發射規劃，或者開發應用新技術。為此，建設方有必要與相關科研觀測機構加強合作，積極開展國際協調工作，這也有利于星座可持續性高效運營。

而且，在國際協調方面，最好由各國官方出面，制定相關國際準則，從宏觀層面降低航天器運行風險。

其三，為了保障綜合效益，商業低軌星座不太可能應用一些追求“極端”可靠性的措施，因此衛星周期性批量退役、墜落大氣層將是無法避免的。建設方需要探索衛星材料和制造方法創新，適度降低退役衛星的結構強度和材料熔點，合理規劃殘骸再入軌跡，盡量減輕對其他航天器、大氣層內飛行器和地面的威脅。

事實上，隨著衛星發射數量猛增，空間碎片和退役殘骸快速增長，也創造了巨大的軌道清理需求，很可能會造就前景光明的商業航天“藍海市場”。

此外，為了進一步減輕太空殘骸墜落大氣層的消極影響，商業低軌星座建設方最好保持足夠的信息透明度，及時發布預警和提示信息，并且積極參與公益科普活動，消除大眾疑慮，承擔社會責任。

來源：中國航天科普