再比如1989年3月份的“卡林顿事件”中,空间环境的剧烈扰动引起大气密度急剧增加,使840km高度的大气密度增加了9倍。大气密度的剧增引起了美国的太阳峰年卫星(SMM)在整个事件期间的运行高度下降了5km,从而提前陨落。
▲图4 卡林顿事件期间,空间环境出现剧烈扰动,大气密度急剧增加
卫星在轨寿命的其他影响因素
除了大气密度之外,卫星自身的物理参数也会对在轨寿命产生很大的影响,其中非常重要的一个参数就是卫星的面质比,它是卫星质量与横截面积的比值。卫星质量越大,表示卫星的惯性越大,横截面积越小,表示卫星受到的大气阻力越小,因此面质比越小表示卫星的在轨寿命越长,反之越短。
卫星质量一般容易确定,但是横截面积的计算却没那么简单。横截面积与卫星形状和运行姿态有关,通常情况下,卫星形状比较复杂,运行姿态经常发生变化,即使姿态稳定的卫星,其有效横截面积也会随时间变化,因此卫星的面质比大多时刻发生着变化。
如何预测卫星在轨寿命
综上所述,影响卫星在轨寿命的主要因素是大气密度,而大气密度与卫星高度和空间环境状况有着密切的联系,此外,卫星面质比和运行姿态也是非常重要的因素。若能正确的考虑这几个因素的影响,则可以大致估计出卫星的在轨寿命。
▼图6是利用国际上著名的STK软件模拟的400km高度处不同发射年份下、面质比为0.01的球形卫星其轨道衰减的时间曲线。横轴表示发射时间,代表了不同的空间环境状况,纵轴表示卫星由400km降至250Km所需的时间。
▲图6:不同发射年份下,面质比为0.01的卫星其轨道衰减时间曲线
由于第24太阳活动周低年在2019年左右,因此2016-2019年太阳活动逐渐降低,大气密度逐渐减小。在该面质比下,400km高度处的卫星寿命一般为1-2年左右,因此卫星在轨寿命逐年增加。
正是由于影响卫星在轨寿命的因素较多,因此在设计在轨寿命的时候需要统筹兼顾多方面的影响。只有正确的考虑了各种因素的影响,卫星才能按人们预期的那样驻留在太空中,完成各项科研实验任务。