49 基のスターリンク衛星が磁気嵐に遭遇しました。それは太陽のせいですか？

◎科技日報記者 唐芳

最近、米国宇宙探査技術公社（スペースX）の公式サイトは、地磁気嵐の影響で、同社が2月3日に打ち上げたスターリンク衛星49基のうち40基がすでに大気圏に落下し、翌日には破壊されるか、落下寸前であると発表した。同社は、軌道から外れた衛星が他の衛星と衝突するリスクは「ゼロ」であると強調した。

中国科学院国家宇宙科学センターの研究員、羅秉賢氏は科技日報に対し、2月12日現在、公開データによれば、今回打ち上げられたスターリンク衛星5基が墜落したことが確認され、10基以上がまだ軌道上にあり、残りの衛星の状況はまだ不明であると語った。

「軌道から外れた衛星が他の衛星と衝突する確率は比較的低いが、リスクが『ゼロ』であると断言するのは少々絶対的すぎる」中国科学技術大学地球宇宙科学学院の雷九厚教授は科技日報に対し、近い将来に衛星を打ち上げる場合、制御不能な衛星の領空を通過することは依然として避ける必要があると語った。

スターリンク衛星は軌道高度約210キロメートルで、最低レベルの磁気嵐に遭遇した。

磁気嵐とは何ですか？羅炳賢氏は、太陽風が地球に到達すると、地球の磁場に乱れをもたらすと説明した。擾乱が激しい場合は、磁気嵐となります。太陽活動が活発な年には、磁気嵐がより頻繁に、より高いレベルで発生します。

「スターリンク衛星の損傷事故の際に発生した磁気嵐は最低レベルでした。」羅秉賢氏は科技日報に対し、地磁気Kp指数は通常、地磁気擾乱の強さを特徴付けるのに使われると語った。 Kp指数は0～9のレベルに分かれており、Kp=5は低レベルの磁気嵐が発生していることを示します。宇宙天気監視の結果、現地時間2月4日に、この一連のスターリンク衛星が高度約210キロメートルでKp=5レベルの磁気嵐に遭遇したことが判明した。

「このレベルの磁気嵐は、1957年から現在まで、平均して年間50日以上発生しています。太陽活動が活発な年には、年間120日以上発生します。」羅炳賢氏は、低レベルの磁気嵐は軌道上の通常の衛星にほとんど影響を与えず、基本的に制御可能であると述べた。

Kp=9は強い磁気嵐です。地球の放射線環境や大気環境は劇的に変化します。関係機関は、強力な磁気嵐に対して適切な早期警報、防護、回避措置を講じます。

雷九厚氏は、この磁気嵐の発生原理と過程について、太陽表面の爆発とともに、地球は一般的に、増強された電磁放射（フレア、地球に約8分で到達）、高エネルギー粒子流（地球に約1時間で到達）、太陽コロナから噴出する高速プラズマ雲の3つの攻撃を受けると述べた。

「このスターリンク衛星の現象は、1月29日の太陽からのMクラスフレアと、1月30日の中強度コロナ放出現象によって引き起こされました。」雷九厚氏はさらに、太陽風に運ばれたプラズマ塊が2月3日に地球付近に到達し、地球の磁場と相互作用し、地球磁気圏の上部を圧縮し、磁場の再結合を引き起こすなどのプロセスを経て、地球空間の磁気圏と環電流システムに深刻な乱れを引き起こし、磁気嵐を発生させたと述べた。

専門家：磁気嵐は引き金に過ぎず、「衛星推進戦略」によって被害が発生する可能性

イーロン・マスク氏と彼の会社は宇宙探査において多くの革新と躍進を遂げてきたが、2014年に彼が提案したスターリンク計画は広く批判されてきた。このプロジェクトは当初、1万2000基の衛星を宇宙に打ち上げる計画だったが、同社はさらに約3万基の衛星を製造することが承認されており、衛星の総数は4万2000基に増加する可能性がある。同社は2021年12月末時点で約1,900機の衛星を打ち上げたと報じられている。

「『自然災害』と『人災』が融合している」雷九厚氏の分析によると、スターリンク衛星の事故は、地磁気嵐によって地球の大気が加熱され、衛星の抵抗が増加して軌道を上昇できなくなったことが原因だという。しかし、雷九厚氏は、これらの衛星の損傷は主に衛星の推進戦略と衛星の設計によって引き起こされた可能性があり、大気抵抗の増加は誘発要因にすぎないと指摘した。

スターリンク衛星は、約55度の傾斜で高度約500キロメートルの軌道上で運用されていると理解されています。今回はなぜ軌道高度210キロメートルで失敗したのでしょうか？

羅炳賢氏は、今回打ち上げられた一連のスターリンク衛星の推進戦略は、まずロケットを使って衛星を210キロメートルの所定の軌道に送り、次に電気スラスタを使って衛星をより高い高度に送ることだと指摘した。しかし、衛星は高度210キロメートルで停止した際に磁気嵐に遭遇した。

「衛星は210キロの軌道上にあり、電気推進を使用している。大気抵抗と推進力はほぼ同等かもしれない。しかし、今回の磁気嵐により大気抵抗が増加し、推進効果が失われた。また、衛星は安全モードに入るように設計されており、軌道上昇状態に戻ることはできない」と雷九厚氏は述べた。

スペースXは、2月4日の磁気嵐がこれらの衛星に深刻な影響を及ぼし、衛星が位置する地域の大気が温まり密度が上昇したと述べた。衛星に対する大気抵抗は、以前の打ち上げレベルと比較して最大 50% 増加しました。

羅炳賢氏はこのデータの合理性を分析した。 「計算と観測の結果、この磁気嵐が大気の密度の増加を引き起こしたことが確認されました。さらに、衛星が大気の抵抗により高度を下げると、ますます密度の高い大気に遭遇することになります。全体的に見て、衛星が短期間で大気の抵抗を50％増加させることは合理的です」と彼は述べた。

雷九厚氏の意見では、衛星を最初からより高い軌道に送っておけば、たとえより強い磁気嵐、あるいは何倍も強い擾乱に遭遇したとしても、衛星がすぐに損傷を受けることはないだろう。同氏は、衛星は一般的により高い軌道に打ち上げられ、高度210キロに駐留することはないだろうと付け加えた。これは、大気の密度が高度とともに指数関数的に減少するためです。軌道が 100 キロメートル上昇すると、大気抵抗は 1 ～ 2 桁低下します。軌道高度400～500キロメートルでの大気抵抗は比較的小さい。

「軌道から外れたスターリンク衛星は約210キロの高さから落下し、大気圏に再突入した後に燃え尽きる。宇宙ゴミは発生せず、衛星の部品が地表に衝突することもない」と羅秉賢氏は述べた。

スターリンク衛星の軌道離脱のリスクについて、雷九厚氏は、これらの衛星は約210キロメートルの低軌道高度にあり、比較的大きな抵抗を受け、寿命も比較的短いと述べた。制御がない場合は、十数日以上で落下の過程で基本的に燃え尽きると予測されます。また、この軌道上には他の衛星がほとんどないため、衝突の可能性は比較的低いです。

地磁気嵐は人工衛星にどれほど大きな影響を与えるのでしょうか?

雷九厚氏は、磁気嵐の際には太陽からの高エネルギー粒子が沈殿して（電流による）ジュール熱が発生し、極地でのオーロラ活動の活発化が容易に観測され、地球上層大気の温度上昇も引き起こすと述べた。大気が膨張し、衛星軌道付近の大気の密度が増加し、衛星への抗力が増加します。

さらに、大気の組成の変化、大気循環の変化など、他の多くの影響があり、一般に電離層と呼ばれる大気の電離プラズマの対応する領域も劇的な変化を起こし、衛星通信と地上通信に影響を与えます。

地磁気嵐の間、地球を保護する磁場構造が変化することを強調する価値があります。同期衛星などの高軌道上の衛星の多くは、さまざまな磁場やプラズマ環境にさらされるため、高エネルギー粒子による直接的な攻撃を受け、衛星の一部の部品が故障することもあります。

羅炳賢氏は記者団に対し、強力な太陽の爆発は深刻な磁気嵐を引き起こし、20世紀の有名な2つの例のように軌道上の衛星や地上のインフラに影響を及ぼす可能性があると語った。

1979年、アメリカのスカイラブは太陽活動が活発な年に軌道上にありました。複数の磁気嵐の累積的な影響により、地球の大気の膨張によってスカイラブの大気抵抗が急激に増加し、その軌道はより速く衰退しました。スカイラブは大気圏に落ち、予想よりも早く燃え尽きた。

1989年、地磁気嵐によりカナダのケベック州の電力網に過負荷がかかり、その地域で9～12時間にわたる広範囲の停電が発生しました。また、ほぼ同時期に米国の宇宙目標追跡システムの何千もの目標を再配置する必要があり、新たに打ち上げられた飛行物体の追跡と識別が困難になっているとも報じられた。

出典：科技日報

編集者：王宇

レビュー: 岳良

最終審査員：He Yi