低轨卫星寿命缩短的诱因获揭示

近年来，航天活动快速发展，卫星数量爆炸性增长，90%以上的航天器在低轨运行。低轨大气会对卫星产生阻力，使卫星轨道高度不断衰减，直至再入大气层，是低轨航天器任务规划和在轨运行需要关注的重要因素。

2021年10月，澳大利亚科廷大学研发的Binar系列立方星首颗卫星（Binar-1）从国际空间站释放，正常运行1年后再入大气层，达到了其设计寿命。2024年9月，第二批3颗Binar卫星（Binar-2/3/4）在国际空间站释放，预期寿命6至8个月，而仅运行2个月后便再入大气层，低于设计寿命。分析其背后的原因，对不断优化卫星设计、保障航天任务顺利实施具有重要意义。

近日，中国科学院国家空间科学中心、国家天文台等单位，利用太阳活动和地磁活动观测数据、GRACE‐FO、GRACE‐A、SWARM‐C等卫星大气探测数据，以及NRLMSISE‐00、JB2008和Jacchia71等大气模型，分析了Binar系列卫星在轨寿命与空间天气变化的关系。结果表明，快速上升的空间天气水平，导致低轨大气密度的大幅增加，进而引发Binar-2/3/4卫星加速陨落，使其未达到预期寿命。

Binar-1发射于2021年，整体处于第25太阳活动周的上升初期，空间天气水平相对较低；利用实测空间天气参数并结合不同的大气模型，估算的卫星寿命为9至13个月，与实际寿命基本一致。然而，Binar-2/3/4立方星运行期间处于太阳活动高年，空间天气急剧增强，太阳辐射指数是Binar-1在轨期间的近2倍；利用实测空间天气参数并结合不同的大气模型，估算的卫星寿命为68天左右，与实际寿命基本一致。若利用Binar-1在轨期间的空间天气参数进行Binar-2/3/4卫星的在轨寿命评估，结果约为7个月；若采用广泛使用的空间天气中长期预报值进行Binar-2/3/4卫星的在轨寿命评估，结果约为4个月。Binar-2/3/4在轨期间的实测空间天气情况，高于前期水平及预报水平，是其在轨寿命大幅缩减的直接原因。

相关研究成果发表在《空间天气》（Space Weather）上。

论文链接