科普：人造卫星能飞多久？

　　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。

▲图5 姿态稳定的CHAMP卫星，其横截面积变化曲线

　　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。