太阳风暴中的紫丁香一号

北京时间2017年5月25日16时35分从国际空间站弹射入轨,紫丁香一号已在400km的近地轨道上运行了144天,以51°的倾角环绕地球2240多圈。

在这近5个月中,紫丁香一号的轨道高度变化是这样的:

图中红色曲线为近圆轨道远地点高度变化情况,蓝色曲线为近地点高度,黑色曲线为平均轨道高度(地球半径6378.14km),由此可见紫丁香一号轨道高度从入轨时的404km缓慢衰减到了392km,平均衰减速度为83.3m/天。这是由于近地航天器在飞行过程中,会受到地球非球形引力、大气阻力、日月引力、太阳辐射压力等摄动力的作用。在无轨道控制的情况下,摄动力的阻力项将导致轨道高度的降低。

然而,图中椭圆圈中的高度变化,为何如此曲折?紫丁香一号微纳卫星在9月份究竟经历了什么?

我们首先了解到:北京时间2017年9月6日19:53,太阳爆发了X9.3级特大耀斑,中科院空间环境预报中心将此次大事件命名为“中元节事件”。

难道是此次太阳风暴对小卫星轨道高度产生了影响?参考中科院空间环境预报中心的官方微博,太阳风暴可能对低轨小卫星产生的影响主要体现为:
(1)耀斑喷发的高能粒子引发太阳质子流强度增加,导致地球所有轨道的单粒子效应增加;
(2)耀斑爆发伴随的日冕物质抛射引起地磁暴,导致地球低轨道处大气密度急剧增大。

大气密度的增加使高速运行着的卫星受到的阻力增大,进而导致卫星轨道高度降低。由此,列出9月份地磁活跃的时间,分别为:9月5日~9月7日(出现大磁暴)、9月15日~9月17日(出现中等磁暴)、9月27日~9月29日(出现大磁暴)。以上三段时间所对应的平均轨道高度变化如下图所示。

上图显示,在三个地磁活跃的时间段内,轨道高度衰减的速度较其左右时段小幅度加快,在图中体现为图线斜率绝对值增大。通过数据分析,可知9月5日~7日,轨道衰减约350m/天,9月15日~17日,轨道衰减约110m/天,9月27日~29日,轨道衰减约170m/天。均比无太阳风暴时的83m/天有所增加。

由此看来,紫丁香一号的轨道高度确实受到了太阳风暴的影响。既然如此,仍在奋力奔跑的紫丁香一号小星,该怎么办?你只能坚强面对这“狂雨暴雨”了,远在地面的我们,愿你被太阳温柔相待!

(本文来源:紫丁香卫星)