科研动态｜空间中心等科研人员研究表明：空间天气导致低轨卫星寿命缩短70%

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近年来，航天活动快速发展，卫星数量爆炸性增长，且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（图1）首颗卫星（Binar-1）从国际空间站顺利释放，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）在国际空间站顺利释放，预期寿命6-8个月，然而仅仅运行2个月后就再入大气层，远低于设计寿命。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的意义。

图1. Binar系列立方星. (a) Binar-1卫星；(b-d) Binar-2/3/4卫星。

近日，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室科研团队联合北京跟踪与通信技术研究所、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，分析研究了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，引起了低轨大气密度的大幅增加，是导致Binar-2/3/4卫星加速陨落，未达到预期寿命的直接原因。

Binar-1发射于2021年，整体处于第25太阳活动周的上升初期（图2左侧红色阴影区域），空间天气水平相对较低；利用实测空间天气参数（图2（a））并结合不同的大气模型，估算的卫星寿命为9-13个月（图3紫色竖线），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（图2右侧红色阴影区域），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（图2（c））并结合不同的大气模型，估算的卫星寿命为68天左右（图3橙色竖线），与实际寿命基本一致。此外，若利用Binar-1在轨期间的空间天气参数（图2（a））进行Binar-2/3/4卫星的在轨寿命评估，结果约为7个月；若采用国际业界广泛使用的美国NOAA空间天气预报中心（SWPC）发布的空间天气中长期预报值（图2（b））进行Binar-2/3/4卫星的在轨寿命评估，结果约为4个月。可以看到，Binar-2/3/4在轨期间的实测空间天气情况，远高于前期水平以及预报水平，是导致其在轨寿命大幅缩减的直接原因。

图 2. NOAA-SWPC发布的2019-2032年期间太阳活动指数F10.7中长期预报值（绿色，13个月平滑值）和实测值（蓝色为月均值、橙色为13个月平滑值）对比。Binar-1卫星运行区间为左侧红色阴影区域，Binar-2/3/4卫星运行区间为右侧红色阴影区域。

图 3. 基于实测空间天气参数用不同大气密度模型估算的Binar-1卫星（紫色）和Binar-2/3/4卫星（橙色）的在轨寿命，两条水平的蓝色虚线为卫星的实际寿命。

以上研究成果以“Premature reentry of the Binar CubeSats due to underestimation of solar and geomagnetic activities and its implication for importance of medium‐ and long‐term space weather forecasts”为题发表于学术期刊Space Weather。论文第一作者为空间中心特别研究助理王昕，通讯作者为空间中心罗冰显研究员和王赤研究员。

文章信息及链接：

Wang, X., Wang, R., Wang, K., Yang, Z., Ren, T., Cao, J., Li, M., Liu, S., Luo, B.*, Wang, C.* (2025). Premature reentry of the Binar CubeSats due to underestimation of solar and geomagnetic activities and its implication for importance of medium‐ and long‐term space weather forecasts. Space Weather, 23, e2025SW004619. https://doi.org/10.1029/2025SW004619

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