欧洲航天局不得不提高Swarm卫星的轨道，因为它们因为空间天气而下沉得太快了。
2021年底，欧洲航天局（ESA）Swarm卫星的运营商注意到了一些令人担忧的事情，这些测量地球周围磁场的卫星开始以异常快的速度向大气层下沉，比以前快10倍。这一变化与新的太阳周期的开始相吻合，专家们认为这可能是围绕我们星球运行的航天器的困难之年的开始。
“欧空局Swarm任务经理Anja Stromme告诉Space.com：”在过去的五、六年里，这些卫星每年下沉大约2.5公里[1.5英里]。”但自去年12月以来，它们几乎一直在下沉，12月至4月期间的下沉速度为每年20公里[12英里]。”
在靠近地球的轨道上运行的卫星总是面临着残留的大气层的阻力，这使航天器逐渐变慢，最终使它们落回地球。(它们通常不能在这种所谓的再入大气层中存活，并在大气层中燃烧。) 这种大气阻力迫使国际空间站的控制人员定期进行“再增压 “机动，以保持空间站在地球上空250英里（400公里）的轨道。
这种阻力也有助于清理近地环境中的太空垃圾。科学家们知道，这种阻力的强度取决于太阳活动–由太阳喷出的太阳风的数量，它根据11年的太阳周期而变化。上一个周期在2019年12月正式结束，相当沉睡，每月太阳黑子的数量低于平均水平，而且长期以来几乎没有任何活动。但是自去年秋天以来，恒星一直在苏醒，喷出越来越多的太阳风，产生太阳黑子、太阳耀斑和日冕物质抛射的速度越来越快。而地球的高层大气已经感受到了这种影响。
“Stromme说：”在大气层的上层，有很多复杂的物理学我们仍然没有完全理解，在那里它与太阳风相互作用。”我们知道，这种相互作用导致了大气层的上升。这意味着密度较大的空气向上转移到高空。
更密集的空气意味着对卫星的阻力更大。即使这种密度在地球上空250英里处仍然低得令人难以置信，但由上升的大气层引起的增加足以在实际上使一些低轨道卫星急剧下降。
“这几乎就像在逆风中奔跑，”Stromme说。”它更难，它是阻力—所以它使卫星减速，当它们减速时，它们会下沉。“
被太阳风暴击倒
Swarm星座于2013年发射，由三颗卫星组成，其中两颗在270英里（430公里）的高度环绕地球，大约在国际空间站上方20英里（30公里）。第三颗Swarm卫星在更高的地方环绕地球—离地面约320英里（515公里）。Stromme说，这两个较低轨道的航天器比较高的卫星受到更多的太阳作用的冲击。
较低的两颗卫星的情况变得如此不稳定，以至于到了5月，运营商不得不开始使用机载推进器提高卫星的高度来拯救它们。
欧空局的Swarm卫星并不是唯一与日益恶化的太空天气作斗争的航天器。今年2月，SpaceX失去了40颗全新的Starlink卫星，这些卫星在发射后就被太阳风暴击中。
2022年4月17日，太阳从其东边的一个活跃的太阳黑子群中释放出一个重大的X1.1级太阳耀斑。(图片来源：NASA/SDO和AIA、EVE和HMI科学团队)
在这种风暴中，卫星突然下降到较低的高度。当太阳风暴来临时，卫星的轨道越低，航天器无法恢复的风险就越高，让操作人员无奈地看着飞船在大气层中坠落而亡。
Starlink卫星的运行轨道为340英里（550公里），高于最危险的区域。然而，在发射后，Falcon 9 火箭将卫星批次放置得很低，仅在地球上空约217英里（350公里）处。然后SpaceX使用机载推进装置提高卫星的轨道。该公司表示，这种方法有优势，因为任何卫星在发射后遇到技术问题都会迅速落回地球，不会变成讨厌的太空碎片。然而，太阳的行为越来越多且不可预测，使得这些卫星容易发生意外。
新空间和不可预知的太阳
Stromme说，所有在250英里高度的航天器都必然会有问题。这包括国际空间站，它将不得不更频繁地进行再增压机动以保持漂浮，但也包括在过去十年中占据低地球轨道的数百个立方体和小型卫星。这些卫星–由开创简单、廉价技术的私营企业家带头的新空间运动的产物–特别容易受到伤害。
“许多这些[新卫星]没有推进系统，”Stromme说。”它们没有办法升空。这基本上意味着，它们在轨道上的寿命会更短。它们将比在太阳极小期时更早地重新进入。”
由于巧合（或初学者的运气），新的太空革命的开始是在那个沉睡的太阳周期。这些新的运营商现在正面临他们的第一个太阳最大值。但不仅如此。过去一年的太阳活动原来比太阳气象预报员预测的要强烈得多，有更多的太阳黑子，更多的日冕物质抛射和更多的太阳风袭击我们的星球。
“英国南安普敦大学研究低地球轨道卫星行为的工程和物理科学教授休-刘易斯告诉Space.com，”太阳活动比官方预测的要高很多。”事实上，目前的活动已经相当接近这个太阳周期预测的峰值水平，而我们离太阳最大值还有两到三年的时间。”
Stromme证实了这些观察。”她说：”我们现在正在进入的太阳周期25目前正在非常陡峭地增加。”我们不知道这是否意味着这将是一个非常艰难的太阳周期。它可能会放缓，它可能成为一个非常弱的太阳周期。但是现在，它正在快速增加。”
清理轨道
虽然严酷的太阳活动对卫星运营商来说是个坏消息，他们将看到其任务的寿命缩短（即使是带有机载推进器的卫星也将更快地耗尽燃料，因为需要频繁地提升高度），但这种情况将对地球周围的空间产生一些受欢迎的净化作用。
除了在过去十年中被数以百计的新卫星所填充之外，这一空间区域还被_令人担忧的大量空间碎片（旧卫星、废旧火箭级和碰撞碎片）所堵塞。像刘易斯这样的研究人员早就警告说，无处不在的垃圾在地球上飞驰，威胁着卫星服务的安全，迫使运营商频繁地进行规避操作。此外，这些碎片可能会引发一种被称为_Kessler综合症的失控情况，即2013年奥斯卡获奖电影 “地心引力 “中描述的不可阻挡的一连串碰撞。
“一般来说，太阳活动的增加—及其对高层大气的影响—从空间碎片的角度来看是个好消息，因为它减少了碎片的轨道寿命，提供了有用的’清洁服务’，”刘易斯说。
据哈佛-史密森天体物理学中心的空间碎片专家乔纳森-麦克道尔说，已经可以观察到这种积极的影响，因为2021年11月俄罗斯反卫星导弹试验产生的碎片现在比以前快得多。
然而，这个清洁过程也有一个缺点，”碎片物体衰变速度的增加几乎可以被认为是下雨，”刘易斯说。”当太阳活动较高时，’雨’的速度较高，在较低高度的任务将有可能经历更大的碎片通量。”
更大的碎片流量意味着需要更加频繁地进行燃烧燃料的规避机动，并暂时增加碰撞的风险，这有可能产生更多危险的碎片。
Stromme和她的同事目前正在将两个低轨道Swarm卫星的轨道提高28英里（45公里）。她补充说，今年晚些时候，这些卫星可能需要更多的调整。其目的是帮助这项目前已进入第九个年头、超过其最初计划寿命的任务度过太阳周期。该团队是否成功将主要取决于太阳的行为。
“我们仍然有燃料，希望能让我们度过另一个太阳周期，”Stromme说。”如果它像现在这样增长，我将在太阳周期结束前用完燃料。如果它放慢一点，我可能会通过太阳周期保存它们。”