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衛星放電風險找到新線索:電子累積是關鍵推手

作者 高 詩豪
2025年9月4日 12:00

美國國防部的實驗衛星 STP-Sat6 在地球靜止軌道上收集到的最新數據,揭示了太空中衛星表面放電(Spacecraft Environment Discharges, SEDs)的成因。這類短暫的電性擊穿現象,雖然看似微小,卻可能對精密電子設備及通訊系統造成嚴重損害。

長久以來,科學家知道 SED 存在,但不清楚其與周遭電子環境的直接關聯。洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究員 Nag 博士指出,STP-Sat6 同時搭載兩種感測器:一個用於偵測電子數量與能量,另一個則監測無線電頻率訊號。這使研究團隊能同步比對兩組數據,首次確認 放電事件的高峰與電子活動的高峰呈現直接對應。

研究團隊分析超過一年的觀測紀錄,辨識出 270 多次高頻率放電及數百次電子活動高峰。值得注意的是,在約 四分之三的案例中,電子活動的峰值比放電事件早出現 24 至 45 分鐘。這顯示能量累積的過程類似地面上的靜電現象:當低能電子(尤其在 7.9 至 12.2 keV 能量範圍)不斷沉積在衛星表面時,逐步累積電荷,直到達到臨界點才爆發放電。

在特定環境下恐爆發極端高頻 引發威脅

圖是 STP-Sat6 衛星在 2022 年 3 月到 2023 年 4 月之間,記錄到的高頻放電事件(HB events)每分鐘發生次數的直方圖。大部分數據集中在低頻率,每分鐘 0–5 次的事件最常見,中位數是 3 次。95 百分位是每分鐘 24 次,而最高峰值達到 148 次。這顯示雖然多數放電屬於低頻,但在特定環境下仍可能爆發極端高頻率事件,對衛星運作構成潛在威脅。圖/《空間研究進展》。

這項發現意義重大。首先,它確認了低能電子是衛星充電與放電的「前奏」。更重要的是,這段 近半小時的提前量 為未來太空任務提供了預警契機。若能發展即時監測與預測工具,衛星操作人員或許能在放電發生前,主動採取保護措施,降低通訊中斷與設備受損的風險。

研究成果已發表於期刊 Advances in Space Research,不僅深化人類對太空環境風險的理解,也為提升衛星任務的安全性與韌性,開啟了新的應用前景。研究刊登在《空間研究進展》。

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http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Northrop Grumman(CC BY 4.0

圖片來源:Advances in Space Research(CC BY 4.0

參考論文:
1、Radio frequency transients correlated with electron flux measured on-board the STP-Sat6Advances in Space Research

延伸閱讀:
1、宇宙射線或為閃電觸發關鍵因素,科學家發現雷暴新機制

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