SpaceXの衛星インターネット網であるStarlinkは地球低軌道(LEO)に展開される大規模な衛星コンステレーションによって実現しています。NASA・ゴダード宇宙飛行センターの研究チームが、太陽活動の活発化によってStarlinkの人工衛星の寿命が縮まっていると指摘する研究結果を発表しました。
[2505.13752] Tracking Reentries of Starlink Satellites During the Rising Phase of Solar Cycle 25
https://arxiv.org/abs/2505.13752
The sun is killing off SpaceX's Starlink satellites | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2481905-the-sun-is-killing-off-spacexs-starlink-satellites/
研究チームによれば、過去5年間でLEO衛星の数は指数関数的に増加しており、宇宙空間での衝突や地上へのデブリ落下を防ぐための信頼性の高い監視と再突入予測の必要性が高まっているとのこと。LEO衛星は上層大気中を飛行するため、大きな抗力を受け、その結果として衛星の寿命が短縮します。
また、地球周回軌道上の衛星、特にSpaceXのStarlinkのような大規模衛星コンステレーションの寿命は太陽活動から大きな影響を受けています。とりわけ、太陽活動によって磁気嵐などの大規模な地磁気活動が発生すると、衛星の衝突リスクが増加するとのこと。
今回の研究では、2020年から2024年にかけての第25太陽活動周期の上昇期に再突入した523機のStarlink衛星の追跡データを用いて、地磁気活動が衛星の再突入に及ぼす影響が調査されました。研究チームは2行軌道要素(TLE)ファイルから衛星の高度と速度を導出し、数百機の類似した衛星を用いた解析を行っています。
by Egon Filter
その結果、限られた精度のTLEデータを用いても、地磁気活動が活発であるほど衛星がより早く再突入することが示されました。これは、増大した抗力によって衛星の軌道減衰率(km/日)が最も大きくなるためと説明されています。
さらに、実際の再突入時期と参照高度における予測再突入時期との差として定義される予測誤差も、地磁気活動の活発化に伴い増大することが判明しました。このことから、現在の太陽活動周期における活発な太陽活動が、Starlink衛星の再突入に既に大きな影響を与えていることが明確に示されました。
実際に、衛星の高度を参照高度(約280km)に設定した平均再突入時間は、地磁気活動が弱い場合は約16日、中程度の場合は12日、激しい場合は7日と、活動が激しいほど短くなっていたとのこと。加えて、軌道減衰率や予測誤差と地磁気活動との間には強い負の相関が見られました。
by Mike Lewinski
つまり、太陽活動に伴って地磁気活動が活発になると、衛星が予定よりも早く高度を下げてしまうため、LEO衛星の寿命が短くなるというわけです。そうなると衛星をより頻繁に交換する必要が生じるので、運用コストが増加することが予想されます。また、地磁気活動が激しくなるほど、再突入時期の予測誤差が大きくなるため、落下地点の特定も難しくなり、地上へのリスクも増大します。
その反面、地磁気活動が活発な時期に衛星の軌道減衰が速まるということは、運用を終えたり故障したりした「死んだ衛星」が、より速やかに大気圏に再突入し、軌道上から除去されることを意味します。これにより、他の活動中の衛星との衝突リスクを自然に低減できる可能性があります。また、衛星が設計通りに大気圏で完全に燃え尽きるのであれば、早期の再突入は軌道上のデブリを減らすのに役立ちます。
研究チームは、LEOにおける衛星数と太陽活動が人類史上最も高いレベルにある今は、衛星の軌道抗力研究にとって非常に興味深い時代であると述べました。
