[解读科学] 卫星为何会坠落？“与空气搏斗的宇宙”，超低轨道之战

by Kim Jonghwa

Published 29 Mar.2026 06:30(KST)

Updated 29 Mar.2026 10:56(KST)

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“越低越强……承受空气阻力的电推进，正在改写格局”
“超低轨道卫星竞争，成为左右国家安全和未来经济的新霸权战场”

卫星看似漂浮在太空中，其实是在空气中飞行。而这些空气正在把卫星一点点拉下去。

在地球上空数百公里处，人类利用的轨道并非完全真空。虽然极其稀薄，但确实存在的大气（空气层）会与卫星发生碰撞，夺走其速度，最终破坏轨道。这意味着，我们笼统称为“宇宙”的空间，很大一部分实际上并不是与大气完全分离的区域。

尽管如此，卫星正变得越来越“低”。这是为了看得更清晰、连接得更迅速。支撑这看似矛盾局面的技术，就是电推进，尤其是离子发动机。宇宙开发的方向，正从“更高处”转向“更长时间地坚持”。

越低反而越强……超低轨道开辟的新战场

长期以来，卫星不断向更高的轨道攀升，因为高度越高，就能越稳定地停留更长时间。

但最近的趋势恰恰相反。卫星的高度正不断降低。原本停留在500~1000公里低轨的卫星，如今降到300公里以下，部分甚至接近200公里。

原因非常明确。越靠近地球，就能看得越清晰、连接得越迅速。在相同的光学设备条件下，可以获得更高分辨率的影像；在军事侦察中，几十厘米的差距就可能左右战略优势。

通信领域亦是如此。卫星高度越低，信号传播距离越短，时延（latency）就越小。低时延通信是自动驾驶、实时无人机操作和卫星互联网服务的核心条件。

随着人工智能（AI）的结合，“更频繁、更快速”地采集数据的能力变得愈发重要。卫星绕地球运行周期越短，数据更新速度就呈跳跃式提升。

Yang Jeongho 韩国航空宇宙研究院（KARI）政策研究部研究战略组组长表示：“超低轨道卫星竞争不仅是单纯的技术开发，更是将太空作为国家安全和未来经济战略空间加以抢占的霸权竞争延伸”，“率先掌握该领域的国家将获得军事和经济上的优势”。

Song Seongchan Hanwha Systems宇宙事业部部长（常务）称：“超低轨道卫星由于与地面的距离更短，分辨率和通信灵敏度大幅提升，在军事通信中还能获得超低时延特性，这一点使其与传统低轨卫星形成差异化。”

归根结底，超低轨道不只是轨道高度的选择，而是侦察、通信与AI数据竞争交织在一起的新战场。

看不见的敌人——“空气”：把卫星拖下来的最现实之力

超低轨道并非完全真空。在这一高度存在极其稀薄但确实存在的大气（空气层）。这些空气分子与以每秒7~8公里速度飞行的卫星发生碰撞，从而产生阻力。

这股力量虽然微小，却持续不断。卫星会一点点失去速度、轨道逐渐降低，最终重新进入大气层。

高度越低，这一现象就越急剧。一般低轨卫星的寿命为5~10年，而在超低轨道上则可能缩短为数月到数年。

卫星性能在提升，但生存时间却在缩短。超低轨道正是这两种相反条件正面碰撞的区域。最终，这场竞争归结为一场“与空气的对抗”。

下落多少就推回多少……离子发动机建立的新平衡

解决这一问题的思路其实很简单：下落多少，就持续推回多少。

离子发动机是一种利用电能将气体电离，再通过电场加速并向后喷射的推进装置。通俗地说，与一次性猛烈燃烧燃料、产生巨大推力的化学火箭不同，它是一种产生极小推力但可长时间、持续输出的发动机。虽然瞬时推力较弱，但燃料效率极高，非常适合在长时间内不断轻推卫星。

如果要理解这种方式，与其联想到汽车，不如想象电动滑板车。汽车是一次性强力加速，而电动滑板车则是用较小的力持续推着前进并维持速度，离子发动机的工作方式更接近后者。

Lim Hyunsoo 韩国航空宇宙研究院宇宙探测研究中心任务设计组组长解释说：“在超低轨道环境中，卫星因空气阻力持续失速，因此必须具备能够实时补偿这一损失的电推进技术”，“目前如果没有电推进技术，就难以在这一轨道上长期运行”。

这种持续的微小推力正是关键所在。只要不断补偿卫星损失的那部分速度，就能维持轨道。换言之，与其说离子发动机是把卫星推向更高处的发动机，不如说是防止其坠落、将其‘托住’的发动机。

欧洲航天局（ESA）的地球重力场探测卫星“GOCE”。该卫星在低轨道利用离子发动机克服空气阻力，长期执行任务。ESA/AOES Medialab 提供

欧洲航天局（ESA）的地球重力场探测卫星“GOCE”在低高度轨道上持续启用电推进发动机，执行任务超过4年，就是这种原理的典型案例。

离子发动机如今已不再是可选项，而成为开启超低轨道时代的前提条件。

是躲避阻力，还是承受阻力……技术的两种解法

在超低轨道上，卫星与空气对抗的方式，与水下武器颇为相似。

超空泡鱼雷通过在水中于鱼雷周围制造巨大的气泡层，大幅减少鱼雷与水直接接触的面积来运动。水的密度远高于空气，阻力也更大，而这个气泡层相当于制造了一层“空隙”，显著降低摩擦力。通俗地说，它不是劈开水前进，而是在水中造出一条充满气泡的空通道，然后在通道内高速前行。

相反，超低轨道卫星所处的条件完全不同。空气既无法被扫除，也无法被避开，因此只能通过离子发动机持续施加微小推力，来补偿因阻力而损失的速度。

也就是说，如果说超空泡鱼雷是一种回避阻力的技术，那么超低轨道卫星就是在承受阻力的同时维持平衡的技术。

最终，这两类技术解决的是同一个问题：在存在阻力的环境中，如何不丢失速度。

战争已经打响……正在改变的宇宙规则

围绕超低轨道的竞争已经成为现实。美国SpaceX公司在“星链”卫星上应用电推进装置，用于轨道维持和姿态控制；中国和欧洲也在加快相关技术的攻关。这场竞争的核心，归根结底是“坚持能力”。

常务Song Seongchan表示：“在超低轨道环境中，由于大气密度较高，卫星高度会自然下降，因此能进行补偿的高性能推力器是关键组成部分”，“未来卫星的竞争力将因是否掌握此类推进技术而出现巨大差异”。

他同时预测：“一旦超低轨道技术实现商业化，大规模运行的超低时延通信卫星和超高分辨率观测卫星将出现，围绕全球实时互联和精密观测等，将诞生全新的服务形态。”

Shin Sangwoo 韩国航空宇宙研究院政策研究部宇宙航空政策组组长强调：“我国卫星技术整体处于全球第4~5位水平，但超低轨道专门技术仍在开发阶段”，“需要在政府需求支撑下实现技术内生化，并同步培育以民间为主导的生态系统”。

超低轨道不再只是一个概念，而是各国围绕主导权展开角力的现实舞台。

为帮助读者理解报道而配发的资料图片。Pixabay提供

宇宙开发长期以来是一场“更远、更高”的竞赛。但当前正在上演的竞争则完全相反：更低、更近、更快。而其核心，是看不见的空气，以及用来战胜空气阻力的微小推进技术。

英国知名经济媒体《金融时报》（FT）将超低轨道描述为“卫星必须不断与空气搏斗的区域”。这意味着，宇宙不再是空无一物的空间，而是一个存在阻力的物理环境。

超低轨道不再是“空荡荡的宇宙”，而已成为一个必须持续向外推抵的物理环境。

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