高层大气通常是指距地表面90公里以上的大气。虽然它距离我们的日常生活比较遥远，但却是各类航天器运行和驻留的主要区域，对航天器的阻力不可轻视。

    高层大气的状态直接受太阳活动的影响。太阳风暴发生时，高层大气会发生剧烈变化，短时间内大气密度会增加数倍甚至发生数量级变化，导致航天器受到的阻力陡增，从而影响航天器的定位、姿态甚至寿命。

    90公里之外的高层大气“空气极其稀薄”。以100公里高度来说，密度仅是地面的百万分之一，再高的话，就更稀薄。除了随高度变化外，高层大气也具有地域性和时间性等特性。在不同纬度、地方条件下，高层大气分布也不一样。高层大气中没有水汽，不会出现下雨等现象，永远晴空万里。

    高层大气另一个特征就是原子氧含量高。

    我们通常所说的氧气是由两个原子组成的稳定态分子氧，而原子氧是指游离态单个氧原子。

    在高层大气中，氧绝大部分是以单个游离状态的原子存在的，原子氧的比例占到大气中各种成份总量70％到90％。

    由于原子氧是一种强氧化剂，当它与在轨运行的飞船以8公里/秒的速度相遇时，单个原子氧的能量可以高达4—5电子伏特，原子氧的通量可以达到每平方米每秒1019个。这时飞船相当于处在一个高温氧化炉中，表面材料会发生显著的物理和化学反应，将必然导致材料腐蚀、挖空及变性等。

    航天器在高层大气中飞行时受到的大气阻力和航天器运行的方向相反，会使航天器机械减少，轨道收缩，高度下降。

    对于圆轨道航天器，大气阻力的效应将使轨道高度不断降低，最终坠落，但其绕地的轨道保持圆形。

    而对于椭圆轨道航天器，由于大气密度随高度增加迅速减少，因而在轨道的近地点及其附近一小段距离内所受到的大气阻力最大，航天器的远地点高度逐渐减小，轨道不断收缩，越来越接近于圆形，而近地点地心距减小，相对非常缓慢。

    大气阻力产生的轨道衰变将使航天器逐步脱离原定轨道。当实际轨道与预定轨道达到一定差距时，为了保证飞行寿命和航天任务的完成，需要利用航天器自身携带的助推燃料，推动航天器回到原定轨道，即轨道维持。

    由于大气阻力长期存在，低轨道航天器需要根据情况定期进行轨道维持。

    太阳平静时，航天器轨道会按照一定的规律逐渐下降至寿命结束。但当发生太阳风暴时，大气密度会陡增，即阻力突然加大，就加速了航天器衰减的速度，从而导致偏离预计航道，甚至提前掉入低层大气结束寿命。轨道越低，这种影响就越严重。

    当发生太阳风暴时，用于加热大气的太阳辐射能量急剧增加，大气温度升高，对流加强，低层大气受热膨胀上升，从而导致高层大气密度成倍增加。

    地磁平静时，太阳风携带的能量仅为太阳极紫外辐射的十分之一，但在地磁暴时，太阳风带来的能量是极紫外辐射能量的十倍或更多。

    发生地磁暴时，受高纬焦耳加热和高能带电粒子沉降加热等的影响，极区大气首先被加热膨胀上升，低层较密的大气被带到较高高度上，使极区高层大气密度和成分发生很大变化；同时在大气环流的共同作用下，这种变化被带到其高度和纬度区域上，从而引起全球高层大气增温，密度和成分发生变化。

    （作者单位：中国科学院国家空间科学中心预报室。）