神二十推遲返回 空間碎片影響有多大？

據中國載人航天工程辦公室消息，神舟二十號載人飛船疑似遭空間微小碎片撞擊，正在進行影響分析和風險評估。為確保航天員生命健康安全和任務圓滿成功，經研究決定，原計劃11月5日實施的神舟二十號返回任務將推遲進行。

隨著人類航天活動愈加頻繁，空間碎片問題日益凸顯?？臻g碎片是如何產生的？它會對航天器造成怎樣的威脅？中國空間站又是如何應對“太空隱患”的？

什么是空間碎片？太空中很多嗎？

空間碎片，是指所有在軌運行但已失效、失控或不再具有功能的人造物體及其碎片，主要來源于失效衛(wèi)星、火箭殘骸、爆炸碰撞碎片以及人為試驗產生的碎片等。如果把低地球軌道比作一條高速公路，越來越多的空間碎片就好比留在路上的破損汽車，也叫太空垃圾。

航天科技集團五院空間站空間碎片防護設計師閆軍介紹，空間碎片其實都是人造的，空間碎片其實主要有以下幾種：

1。已經失效的衛(wèi)星；

2。操作性的碎片，比如說太陽帆板展開過程當中，有一些爆炸螺栓會脫落，這些東西都是因為工作產生的碎片；

3。宇宙當中產生的一些撞擊，或者氣瓶、電池產生爆炸，在軌的一些衛(wèi)星它自身就爆炸，四分五裂。

4。固體火箭發(fā)動機，發(fā)射的時候帶來很多微粒性的碎片。

自1957年發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，空間碎片呈快速增長的趨勢。數據顯示，截至2024年，地球軌道上可被持續(xù)追蹤的較大空間碎片已超過4.4萬個；尺寸在1厘米以上、對航天器構成潛在威脅的空間碎片數量估計超過100萬個。而毫米級以上空間碎片總數更是多達上億個。這些碎片普遍以接近第一宇宙速度（約7.9公里/秒）運行，其動能巨大，撞擊破壞力不可低估。相較于2006年的數據，以空間碎片為主的小尺寸空間物體密度已增加了約5倍。因此，如何加強對航天器的防護，已成為全球航天活動的重要關注點和技術攻堅方向。

大部分空間碎片雖小，卻有著20倍于子彈的運行速度，給軌道上的交通帶來諸多風險。根據公開報道，由于碎片撞擊而失效或異常的衛(wèi)星超過16顆，每年全球衛(wèi)星機動規(guī)避空間碎片的操作超過100次，國際空間站為躲避空間碎片撞擊共進行了29次機動規(guī)避。

目前，對于10厘米以上大型空間碎片，航天器通常采用主動規(guī)避的策略，通過軌道調整，避開可能的碰撞路徑。

多大的碎片就會對航天器造成傷害？閃避空間碎片有多難？

“別看這些小小的碎片，危害甚大，厘米級的空間碎片就可導致航天器徹底損壞?！眹液教炀挚臻g碎片監(jiān)測與應用中心副主任劉靜說。

劉靜解釋，空間碎片平均撞擊速度每秒10公里，因此，厘米級碎片產生的動能就相當于一輛小轎車以五六十公里的時速撞上衛(wèi)星。

劉靜表示，由于這些碎片速度比較快，各種尺寸的碎片都會對航天器造成危害，較大碎片撞擊會使航天器破裂、爆炸、結構解體，微小碎片累積效應會改變元器件的性能，導致航天器性能下降或功能失效。

而且，厘米級碎片不易監(jiān)測?！澳壳懊绹瓤臻g碎片監(jiān)測能力較強的國家，能較全面監(jiān)測到的最小碎片尺寸也只有10厘米左右。”劉靜說。

與此同時，還要警惕空間碎片隕落的威脅。劉靜表示，低軌衛(wèi)星受大氣阻力作用高度逐步降低最終隕落，隕落事件幾乎每天都會發(fā)生，體積較大的衛(wèi)星隕落時可能有未燒毀的殘骸落至地面，造成地面人員的生命和財產損失。

避開空間碎片要想“閃”得快，也并不是一件容易的事，需要建立起完善的空間碎片監(jiān)測、預警網絡。主動規(guī)避操作通常依靠3個環(huán)節(jié)協(xié)同完成：首先，通過全天候、全球性天地協(xié)同的監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)追蹤空間碎片的位置和軌道；其次，利用計算系統(tǒng)預測空間碎片是否可能與航天器發(fā)生碰撞，并制訂規(guī)避方案；最后，由航天器自身的推進系統(tǒng)執(zhí)行變軌操作，避開危險軌道。

每一次規(guī)避都需要精密計算，以最小燃料消耗實現最大避險效果，同時還要盡可能減少對航天任務的影響。這不僅考驗地面控制系統(tǒng)的快速響應能力，也對航天器本身的性能提出較高要求。

中國空間站如何應對空間碎片？

面對數量更多、體積更小、難以預警的微小空間碎片，被動防護是主要應對手段。所謂被動防護，主要是通過加裝空間碎片防護裝置，為航天器披上“鎧甲”，提升抗擊碎片撞擊的能力。

這類防護裝置一般采用多層復合結構，包括高強度金屬外殼、能量吸收材料層以及隔熱緩沖層。根據航天器不同部位和威脅等級，防護層的厚度和結構也會有所不同——在密封艙等關乎航天員生命安全的關鍵區(qū)域，防護的等級最高；太陽翼等結構面積大的部件由于難以完全防護，更多采用冗余設計，避免單點故障影響整體性能。

航天科技集團五院空間站空間碎片防護設計師閆軍表示，隨著材料學的進步，在空間碎片防護上面逐漸會采用一些新的方法，比如說最早期的天宮一號和天宮二號，采用的專業(yè)上叫whipple防護屏，是通過兩層金屬板進行防護。但是在空間站的設計過程當中，我們也發(fā)現這種防護結構設計出來的空間站沒辦法達到它的設計指標，后來就采用了一種纖維材料和金屬材料進行結合，把這種先進技術帶到空間站的防護設計中，使空間站滿足了設計要求。

近年來，中國空間站持續(xù)優(yōu)化完善空間站空間碰撞預警和規(guī)避實施流程，提高了空間站主動規(guī)避碰撞的能力；另一方面，科研團隊進一步梳理空間站艙外易受空間碎片撞擊損傷的薄弱環(huán)節(jié)，研制并上行了防護裝置進行加固，2024年5月28日，神舟十八號乘組首次完成防護裝置安裝，耗時約8.5小時；到神舟二十號第二次出艙，航天員在空間站外部共進行了7次空間碎片防護裝置安裝工作，為天和核心艙和問天、夢天實驗艙外部的多處重要管路、元件和設施設備提供了防護。

此外，科研團隊部署了空間站艙體撞擊泄漏監(jiān)測和定位系統(tǒng)，不斷優(yōu)化完善空間站壓力應急處置預案；研制了空間站壓力應急處置系統(tǒng)，航天員可用于故障處置的時間增加了5倍。

我國還在中國載人航天工程網站上定期發(fā)布軌道參數，加強國際合作，與世界主要航天國家有關機構建立飛行安全溝通機制，及時交流共享相關信息，共同維護在軌航天器安全。

如果空間碎片真的撞上了空間站，怎么辦？科研人員為空間站設置了“兜底技能”：利用空間站上部署的艙體撞擊泄漏監(jiān)測和定位系統(tǒng)，配合相應的應急處置預案、應急處置系統(tǒng)，可以大大提升航天員處置故障的效率。航天員可通過艙外巡視、熱控系統(tǒng)監(jiān)測、電路測試等方式快速定位受損區(qū)域，并在地面指導下實施結構加固、線路更換等操作。

國際社會為清除“太空垃圾”做出哪些努力？

在遭遇垃圾擋道時，衛(wèi)星運行能否也像在高速公路上那樣呼叫“拖車服務”呢？為了實現這一愿望，世界航天大國都在積極開展空間碎片清除技術研究，提出了各自的清除方案?？偟膩砜从袃纱箢悾?/p>

第一類是接觸式，如機械臂抓捕、安裝離軌裝置等。

第二類是非接觸式，如用激光或離子束等進行推移。

兩類清除方式殊途同歸，都是要讓碎片離開當前軌道，進入大氣層燒毀。

當前，各類在軌試驗在基本解決技術可行性的基礎上，對經濟可行性的需求愈發(fā)迫切。想象一下，“拖車服務”的成本若是比衛(wèi)星遭撞擊風險帶來的損失還高，必然不會有吸引力。2017年，日本宇航局在所發(fā)布的太空碎片清除委托公告中，除了征集清除系統(tǒng)及關鍵技術方案，還明確提出要征集商業(yè)化可行性方案。

隨著更多航天技術公司加入這一賽道，空間碎片清除的商業(yè)圖景正逐漸顯現。日本天空完美公司表示，將開發(fā)一顆用激光清除太空碎片的衛(wèi)星，計劃在2026年投入運行。歐洲航天局已出資8600萬歐元購買瑞士初創(chuàng)公司“清潔太空”的服務，計劃于2025年發(fā)射專門航天器，演示驗證大型報廢衛(wèi)星移除技術。

空間碎片清除不僅是一種太空經濟新業(yè)態(tài)，還能帶動空間目標捕獲、高性能推進與組合體控制等高新技術發(fā)展，為未來大規(guī)模利用太空奠定基礎。當前，中國也在大力發(fā)展相關技術，并在《2021中國的航天》白皮書中將空間碎片清除列入太空經濟新業(yè)態(tài)，不斷培育和提升航天產業(yè)規(guī)模效益。未來，空間碎片清除市場價值將日益凸顯，太空垃圾清掃公司也將成為航天產業(yè)鏈上的一個重要環(huán)節(jié)。

資料來源：國家航天局、新華社、人民日報、央視新聞