據中國載人航天工程辦公室消息，神推神舟二十號載人飛船疑似遭空間微小碎片撞擊，遲返正在進(jìn)行影響分析和風(fēng)險評估?；乜?strong>為確保航天員生命健康安全和任務(wù)圓滿(mǎn)成功，間碎經(jīng)研究決定，片影原計劃11月5日實(shí)施的神推神舟二十號返回任務(wù)將推遲進(jìn)行。

　　隨著(zhù)人類(lèi)航天活動(dòng)愈加頻繁，遲返空間碎片問(wèn)題日益凸顯?；乜湛臻g碎片是間碎如何產(chǎn)生的？它會(huì )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，是片影指所有在軌運行但已失效、失控或不再具有功能的神推人造物體及其碎片，主要來(lái)源于失效衛星、遲返火箭殘骸、回空爆炸碰撞碎片以及人為試驗產(chǎn)生的間碎碎片等。如果把低地球軌道比作一條高速公路，片影越來(lái)越多的空間碎片就好比留在路上的破損汽車(chē)，也叫太空垃圾。

　圖片來(lái)源：央視新聞

　　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(shí)都是人造的，空間碎片其實(shí)主要有以下幾種：

　　1。已經(jīng)失效的衛星；

　　2。操作性的碎片，比如說(shuō)太陽(yáng)帆板展開(kāi)過(guò)程當中，有一些爆炸螺栓會(huì )脫落，這些東西都是因為工作產(chǎn)生的碎片；

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

　　4。固體火箭發(fā)動(dòng)機，發(fā)射的時(shí)候帶來(lái)很多微粒性的碎片。

圖片來(lái)源：中國科學(xué)院國家天文臺

　　自1957年發(fā)射第一顆人造地球衛星以來(lái)，空間碎片呈快速增長(cháng)的趨勢。數據顯示，截至2024年，地球軌道上可被持續追蹤的較大空間碎片已超過(guò)4.4萬(wàn)個(gè)；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(guò)100萬(wàn)個(gè)。而毫米級以上空間碎片總數更是多達上億個(gè)。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(dòng)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(dòng)的重要關(guān)注點(diǎn)和技術(shù)攻堅方向。

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

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

　　多大的碎片就會(huì )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碎片監測與應用中心副主任劉靜說(shuō)。

　　劉靜解釋?zhuān)臻g碎片平均撞擊速度每秒10公里，因此，厘米級碎片產(chǎn)生的動(dòng)能就相當于一輛小轎車(chē)以五六十公里的時(shí)速撞上衛星。

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

　　而且，厘米級碎片不易監測?！澳壳懊绹瓤臻g碎片監測能力較強的國家，能較全面監測到的最小碎片尺寸也只有10厘米左右?！眲㈧o說(shuō)。

　　與此同時(shí)，還要警惕空間碎片隕落的威脅。劉靜表示，低軌衛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(huì )發(fā)生，體積較大的衛星隕落時(shí)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(chǎn)損失。

　　避開(kāi)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測、預警網(wǎng)絡(luò )。主動(dòng)規避操作通常依靠3個(gè)環(huán)節協(xié)同完成：首先，通過(guò)全天候、全球性天地協(xié)同的監測系統，持續追蹤空間碎片的位置和軌道；其次，利用計算系統預測空間碎片是否可能與航天器發(fā)生碰撞，并制訂規避方案；最后，由航天器自身的推進(jìn)系統執行變軌操作，避開(kāi)危險軌道。

　　每一次規避都需要精密計算，以最小燃料消耗實(shí)現最大避險效果，同時(shí)還要盡可能減少對航天任務(wù)的影響。這不僅考驗地面控制系統的快速響應能力，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(dòng)防護是主要應對手段。所謂被動(dòng)防護，主要是通過(guò)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(lèi)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(huì )有所不同——在密封艙等關(guān)乎航天員生命安全的關(guān)鍵區域，防護的等級最高；太陽(yáng)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(diǎn)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(zhù)材料學(xué)的進(jìn)步，在空間碎片防護上面逐漸會(huì )采用一些新的方法，比如說(shuō)最早期的天宮一號和天宮二號，采用的專(zhuān)業(yè)上叫whipple防護屏，是通過(guò)兩層金屬板進(jìn)行防護。但是在空間站的設計過(guò)程當中，我們也發(fā)現這種防護結構設計出來(lái)的空間站沒(méi)辦法達到它的設計指標，后來(lái)就采用了一種纖維材料和金屬材料進(jìn)行結合，把這種先進(jìn)技術(shù)帶到空間站的防護設計中，使空間站滿(mǎn)足了設計要求。

　　近年來(lái)，中國空間站持續優(yōu)化完善空間站空間碰撞預警和規避實(shí)施流程，提高了空間站主動(dòng)規避碰撞的能力；另一方面，科研團隊進(jìn)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，研制并上行了防護裝置進(jìn)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(shí)約8.5小時(shí)；到神舟二十號第二次出艙，航天員在空間站外部共進(jìn)行了7次空間碎片防護裝置安裝工作，為天和核心艙和問(wèn)天、夢(mèng)天實(shí)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測和定位系統，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，航天員可用于故障處置的時(shí)間增加了5倍。

　　我國還在中國載人航天工程網(wǎng)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(guān)機構建立飛行安全溝通機制，及時(shí)交流共享相關(guān)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測和定位系統，配合相應的應急處置預案、應急處置系統，可以大大提升航天員處置故障的效率。航天員可通過(guò)艙外巡視、熱控系統監測、電路測試等方式快速定位受損區域，并在地面指導下實(shí)施結構加固、線(xiàn)路更換等操作。

　　國際社會(huì )為清除“太空垃圾”做出哪些努力？

　　在遭遇垃圾擋道時(shí)，衛星運行能否也像在高速公路上那樣呼叫“拖車(chē)服務(wù)”呢？為了實(shí)現這一愿望，世界航天大國都在積極開(kāi)展空間碎片清除技術(shù)研究，提出了各自的清除方案?？偟膩?lái)看有兩大類(lèi)：

　　第一類(lèi)是接觸式，如機械臂抓捕、安裝離軌裝置等。

　　第二類(lèi)是非接觸式，如用激光或離子束等進(jìn)行推移。

　　兩類(lèi)清除方式殊途同歸，都是要讓碎片離開(kāi)當前軌道，進(jìn)入大氣層燒毀。

　　當前，各類(lèi)在軌試驗在基本解決技術(shù)可行性的基礎上，對經(jīng)濟可行性的需求愈發(fā)迫切。想象一下，“拖車(chē)服務(wù)”的成本若是比衛星遭撞擊風(fēng)險帶來(lái)的損失還高，必然不會(huì )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，除了征集清除系統及關(guān)鍵技術(shù)方案，還明確提出要征集商業(yè)化可行性方案。

　　隨著(zhù)更多航天技術(shù)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(kāi)發(fā)一顆用激光清除太空碎片的衛星，計劃在2026年投入運行。歐洲航天局已出資8600萬(wàn)歐元購買(mǎi)瑞士初創(chuàng )公司“清潔太空”的服務(wù)，計劃于2025年發(fā)射專(zhuān)門(mén)航天器，演示驗證大型報廢衛星移除技術(shù)。

　　空間碎片清除不僅是一種太空經(jīng)濟新業(yè)態(tài)，還能帶動(dòng)空間目標捕獲、高性能推進(jìn)與組合體控制等高新技術(shù)發(fā)展，為未來(lái)大規模利用太空奠定基礎。當前，中國也在大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)，并在《2021中國的航天》白皮書(shū)中將空間碎片清除列入太空經(jīng)濟新業(yè)態(tài)，不斷培育和提升航天產(chǎn)業(yè)規模效益。未來(lái)，空間碎片清除市場(chǎng)價(jià)值將日益凸顯，太空垃圾清掃公司也將成為航天產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)重要環(huán)節。

　　資料來(lái)源：國家航天局、新華社、人民日報、央視新聞

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責任編輯：張玉