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2025 年 11 月 5 日,我国载人航天办公室发布了重要的公告:神舟二十号载人飞船疑似遭空间细微碎片碰击,正在进行影响剖析和危险评价。为保证航天员生命健康安全和使命圆满成功,经研究决定,原方案 11 月 5 日施行的神舟二十号回来使命将推延进行。
那么问题来了,“空间碎片”是什么?它又为何会对航天员和飞船构成威胁呢?
看似空空荡荡的太空,其实暗藏着不少“刺客”。除了天然的微流星体之外,还有许许多多空间碎片,由人类航天活动直接或直接发生。它们还有个更直白的称号,叫做“太空废物”。
空间碎片包含失效卫星、抛弃火箭末级、未烧尽的燃料颗粒、航天事端残骸,从航天器上掉落的小零件、隔热资料,乃至人类在舱外修理航天器时丢掉或丢失的东西等。碎片与航天器、碎片与碎片之间发生磕碰,又会发生更多更细微的次级碎片。
有些空间碎片是人类在航天时代前期有意分布的。20 世纪 60 时代,美国履行过“西福特方案”,将 4.3 亿根长 1.78 厘米、直径 25.4 微米的铜质针状偶极天线 公里以上的轨迹上,构成辅佐长途通讯的云状环。
直至今天,仍有数目可观的铜针残留在轨迹上,偶尔回来大气层,还有许多前期空间碎片是反卫星兵器实验的产品。
跟着航天事业的展开,地球轨迹上的空间碎片数量日积月累。据欧洲空间局 2025 年 10 月 21 日发布的空间环境陈述,到 2024 年 8 月,能够追寻的尺度逾越 10 厘米的空间碎片已逾越 4.4 万个,1 厘米以上的 120 万个,“不在册”的小碎片更是不行胜数。
低轨迹上的空间碎片会在极端淡薄的大气阻力影响下逐渐降轨陨落,并在大气层中焚毁。而假设轨迹较高,就能存留好久。例如苏联在 1972 年发射失利的“世界-482”金星勘探器的着陆舱,在地球身边转了 53 年后才坠回大气层。
平常看航天员出舱活动的视频,我们会感觉那是个失重的当地,周围的一切都在慢吞吞地飘扬,怎么能撞坏东西呢?实际上,包含航天员在内,这些物体都在围着地球以第一世界速度(挨近每秒 8 公里)疾驰,是步速度的 10 倍。
“慢吞吞飘扬”的假象,是因为航天员、空间站和各个设备的运转方向和速度彻底一致形成的,就像并排行进的轿车,乘客能摇下车窗说话相同(驾驶员不要!)。而假设两个物体的轨迹稍有穿插,那么它们的相遇就会像路口撞车那样不忍目睹。
空间碎片带着的动能与它的质量成正比,也与它速度的平方成正比。大个儿的空间碎片或许击碎航天器的外壳或操控办理系统,使航天器爆破、崩溃、姿势翻转或违背轨迹;稍小一点的,也能形成碰击坑,损害航天器外表器材、太阳能帆板或供电线路。
关于太空行走的航天员来说,他们身着的舱外航天服是个精简版的迷你飞船,对空间碎片的防护才干更弱,即便是毫米级以下的细微碎片,也能危及到生命。假设空间细微碎片破坏了飞船回来舱的防热涂层的完整性,也会给航天员的回家之路埋下严重危险。
现代航天器的规划正尽力从源头削减空间碎片,例如选用防爆燃料贮箱,削减显露部件。航天器退役时,要自动变轨、再入大气层毁掉或是改至悠远的“墓地”轨迹。
关于现已存在的空间碎片,航天器的应对战略主要是看碎片的尺度。现在,针对尺度逾越 10 厘米的较大碎片,航天器倾向于“躲”,自动施行轨迹逃避。轨迹逃避的条件是树立起完善的空间碎片监测预警系统,知道碎片在哪儿,何时几刻会到何地。经过高精度光学观测、图画处理技能和雷达技能,能够分辩空间碎片,勘探其方位和速度,树立轨迹盯梢信息。
更为扎手的是难以观测的很多小型空间碎片,一是不行预知,二是即便预知也不或许让航天器一再耗费燃料变轨逃避,这时“硬着头皮撞上去”就成了最佳应对手法。
关于长时刻驻人的空间站来说,打造一副坚不行摧的盔甲是十分必要的。依照美国航空航天局的揭露规范,国际空间站的防护结构要能饱尝直径 1.3 厘米的铝球以每秒 7 公里的速度笔直碰击。
为此,国际空间站和我国的天宫一号、二号选用的都是惠普尔防护罩。惠普尔防护罩,由 1 毫米的金属层、中心空地和内层厚板组成。空间碎片高速碰击到外层金属薄板会将碰击物破坏成很多细微碎片,这些碎片在经过中心空地时会散开,能量也会一会儿就下降,然后难以贯穿内层厚板,到达维护航天器内部结构的意图。假设微型空间碎片的尺度与金属层厚度相差不大,高速相撞会把空间碎片进一步破坏,这样的缺陷是或许会发生更多的小空间碎片,让动能涣散到内层板上。
比起实验期的两代天宫来,我国空间站具有更长的在轨时刻、更大的拼装规划,因而也对其防护功用提出了更高的需求。它运用的是复合资料填充式防护结构,归纳使用高强度资料和能量吸收层, 既减轻了分量,又提升了抗冲击功能,现在已成功使用于空间站天和中心舱,以及问天、梦天两大实验舱,为空间站和航天员筑起铜墙铁壁的堡垒。
空间站并非一切部位都平等防护,而是依据各部分的关键性进行区域分级。例如,作为航天员生命保证中心区的密封舱,其防护层级最高;推动系统、供电设备等次之;太阳翼等部件面积大,难以彻底防护,更多是凭借冗余规划来下降碰击带来的危险。
航天员在轨修理同样是载人航天器防护系统的重要一环。此前,神舟十七号乘组完成了我国航天初次舱外修理使命,神舟十八号、十九号乘组在设备空间站防护设备时,还同步展开了舱外设施设备巡检。神舟二十号乘组的重要工作事项之一,也是持续设备空间碎片防护设备,为空间站“披甲”。
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