應對空間碎片，有啥招？

近日，神舟二十號航天員乘組圓滿完成第二次太空出艙活動。據中國載人航天工程辦公室介紹，出艙活動期間，航天員陳冬、陳中瑞完成了空間站空間碎片防護裝置安裝、艙外設備設施巡檢及處置等任務。

空間碎片防護裝置是空間站的“鎧甲”。隨着人類航天活動愈加頻繁，空間碎片問題日益凸顯。空間碎片是如何產生的？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？

主動“閃避”防碰撞

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，主要來源於失效衞星、火箭殘骸、爆炸碰撞碎片以及人為試驗產生的碎片等。

自1957年發射第一顆人造地球衞星以來，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追蹤的較大空間碎片已超過4.4萬個；尺寸在1釐米以上、對航天器構成潛在威脅的空間碎片數量估計超過100萬個。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。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。

目前，對於10釐米以上大型空間碎片，航天器通常採用主動規避的策略，通過軌道調整，避開可能的碰撞路徑。

要想“閃”得快，並不是一件容易的事，需要建立起完善的空間碎片監測、預警網絡。主動規避操作通常依靠3個環節協同完成：首先，通過全天候、全球性天地協同的監測系統，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生碰撞，並制定規避方案；最後，由航天器自身的推進系統執行變軌操作，避開危險軌道。

每一次規避都需要精密計算，以最小燃料消耗實現最大避險效果，同時還要儘可能減少對航天任務的影響。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。為了確保空間站平台的在軌安全穩定運行，近年來，中國空間站持續優化完善碰撞預警和規避實施流程，提升低軌小目標軌道精確預報能力和空間站主動規避碰撞能力，多次主動實施空間碎片規避。

披上“鎧甲”不怕撞

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。

這類防護裝置一般採用多層複合結構，包括高強度金屬外殼、能量吸收材料層以及隔熱緩衝層。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域，防護的等級最高；太陽翼等結構面積大的部件由於難以完全防護，更多采用冗餘設計，避免單點故障影響整體性能。

中國空間站各艙段在出廠時已具備大部分防護功能，但是針對艙外管路、設施設備和實驗裝置設計的防護裝置，還需航天員出艙安裝。2024年5月28日，神舟十八號乘組首次完成防護裝置安裝。到此次神舟二十號乘組出艙，中國航天員已經在空間站外部進行了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。

如果空間碎片真的撞上了空間站，怎麼辦？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，並在地面指導下實施結構加固、線路更換等操作。

2024年3月2日，神舟十七號航天員在出艙活動中完成了天和核心艙太陽翼維修工作，消除了前期因太空微小顆粒撞擊產生的影響。這是中國航天員首次完成在軌航天器艙外設施的維修任務。值得一提的是，中國空間站配備的柔性太陽翼在設計時已考慮到微小顆粒的撞擊，進行了模塊化設計，由很多獨立的太陽能電池片組成，即便其中一片損壞了，也不會影響整體供電。

主動“出擊”清碎片

目前，防護空間碎片的科技手段正在朝着躲、防、修綜合應用的方向發展。與此同時，隨着航天技術的發展，一些前沿突破有望使空間碎片主動清除技術逐步應用於實踐，進一步改善航天器安全性，讓空間碎片的應對方式從“被動防護+規避”向“主動治理”升級。

目前，世界各國正在研發多種主動清除空間碎片的技術方案。例如，某些航天器可以釋放飛網捕捉系統，捕捉空間碎片後使其脱軌燒燬；激光燒蝕的方法通過地面或空間平台發射高能激光束照射碎片，使其局部氣化或變軌，最終整體消散或加速墜入大氣層燒蝕；機械臂捕獲技術通過航天器高精度姿控系統完成定位與捕捉，並將其拖離密集軌道區域，部分還具備拆解或控制再入功能，對於處置較大的空間碎片和航天器殘骸具有實用價值。

空間碎片問題具有全球性特徵，任何一個國家都無法獨善其身。應對日益增長的空間碎片，全球合作十分重要。為此，中國積極推動和參與全球合作。2015年，國家航天局成立空間碎片監測與應用中心；中國載人航天工程網站定期發佈OEM軌道參數；中國持續加強國際合作，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。