神二十推迟返回 空间碎片影响有多大？
来源：倍可亲(backchina.com)据中国载人航天工程办公室消息，神舟二十号载人飞船疑似遭空间微小碎片撞击，正在进行影响分析和风险评估。为确保航天员生命健康安全和任务圆满成功，经研究决定，原计划11月5日实施的神舟二十号返回任务将推迟进行。
随着人类航天活动愈加频繁，空间碎片问题日益凸显。空间碎片是如何产生的？它会对航天器造成怎样的威胁？中国空间站又是如何应对“太空隐患”的？
什么是空间碎片？太空中很多吗？
空间碎片，是指所有在轨运行但已失效、失控或不再具有功能的人造物体及其碎片，主要来源于失效卫星、火箭残骸、爆炸碰撞碎片以及人为试验产生的碎片等。如果把低地球轨道比作一条高速公路，越来越多的空间碎片就好比留在路上的破损汽车，也叫太空垃圾。
图片来源：央视新闻
航天科技集团五院空间站空间碎片防护设计师闫军介绍，空间碎片其实都是人造的，空间碎片其实主要有以下几种：
1.已经失效的卫星；
2.操作性的碎片，比如说太阳帆板展开过程当中，有一些爆炸螺栓会脱落，这些东西都是因为工作产生的碎片；
3.宇宙当中产生的一些撞击，或者气瓶、电池产生爆炸，在轨的一些卫星它自身就爆炸，四分五裂。
4.固体火箭发动机，发射的时候带来很多微粒性的碎片。
图片来源：中国科学院国家天文台
自1957年发射第一颗人造地球卫星以来，空间碎片呈快速增长的趋势。数据显示，截至2024年，地球轨道上可被持续追踪的较大空间碎片已超过4.4万个；尺寸在1厘米以上、对航天器构成潜在威胁的空间碎片数量估计超过100万个。而毫米级以上空间碎片总数更是多达上亿个。这些碎片普遍以接近第一宇宙速度（约7.9公里/秒）运行，其动能巨大，撞击破坏力不可低估。相较于2006年的数据，以空间碎片为主的小尺寸空间物体密度已增加了约5倍。因此，如何加强对航天器的防护，已成为全球航天活动的重要关注点和技术攻坚方向。
大部分空间碎片虽小，却有着20倍于子弹的运行速度，给轨道上的交通带来诸多风险。根据公开报道，由于碎片撞击而失效或异常的卫星超过16颗，每年全球卫星机动规避空间碎片的操作超过100次，国际空间站为躲避空间碎片撞击共进行了29次机动规避。
目前，对于10厘米以上大型空间碎片，航天器通常采用主动规避的策略，通过轨道调整，避开可能的碰撞路径。
多大的碎片就会对航天器造成伤害？闪避空间碎片有多难？
“别看这些小小的碎片，危害甚大，厘米级的空间碎片就可导致航天器彻底损坏。”国家航天局空间碎片监测与应用中心副主任刘静说。
刘静解释，空间碎片平均撞击速度每秒10公里，因此，厘米级碎片产生的动能就相当于一辆小轿车以五六十公里的时速撞上卫星。
刘静表示，由于这些碎片速度比较快，各种尺寸的碎片都会对航天器造成危害，较大碎片撞击会使航天器破裂、爆炸、结构解体，微小碎片累积效应会改变元器件的性能，导致航天器性能下降或功能失效。
而且，厘米级碎片不易监测。“目前美国等空间碎片监测能力较强的国家，能较全面监测到的最小碎片尺寸也只有10厘米左右。”刘静说。
与此同时，还要警惕空间碎片陨落的威胁。刘静表示，低轨卫星受大气阻力作用高度逐步降低最终陨落，陨落事件几乎每天都会发生，体积较大的卫星陨落时可能有未烧毁的残骸落至地面，造成地面人员的生命和财产损失。
避开空间碎片要想“闪”得快，也并不是一件容易的事，需要建立起完善的空间碎片监测、预警网络。主动规避操作通常依靠3个环节协同完成：首先，通过全天候、全球性天地协同的监测系统，持续追踪空间碎片的位置和轨道；其次，利用计算系统预测空间碎片是否可能与航天器发生碰撞，并制订规避方案；最后，由航天器自身的推进系统执行变轨操作，避开危险轨道。
每一次规避都需要精密计算，以最小燃料消耗实现最大避险效果，同时还要尽可能减少对航天任务的影响。这不仅考验地面控制系统的快速响应能力，也对航天器本身的性能提出较高要求。
中国空间站如何应对空间碎片？
视频来源：新华社
面对数量更多、体积更小、难以预警的微小空间碎片，被动防护是主要应对手段。所谓被动防护，主要是通过加装空间碎片防护装置，为航天器披上“铠甲”，提升抗击碎片撞击的能力。
这类防护装置一般采用多层复合结构，包括高强度金属外壳、能量吸收材料层以及隔热缓冲层。根据航天器不同部位和威胁等级，防护层的厚度和结构也会有所不同——在密封舱等关乎航天员生命安全的关键区域，防护的等级最高；太阳翼等结构面积大的部件由于难以完全防护，更多采用冗余设计，避免单点故障影响整体性能。
航天科技集团五院空间站空间碎片防护设计师闫军表示，随着材料学的进步，在空间碎片防护上面逐渐会采用一些新的方法，比如说最早期的天宫一号和天宫二号，采用的专业上叫whipple防护屏，是通过两层金属板进行防护。但是在空间站的设计过程当中，我们也发现这种防护结构设计出来的空间站没办法达到它的设计指标，后来就采用了一种纤维材料和金属材料进行结合，把这种先进技术带到空间站的防护设计中，使空间站满足了设计要求。
近年来，中国空间站持续优化完善空间站空间碰撞预警和规避实施流程，提高了空间站主动规避碰撞的能力；另一方面，科研团队进一步梳理空间站舱外易受空间碎片撞击损伤的薄弱环节，研制并上行了防护装置进行加固，2024年5月28日，神舟十八号乘组首次完成防护装置安装，耗时约8.5小时；到神舟二十号第二次出舱，航天员在空间站外部共进行了7次空间碎片防护装置安装工作，为天和核心舱和问天、梦天实验舱外部的多处重要管路、元件和设施设备提供了防护。
此外，科研团队部署了空间站舱体撞击泄漏监测和定位系统，不断优化完善空间站压力应急处置预案；研制了空间站压力应急处置系统，航天员可用于故障处置的时间增加了5倍。
我国还在中国载人航天工程网站上定期发布轨道参数，加强国际合作，与世界主要航天国家有关机构建立飞行安全沟通机制，及时交流共享相关信息，共同维护在轨航天器安全。
如果空间碎片真的撞上了空间站，怎么办？科研人员为空间站设置了“兜底技能”：利用空间站上部署的舱体撞击泄漏监测和定位系统，配合相应的应急处置预案、应急处置系统，可以大大提升航天员处置故障的效率。航天员可通过舱外巡视、热控系统监测、电路测试等方式快速定位受损区域，并在地面指导下实施结构加固、线路更换等操作。
国际社会为清除“太空垃圾”做出哪些努力？
在遭遇垃圾挡道时，卫星运行能否也像在高速公路上那样呼叫“拖车服务”呢？为了实现这一愿望，世界航天大国都在积极开展空间碎片清除技术研究，提出了各自的清除方案。总的来看有两大类：
第一类是接触式，如机械臂抓捕、安装离轨装置等。
第二类是非接触式，如用激光或离子束等进行推移。
两类清除方式殊途同归，都是要让碎片离开当前轨道，进入大气层烧毁。
当前，各类在轨试验在基本解决技术可行性的基础上，对经济可行性的需求愈发迫切。想象一下，“拖车服务”的成本若是比卫星遭撞击风险带来的损失还高，必然不会有吸引力。2017年，日本(专题)宇航局在所发布的太空碎片清除委托公告中，除了征集清除系统及关键技术方案，还明确提出要征集商业化可行性方案。
随着更多航天技术公司加入这一赛道，空间碎片清除的商业图景正逐渐显现。日本天空完美公司表示，将开发一颗用激光清除太空碎片的卫星，计划在2026年投入运行。欧洲航天局已出资8600万欧元购买瑞士初创公司“清洁太空”的服务，计划于2025年发射专门航天器，演示验证大型报废卫星移除技术。
空间碎片清除不仅是一种太空经济新业态，还能带动空间目标捕获、高性能推进与组合体控制等高新技术发展，为未来大规模利用太空奠定基础。当前，中国也在大力发展相关技术，并在《2021中国的航天》白皮书中将空间碎片清除列入太空经济新业态，不断培育和提升航天产业规模效益。未来，空间碎片清除市场价值将日益凸显，太空垃圾清扫公司也将成为航天产业链上的一个重要环节。
