近日，神舟二十號(hào)航天員乘組圓滿完成第二次太空出艙活動(dòng)。據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室介紹，出艙活動(dòng)期間，航天員陳冬、陳中瑞完成了空間站空間碎片防護(hù)裝置安裝、艙外設(shè)備設(shè)施巡檢及處置等任務(wù)。

　　空間碎片防護(hù)裝置是空間站的“鎧甲”。隨著人類航天活動(dòng)愈加頻繁，空間碎片問題日益凸顯�？臻g碎片是如何產(chǎn)生的？它會(huì)對(duì)航天器造成怎樣的威脅？中國(guó)空間站又是如何應(yīng)對(duì)“太空隱患”的？

　　主動(dòng)“閃避”防碰撞

　　空間碎片，是指所有在軌運(yùn)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(yàn)產(chǎn)生的碎片等。

　　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(zhǎng)的趨勢(shì)。數(shù)據(jù)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(wàn)個(gè)；尺寸在1厘米以上、對(duì)航天器構(gòu)成潛在威脅的空間碎片數(shù)量估計(jì)超過100萬(wàn)個(gè)。這些碎片普遍以接近第一宇宙速度（約7.9公里/秒）運(yùn)行，其動(dòng)能巨大，撞擊破壞力不可低估。因此，如何加強(qiáng)對(duì)航天器的防護(hù)，已成為全球航天活動(dòng)的重要關(guān)注點(diǎn)和技術(shù)攻堅(jiān)方向。

　　目前，對(duì)于10厘米以上大型空間碎片，航天器通常采用主動(dòng)規(guī)避的策略，通過軌道調(diào)整，避開可能的碰撞路徑。

　　要想“閃”得快，并不是一件容易的事，需要建立起完善的空間碎片監(jiān)測(cè)、預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。主動(dòng)規(guī)避操作通常依靠3個(gè)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(cè)系統(tǒng)，持續(xù)追蹤空間碎片的位置和軌道；其次，利用計(jì)算系統(tǒng)預(yù)測(cè)空間碎片是否可能與航天器發(fā)生碰撞，并制定規(guī)避方案；最后，由航天器自身的推進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行變軌操作，避開危險(xiǎn)軌道。

　　每一次規(guī)避都需要精密計(jì)算，以最小燃料消耗實(shí)現(xiàn)最大避險(xiǎn)效果，同時(shí)還要盡可能減少對(duì)航天任務(wù)的影響。這不僅考驗(yàn)地面控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，也對(duì)航天器本身的性能提出較高要求。為了確�？臻g站平臺(tái)的在軌安全穩(wěn)定運(yùn)行，近年來，中國(guó)空間站持續(xù)優(yōu)化完善碰撞預(yù)警和規(guī)避實(shí)施流程，提升低軌小目標(biāo)軌道精確預(yù)報(bào)能力和空間站主動(dòng)規(guī)避碰撞能力，多次主動(dòng)實(shí)施空間碎片規(guī)避。

　　披上“鎧甲”不怕撞

　　面對(duì)數(shù)量更多、體積更小、難以預(yù)警的微小空間碎片，被動(dòng)防護(hù)是主要應(yīng)對(duì)手段。所謂被動(dòng)防護(hù)，主要是通過加裝空間碎片防護(hù)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(hù)裝置一般采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括高強(qiáng)度金屬外殼、能量吸收材料層以及隔熱緩沖層。根據(jù)航天器不同部位和威脅等級(jí)，防護(hù)層的厚度和結(jié)構(gòu)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(qū)域，防護(hù)的等級(jí)最高；太陽(yáng)翼等結(jié)構(gòu)面積大的部件由于難以完全防護(hù)，更多采用冗余設(shè)計(jì)，避免單點(diǎn)故障影響整體性能。

　　中國(guó)空間站各艙段在出廠時(shí)已具備大部分防護(hù)功能，但是針對(duì)艙外管路、設(shè)施設(shè)備和實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的防護(hù)裝置，還需航天員出艙安裝。2024年5月28日，神舟十八號(hào)乘組首次完成防護(hù)裝置安裝。到此次神舟二十號(hào)乘組出艙，中國(guó)航天員已經(jīng)在空間站外部進(jìn)行了7次空間碎片防護(hù)裝置安裝工作，為天和核心艙和問天、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙外部的多處重要管路、元件和設(shè)施設(shè)備提供了防護(hù)。

　　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(shè)置了“兜底技能”：利用空間站上部署的艙體撞擊泄漏監(jiān)測(cè)和定位系統(tǒng)，配合相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案、應(yīng)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(cè)、電路測(cè)試等方式快速定位受損區(qū)域，并在地面指導(dǎo)下實(shí)施結(jié)構(gòu)加固、線路更換等操作。

　　2024年3月2日，神舟十七號(hào)航天員在出艙活動(dòng)中完成了天和核心艙太陽(yáng)翼維修工作，消除了前期因太空微小顆粒撞擊產(chǎn)生的影響。這是中國(guó)航天員首次完成在軌航天器艙外設(shè)施的維修任務(wù)。值得一提的是，中國(guó)空間站配備的柔性太陽(yáng)翼在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到微小顆粒的撞擊，進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，由很多獨(dú)立的太陽(yáng)能電池片組成，即便其中一片損壞了，也不會(huì)影響整體供電。

　　主動(dòng)“出擊”清碎片

　　目前，防護(hù)空間碎片的科技手段正在朝著躲、防、修綜合應(yīng)用的方向發(fā)展。與此同時(shí)，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，一些前沿突破有望使空間碎片主動(dòng)清除技術(shù)逐步應(yīng)用于實(shí)踐，進(jìn)一步改善航天器安全性，讓空間碎片的應(yīng)對(duì)方式從“被動(dòng)防護(hù)+規(guī)避”向“主動(dòng)治理”升級(jí)。

　　目前，世界各國(guó)正在研發(fā)多種主動(dòng)清除空間碎片的技術(shù)方案。例如，某些航天器可以釋放飛網(wǎng)捕捉系統(tǒng)，捕捉空間碎片后使其脫軌燒毀；激光燒蝕的方法通過地面或空間平臺(tái)發(fā)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(jī)械臂捕獲技術(shù)通過航天器高精度姿控系統(tǒng)完成定位與捕捉，并將其拖離密集軌道區(qū)域，部分還具備拆解或控制再入功能，對(duì)于處置較大的空間碎片和航天器殘骸具有實(shí)用價(jià)值。

　　空間碎片問題具有全球性特征，任何一個(gè)國(guó)家都無法獨(dú)善其身。應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的空間碎片，全球合作十分重要。為此，中國(guó)積極推動(dòng)和參與全球合作。2015年，國(guó)家航天局成立空間碎片監(jiān)測(cè)與應(yīng)用中心；中國(guó)載人航天工程網(wǎng)站定期發(fā)布OEM軌道參數(shù)；中國(guó)持續(xù)加強(qiáng)國(guó)際合作，與世界主要航天國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)建立飛行安全溝通機(jī)制，及時(shí)交流共享相關(guān)信息，共同維護(hù)在軌航天器安全。（立風(fēng)）