空间碎片为何会影响航天员“回家”？

11月5日，中国载人航天工程办公室发布消息，神舟二十号载人飞船因疑似遭遇空间微小碎片撞击，正在进行影响分析与风险评估，原定返回任务推迟。空间碎片——这些以接近第一宇宙速度飞行的“太空子弹”，正成为全球航天任务中不可忽视的威胁。它们从何而来？为何会影响航天员“回家”？

什么是空间碎片？

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。

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，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.宇宙当中发生的某些撞击，或者气瓶、电池发生爆炸而产生的碎片。在轨的一些卫星会自行爆炸，四分五裂，产生大量碎片。

4.固体火箭发动机发射的时候带来很多微粒性的碎片。

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。

南京航空航天大学航天学院教授闻新打了一个比方：高速公路上出现事故，会有拖车把事故车拖走，但近地轨道这条“高速公路”已经使用了60多年，却没有拖车清理车道。

空间碎片的危害有多大？

别小看空间碎片的威力。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。

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍，空间碎片的高速撞击会产生极端破坏效果。

毫米级碎片：会划伤航天器舷窗、太阳翼，导致透光率下降或供电效率受损；

厘米级碎片：可直接穿透航天器外壳，击穿燃料箱、管线等关键部件，引发泄漏或爆炸。即使未完全穿透，撞击产生的冲击波也可能震坏内部精密仪器，导致导航、通信等系统失灵。

对航天员威胁：对于在太空行走的航天员来说，他们对空间碎片几乎没有防护能力。哪怕是直径0.1毫米的超细碎片，也可能穿透航天服的防护层，造成航天员受伤。

对航天器威胁：被碎片撞击失压，舱内航天员的生命安全也将直接受到威胁。

轨道中的卫星与太空碎片（3D图） 视觉中国

空间碎片怎么防？

主要靠“闪”得快

主动规避：针对10厘米以上大碎片，通过监测、预警、变轨来实现“闪避”。中国空间站已多次成功实施主动规避。

但要想“闪”得快，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。

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。

被动防护：为航天器穿上“铠甲”——采用多层复合结构，在关键区域如密封舱加强防护，对太阳翼等大面积部件则采用冗余设计。

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。

中国空间站各舱段在出厂时已具备大部分防护功能，但是针对舱外管路、设施设备和实验装置设计的防护装置，还需航天员出舱安装。2024年5月28日，神舟十八号乘组首次完成防护装置安装。到此次神舟二十号乘组出舱，中国航天员已经在空间站外部进行了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。

万一撞上，如何“兜底”？

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。

2024年3月2日，神舟十七号航天员在出舱活动中完成了天和核心舱太阳翼维修工作，消除了前期因太空微小颗粒撞击产生的影响。这是中国航天员首次完成在轨航天器舱外设施的维修任务。值得一提的是，中国空间站配备的柔性太阳翼在设计时已考虑到微小颗粒的撞击，进行了模块化设计，由很多独立的太阳能电池片组成，即便其中一片损坏了，也不会影响整体供电。

航天员安全返回，关键的节点有两个

解析整个神舟二十号返回飞船回家的全过程，有两个关键节点：

第一个是变轨分离这一节点。为了让回家过程更轻便，只有中间返回舱的位置带着三位航天员回家，而推进舱与轨道舱会在返回的过程中分离。

第二个是进入大气层这一节点。中间返回舱的位置，在进入大气层的时候会成为一个巨大的火球，高温高热，所以它的抗压性和密闭性要非常好。这也确保着我们三位航天员的安全，我们还需要再等上一段时间。

“返回任务推迟”的决策，是为了最大限度确保航天员生命健康安全和任务圆满成功。北京大学地球与空间科学学院教授焦维新介绍，太空的碎片数量相当大，特别是微小碎片撞击很难预防。像航天飞机在轨飞行两星期，严重的时候会有90多个瘢痕，关键是撞击的情况，返回舱是否有泄漏，泄漏是否严重，因为我们的返回舱，一般来讲都有保护装置，只要有微量的泄漏，我们检测的装置都能给检测出来。

神舟二十号的推迟，不仅是对中国航天应急能力的实战检验，更彰显了“以人为本”的核心价值观。正如网友所言：“推迟无所谓，平安最珍贵。”

期待神舟二十号航天员顺利回家！

资料来源：科技日报、央视新闻、新京报、北京新闻、中国载人航天微信公号、江苏新闻、人民日报海外版

编辑：高鑫

责编：吴光亮

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