突发，神舟二十号延迟返回！耽误航天员回家的“罪魁祸首”，危害到底有多大？

（来源：科普中国）

转自：科普中国

2025 年 11 月 5 日，中国载人航天办公室发布公告：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。

那么问题来了，“空间碎片”是什么？它又为什么会对航天员和飞船构成威胁呢？

空间碎片是什么？

它们从何而来？

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间接产生。它们还有个更直白的称呼，叫做“太空垃圾”。

空间碎片包括失效卫星、废弃火箭末级、未烧尽的燃料颗粒、航天事故残骸，从航天器上脱落的小零件、隔热材料，甚至人类在舱外维修航天器时丢弃或遗失的工具等。碎片与航天器、碎片与碎片之间发生碰撞，又会产生更多更细小的次级碎片。

有些空间碎片是人类在航天时代早期有意散布的。20 世纪 60 年代，美国执行过“西福特计划”，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散布到高度 3500 公里以上的轨道上，形成辅助远程通信的云状环。

直至今日，仍有数目可观的铜针残留在轨道上，偶然返回大气层，还有许多早期空间碎片是反卫星武器试验的产品。

随着航天事业的发展，地球轨道上的空间碎片数量与日俱增。据欧洲空间局 2025 年 10 月 21 日发布的空间环境报告，截至 2024 年 8 月，可以追踪的尺寸超过 10 厘米的空间碎片已经超过 4.4 万个，1 厘米以上的 120 万个，“不在册”的小碎片更是不计其数。

低轨道上的空间碎片会在极其稀薄的大气阻力影响下逐渐降轨陨落，并在大气层中烧毁。而如果轨道较高，就能存留很久。例如苏联在 1972 年发射失败的“宇宙-482”金星探测器的着陆舱，在地球身边转了 53 年后才坠回大气层。

空间碎片为何危害巨大？

小小的空间碎片为何能阻碍神舟二十号的回家之路呢？它们的破坏力从何而来？

答案是速度。

平时看航天员出舱活动的视频，大家会感觉那是个失重的地方，周围的一切都在慢悠悠地飘荡，怎么能撞坏东西呢？实际上，包括航天员在内，这些物体都在围着地球以第一宇宙速度（接近每秒 8 公里）疾驰，是步枪子弹速度的 10 倍。

“慢悠悠飘荡”的假象，是因为航天员、空间站和各个设备的运行方向和速度完全一致造成的，就像并排行驶的汽车，乘客能摇下车窗说话一样（驾驶员不要！）。而如果两个物体的轨道稍有交叉，那么它们的相遇就会像路口撞车那样惨不忍睹。

除了对航天器或航天员造成致命伤害以外，还会产生更多的次级碎片。

空间碎片携带的动能与它的质量成正比，也与它速度的平方成正比。大个儿的空间碎片可能击碎航天器的外壳或控制系统，使航天器爆炸、解体、姿态翻转或偏离轨道；稍小一点的，也能造成撞击坑，损伤航天器表面器件、太阳能帆板或供电线路。

对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，对空间碎片的防护能力更弱，即使是毫米级以下的细小碎片，也能危及生命。假如空间微小碎片破坏了飞船返回舱的防热涂层的完整性，也会给航天员的回家之路埋下重大隐患。

如何应对空间碎片？

现代航天器的设计正努力从源头减少空间碎片，例如采用防爆燃料贮箱，减少外露部件。航天器退役时，要主动变轨、再入大气层销毁或是改至遥远的“墓地”轨道。

对于已经存在的空间碎片，航天器的应对策略主要是看碎片的尺寸。目前，针对尺寸超过 10 厘米的较大碎片，航天器倾向于“躲”，主动实施轨道规避。轨道规避的前提是建立起完善的空间碎片监测预警系统，知道碎片在哪儿，几时几刻会到何地。通过高精度光学观测、图像处理技术和雷达技术，可以分辨空间碎片，探测其位置和速度，建立轨道跟踪信息。

更为棘手的是难以观测的大量小型空间碎片，一是不可预知，二是即使预知也不可能让航天器频频消耗燃料变轨躲避，这时“硬着头皮撞上去”就成了最佳应对手段。

对于长期驻人的空间站来说，打造一副坚不可摧的铠甲是非常必要的。按照美国航空航天局的公开标准，国际空间站的防护结构要能经受直径 1.3 厘米的铝球以每秒 7 公里的速度垂直撞击。

为此，国际空间站和中国的天宫一号、二号采用的都是惠普尔防护罩。惠普尔防护罩，由 1 毫米的金属层、中间空隙和内层厚板组成。空间碎片高速撞击到外层金属薄板会将撞击物粉碎成大量细小碎片，这些碎片在通过中间空隙时会散开，能量也会大幅下降，从而难以贯穿内层厚板，达到保护航天器内部结构的目的。如果微型空间碎片的尺寸与金属层厚度相差不大，高速相撞会把空间碎片进一步粉碎，这样的缺点是可能产生更多的小空间碎片，让动能分散到内层板上。

比起试验期的两代天宫来，中国空间站具有更长的在轨时间、更大的组装规模，因此也对其防护功能提出了更高的需求。它使用的是复合材料填充式防护结构，综合应用高强度材料和能量吸收层, 既减轻了重量，又提升了抗冲击性能，目前已成功应用于空间站天和核心舱，以及问天、梦天两大实验舱，为空间站和航天员筑起固若金汤的堡垒。

空间站并非所有部位都均等防护，而是根据各部分的关键性进行区域分级。例如，作为航天员生命保障核心区的密封舱，其防护层级最高；推进系统、供电设备等次之；太阳翼等部件面积大，难以完全防护，更多是借助冗余设计来降低撞击带来的风险。

航天员在轨维修同样是载人航天器防护体系的重要一环。此前，神舟十七号乘组完成了中国航天首次舱外维修任务，神舟十八号、十九号乘组在安装空间站防护装置时，还同步开展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，也是继续安装空间碎片防护装置，为空间站“披甲”。