数以亿计，还在增加！神舟二十号因它“受伤”   南都新知

11月25日，神舟二十二号飞船发射成功，并与空间站组合体完成交会对接。该飞船装载了针对神舟二十号载人飞船舷窗裂纹的处置装置——此前，神舟二十号因疑似遭空间微小碎片撞击推迟返回。

小小空间碎片，为什么会造成大麻烦？

一次由空间碎片引发的应急发射

此次发射的神舟二十二号飞船，后续将作为神舟二十一号航天员乘组的返回飞船——此前，由于驻留空间站的神舟二十号飞船返回舱舷窗玻璃疑遭空间微小碎片撞击，出现细微裂纹。出于安全考虑，神舟二十号航天员乘组改乘神舟二十一号飞船返回地球。

这是中国载人航天工程第一次应急发射任务。引发这次“紧急救援”的空间碎片，到底是什么？

空间碎片也称“太空垃圾”，由人类航天活动直接产生或间接衍生。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。

空间碎片激增。图源：JagranJosh/NASA

根据欧洲航天局空间碎片办公室公布的最新数据，截至2025年10月21日，地球轨道上所有航天物体的总质量已超过15100吨。据统计模型估算，在轨物体中大于10厘米的空间物体有54000个；在1厘米至10厘米之间的空间碎片约有120万个；在1毫米至1厘米之间的空间碎片约有1.4亿个。

空间碎片从哪来？据全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍，废弃航天器及相关部件是空间碎片最主要、最直接的来源，占比超过40%，包括退役卫星、火箭残骸、航天器解体残骸等。

其次是航天活动中的操作废弃物。这类碎片多为航天任务执行过程中有意或无意丢弃的物品，尺寸虽小但数量庞大。包括：功能性抛弃物，如卫星分离时的固定螺栓、火箭的保护罩、宇航员出舱活动时遗落的工具等；微小脱落物，如航天器表面老化脱落的涂层碎片、太阳能电池板的微小碎片、发动机燃烧产生的残渣等。

2023年11月2日国际空间站出舱活动中掉落的工具包。图源：NASA/JSC

另一类是航天器碰撞与爆炸产生的次生碎片，这是碎片数量不断增加的关键原因。比如，2009年2月，已退役报废14年的宇宙2251卫星和在役的铱星33相撞。这一世界上首起两颗在轨卫星发生碰撞的事件导致两颗卫星全毁，产生的新碎片超过2200枚。

从轨道分布来看，空间碎片分布密集区域为2000公里以下的近地轨道区域、20000公里的中轨区域，以及36000公里的地球同步轨道区域。其中，800至1000公里是最密集的高风险区域。

秒速10公里的致命伤害

2013年上映的美国电影《地心引力》以空间碎片撞毁国际空间站的场景开头，出舱执行任务的宇航员在“碎片雨”中挣扎求生；十年后上映的俄罗斯电影《挑战》，也设置了航天员因空间碎片受伤、需要地面派医生上天的故事背景。

电影《地心引力》截图

以上情节尽管都是虚构，但现实中，空间碎片袭击空间站造成的损伤已经真实发生在各国载人飞行任务中，其危险程度并不亚于科幻电影。空间碎片，已逐渐成为威胁人类航天活动的“隐形杀手”。

小小碎片，何以带来如此大的麻烦？

答案是速度。

空间碎片普遍以接近第一宇宙速度（约7.9公里/秒）运行，在人类使用最频繁的近地轨道上，空间碎片一旦与航天器发生撞击，平均撞击速度将达10公里/秒。凭借极高速度带来的巨大动能，即使是直径小于1厘米的空间微小碎片，也能对航天器造成致命损伤。

空间碎片与航天器撞击产生极高压强，毫米级以上尺度的碎片会穿透航天器表面，并形成高速碎片云，破坏内部的器件和系统，轻则导致航天器表面性能衰退功能丧失，重则对结构和载荷造成严重损伤甚至使整个航天器彻底爆炸解体，对航天器安全和航天员生命造成巨大潜在威胁。

国际空间站机械臂遭空间碎片撞击。图源：NASA/加拿大航天局

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。即便置身于航天器内，如果航天器被碎片撞击失压，舱内航天员的生命安全也将直接受到威胁。

而坠入大气层的大尺度空间碎片，陨落时可能有部分质量未完全烧毁分解，也会对地面安全造成威胁。

此外，当近地轨道碎片密度达到临界值时，一次碎片撞击产生的新碎片，会引发更多撞击，形成“多米诺骨牌效应”，最终可能在轨道上形成一层“碎片云”，彻底阻断人类进入太空或使用卫星的通道，对太空活动造成长期灾难性影响。

卫星相撞产生空间碎片示意图。图源：ESA

根据美国空间碎片研究专家唐纳德‧J‧凯斯勒（Donald J. Kessler）的研究结果，按照目前的碎片增长速度估算，如果不采取任何措施，未来70年后碎片数量将达到发生碎片链式撞击效应的临界值，之后近地空间将彻底不可用。

应对撞击：主动“闪避”+披上“铠甲”

目前，空间碎片仍然是载人航天器重要设备，尤其是密封舱面临的首要破坏性威胁，碰撞几乎是不可避免的。

那么，如何应对空间碎片撞击风险？

国际社会制定了相应准则，敦促各国在航天器设计、发射和运行中采取措施，减少空间碎片的产生。一些航天团队提出了机械臂抓取、飞网捕获、激光推移、离子束推方法等移除空间碎片的方案，但这些技术都处于概念阶段，大规模应用为时尚早。

据中国载人航天工程空间站系统总指挥王翔介绍，空间站对碎片威胁主要采取躲防结合的对策：对可观测、跟踪并预报的碎片，尽可能提前变轨规避；同时加强自身防护措施，对不可观测的碎片具备一定的防护能力。

国际空间站BEAM舱碎片防护层及其结构。图源：NASA

规避

以当前的技术能力，特征尺度≥10cm的碎片可以被地面观测、编目并预报飞行轨迹。结合空间站飞行轨道及轨控计划，可以提前预警碎片与空间站的交会风险。空间站变轨机动，躲开来袭碎片。

2015年，国家航天局空间碎片监测与应用中心在中科院国家天文台挂牌成立，标志着我国空间碎片监测、预警、应对突发事件以及国际合作有了实体依托单位。

防护

空间站通过系统设计和防护结构的配置，能够抵御约1cm尺寸或更小碎片的直接撞击，不会产生灾难性后果。主要航天国家这方面能力相当。根据NASA标准，国际空间站的防护结构要求能够经受住1.3cm铝制球体以7km/s速度且垂直于表面的撞击。

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。

神舟十八号航天员乘组圆满完成第一次出舱活动。图源：中国载人航天工程网

应急

对于无法观测又防不住的碎片，空间站要有一系列的专门设计应对破坏性撞击，包括感知撞击、重点设备冗余和备份、系统降级进入安全模式、航天员参与定位密封舱漏点并堵漏、航天员紧急撤离和事后恢复受损设备、舱体等。

此次发射的神舟二十二号飞船，便装载了针对神舟二十号载人飞船舷窗裂纹的处置装置。神舟二十一号乘组将择机对神舟二十号飞船船体进行检查评估和处置——在现有基础上从舱内进行补强后，神舟二十号还可以载货返回。

出品：南都官微运营部

统筹：李湘莹

整合/编辑：刘苗

美编：罗锐

资料来源：央视新闻、新华社、人民日报、科技日报、科普中国、紫金山天文台、中国宇航学会等