卫星或者空间站运行在近地轨道上并不是万无一失的,历史上曾多次出现人造卫星和空间站被撞击的事故。而真凶也很好锁定,那就是“太空垃圾”。
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危险的太空垃圾
事实上人类的航天体系发展到今天,也在地球的近地轨道上留下了特别多的太空垃圾。
截止至2023年12月的时候,地球近地轨道上的太空垃圾数量就达到了大约3.5万件。并且这还是人类能够观测到的,直径大于10厘米的太空垃圾。
如果是更小的人类无法观测到的太空垃圾,根据NASA的预测,其总数可能已经达到了1.3亿个。
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如此庞大的数量使得近地轨道上其实相当危险。这些太空垃圾一直在威胁完好的卫星或空间站,经常性的造成事故。
比如说在2013年时厄瓜多尔发射了其当时唯一一颗卫星“飞马座号”,结果这颗卫星刚上天2个月就遭到太空垃圾撞击,导致失联。
再比如说2016年时国际空间站舱体的窗户外层玻璃上突然出现了一圈裂纹,事后经过调查发现这圈裂纹是由太空垃圾撞击引起的。
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(国际空间站窗户上的裂纹)
这些太空垃圾不仅多,而且非常危险。
就以国际空间站2016年发生的这起事故举例,事后经过动能计算,科学家们认为当时撞击国际空间站的太空垃圾,可能是一片直径仅千分之一毫米的金属碎片。
如果是一枚直径超过1厘米的太空垃圾,那么它有可能直接撞穿国际空间站的舱体,直接撞一个洞出来。
如果是一枚直径10厘米的太空垃圾,那其就有能力直接撞碎一个大体量的卫星了。
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(直径10厘米的太空垃圾就足以撞碎大型卫星)
和我们在地球上见到的各种石块、金属碎片不同的是,这些太空垃圾受地球自转产生的惯性影响会有特别大的速度,最低速度都有每秒7.8公里,快的甚至能达到每秒15公里。
当太空垃圾的速度低于每秒7.8公里时,其就无法和地球引力形成平衡,会坠入地球大气层。
这也就导致地球近地轨道上的太空垃圾最低的速度,都不会低于每秒7.8公里。

(太空垃圾的速度很快)
相比较之下,步枪子弹射出去的枪口初速也才每秒1000米左右。也就是说,这些太空垃圾的速度最低都是步枪子弹最大速度的7~8倍。
更快的速度产生了更快的动能,所以太空垃圾的破坏力自然也远超我们在地球上看到的各种子弹。
为了解决来自太空垃圾的威胁,我国的神舟飞船以及天宫空间站已经携带了“装甲”,能为空间站提供“防护罩”。
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空间站防护和规避太空垃圾
这第一种手段,是从空间站的材料和结构上入手。
当前人类送空间站上太空依旧需要借助火箭,而火箭的载重是有限的,所以人类很难通过加厚空间站的方式来提升抗击打能力。
毕竟增加空间站舱室厚度就意味着空间站的重量提升,火箭就可能送不上去了。

(火箭的运载能力有限)
当前不管是国际空间站还是中国的天宫空间站,其舱室厚度最低只有4毫米,最厚也不超过1厘米,可以说是非常薄了。
为了在有限的厚度上达到更强的抗击打能力,空间站舱室壁通常会分为多层结构,在不同结构上用不同的材料,来同时达到隔热、耐腐蚀、抗击打等目的。
并且中国的天宫空间站从神舟18开始,就已经在空间站舱外易收空间碎片。撞击损伤的薄弱环节进行加固了,这进一步提升了空间站的抗击打能力。
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第二种手段就是机动变轨。如果有太空垃圾过来,空间站可以通过机动变轨的方式,来规避太空垃圾。
比如在2021年7月和10月,美国的星链系统就两次接近了中国的天宫空间站,最近的一次和中国空间站相距1.8公里,在太空尺度上可以说是挨着了。
当时中国就是通过让空间站变轨的方式,来躲避了美国星链卫星的撞击。
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不过这种机动变轨来规避太空垃圾的方式也有坏处。
一方面是有风险,可能机动变轨失败,结果导致空间站变轨完后回不来,之后完全无法控制。另一方面是机动变轨会影响其它航天器。
毕竟所有航天器的轨道都是固定的,一个航天器突然进行变轨就可能闯入另一个航天器的轨道中。最恶劣的情况下,甚至可能出现两个航天器相撞的事故。

(变轨可能导致航天器相撞)
此外对卫星来说,变轨会导致其寿命降低。因为变轨需要消耗能量,对空间站来说燃料可以通过神舟飞船进行补充,但卫星没法补充能量。
维修空间站
第三种手段就是修。
正如我们上边说的,空间站分为多层,最外面一层是“牺牲层”,这一层是专门让太空垃圾撞的。
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(空间站舱室最外层就是用来撞的)
当前中国天宫空间站和国际空间站,都采用面对大的太空垃圾规避,比如说我们上面提到的星链卫星差点和我国天宫相撞的事故。
但对于比较小的太空垃圾,一方面是其难以观测到,另一方面就是空间站能抗住,因此对这种微小太空垃圾空间站通常选择硬抗。
正常情况下,微小太空垃圾只能毁伤最外面一层的“牺牲层”。当然像我们上边提到2016年国际空间站被太空垃圾命中舱体的窗户外层玻璃,导致其出现裂纹是一个例外,那算国际空间站倒霉。
在空间站最外层“牺牲层”被破坏后,宇航员就可以进行出舱维修,对其进行修复。
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(神舟20出舱活动)
比如说2025年5月22日,我国神舟20号就完成了其首次出舱任务,本次任务的内容就是给天宫空间站装“空间碎片防护装置”,以及进行一次舱外检查。
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