应对空间碎片，有啥招？

近日，神舟二十号航天员乘组圆满完成第二次太空出舱活动。据中国载人航天工程办公室介绍，出舱活动期间，航天员陈冬、陈中瑞完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检及处置等任务。

空间碎片防护装置是空间站的“铠甲”。随着人类航天活动愈加频繁，空间碎片问题日益凸显。空间碎片是如何产生的？它会对航天器造成怎样的威胁？中国空间站又是如何应对“太空隐患”的？

主动“闪避”防碰撞

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，主要来源于失效卫星、火箭残骸、爆炸碰撞碎片以及人为试验产生的碎片等。

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。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。因此，如何加强对航天器的防护，已成为全球航天活动的重要关注点和技术攻坚方向。

目前，对于10厘米以上大型空间碎片，航天器通常采用主动规避的策略，通过轨道调整，避开可能的碰撞路径。

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。主动规避操作通常依靠3个环节协同完成：首先，通过全天候、全球性天地协同的监测系统，持续追踪空间碎片的位置和轨道；其次，利用计算系统预测空间碎片是否可能与航天器发生碰撞，并制定规避方案；最后，由航天器自身的推进系统执行变轨操作，避开危险轨道。

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。这不仅考验地面控制系统的快速响应能力，也对航天器本身的性能提出较高要求。为了确保空间站平台的在轨安全稳定运行，近年来，中国空间站持续优化完善碰撞预警和规避实施流程，提升低轨小目标轨道精确预报能力和空间站主动规避碰撞能力，多次主动实施空间碎片规避。

披上“铠甲”不怕撞

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。所谓被动防护，主要是通过加装空间碎片防护装置，为航天器披上“铠甲”，提升抗击碎片撞击的能力。

这类防护装置一般采用多层复合结构，包括高强度金属外壳、能量吸收材料层以及隔热缓冲层。根据航天器不同部位和威胁等级，防护层的厚度和结构也会有所不同——在密封舱等关乎航天员生命安全的关键区域，防护的等级最高；太阳翼等结构面积大的部件由于难以完全防护，更多采用冗余设计，避免单点故障影响整体性能。

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。

如果空间碎片真的撞上了空间站，怎么办？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。

主动“出击”清碎片

目前，防护空间碎片的科技手段正在朝着躲、防、修综合应用的方向发展。与此同时，随着航天技术的发展，一些前沿突破有望使空间碎片主动清除技术逐步应用于实践，进一步改善航天器安全性，让空间碎片的应对方式从“被动防护+规避”向“主动治理”升级。

目前，世界各国正在研发多种主动清除空间碎片的技术方案。例如，某些航天器可以释放飞网捕捉系统，捕捉空间碎片后使其脱轨烧毁；激光烧蚀的方法通过地面或空间平台发射高能激光束照射碎片，使其局部气化或变轨，最终整体消散或加速坠入大气层烧蚀；机械臂捕获技术通过航天器高精度姿控系统完成定位与捕捉，并将其拖离密集轨道区域，部分还具备拆解或控制再入功能，对于处置较大的空间碎片和航天器残骸具有实用价值。

空间碎片问题具有全球性特征，任何一个国家都无法独善其身。应对日益增长的空间碎片，全球合作十分重要。为此，中国积极推动和参与全球合作。2015年，国家航天局成立空间碎片监测与应用中心；中国载人航天工程网站定期发布OEM轨道参数；中国持续加强国际合作，与世界主要航天国家有关机构建立飞行安全沟通机制，及时交流共享相关信息，共同维护在轨航天器安全。