神舟推遲返回背后：太空“暗器”威脅，航天員如何應(yīng)對

中國載人航天工程辦公室2025年11月5日發(fā)布公告稱，神舟二十號載人飛船疑似遭空間微小碎片撞擊，正在進(jìn)行影響分析和風(fēng)險(xiǎn)評估。為確保航天員生命健康安全和任務(wù)圓滿成功，經(jīng)研究決定，原計(jì)劃11月5日實(shí)施的神舟二十號返回任務(wù)將推遲進(jìn)行。

什么是空間微小碎片？

它是如何產(chǎn)生的？

空間碎片也叫太空垃圾，它是指在地球軌道上運(yùn)行的各種人造物體的碎片。太空垃圾越多，就越容易發(fā)生相互碰撞，從而形成更多的空間微小碎片。因此，它們會(huì)對在軌運(yùn)行的航天器產(chǎn)生了越來越大的危害，包括威脅到航天員的生命安全。

空間碎片電腦合成圖片 圖片來源：NASA

隨著航天技術(shù)的廣泛應(yīng)用，航天器的發(fā)射數(shù)量越來越多，太空垃圾也相應(yīng)增加了許多。例如，2024年10月19日，國際通信衛(wèi)星-33E在地球靜止軌道上發(fā)生了意外的解體事件，使地球同步軌道區(qū)域至少新增了500塊碎片。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前約有至少3000噸以上的太空垃圾在繞地球飛行，而且數(shù)量正以每年2%～5%的速度增加。其產(chǎn)生主要來自三個(gè)部分：

第一部分來自已經(jīng)退役的各種人造地球衛(wèi)星等人造物體，以及人造物體之間、自然天體與人造物體之間碰撞產(chǎn)生的碎塊等。第二部分來自運(yùn)載火箭的末級。第三部分來自航天員在太空活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生且并被扔到太空中的垃圾以及在太空行走時(shí)不慎遺落在太空的物品（如螺母、工具）。其中人造物體相撞所產(chǎn)生的破壞力還與相撞時(shí)的角度有關(guān)。例如，2009年2月10日，俄羅斯2251號衛(wèi)星與美國銥星33號衛(wèi)星就曾以11.64千米/秒的相對速度碰撞，產(chǎn)生了2201個(gè)能夠被監(jiān)測編目的太空垃圾。

根據(jù)太空垃圾尺寸的大小，國際上把太空垃圾一般分為三類：①尺寸大于10厘米的為大碎片，現(xiàn)在大概有幾萬塊，它們可被監(jiān)測到；②尺寸介于1～10厘米之間的為小碎片,現(xiàn)大概有10多萬塊；③尺寸介于1毫米～1厘米之間的為微小碎片,現(xiàn)大概有幾十萬塊。尺寸不大于1毫米的碎片現(xiàn)在大概有幾億塊。

從空間分布來看，在中低軌道運(yùn)行的航天器以及大碎片密度平均每立方千米有10個(gè)左右。由于它們的速度極快, 而破壞力與速度的平方成正比，即一個(gè)僅10克重的太空碎片的太空撞擊能量，不亞于一輛以每小時(shí)100千米速度行駛的小汽車所產(chǎn)生的撞擊能量，所以它所造成的事件是一種“低概率、高風(fēng)險(xiǎn)”事件。

低軌道上的太空垃圾在大氣阻力的影響下會(huì)逐漸隕落，從而重返大氣層被燒毀。如果太空垃圾的軌道很高，就會(huì)存留很長時(shí)間。一般來說，距地300千米的太空飛行物壽命約為一年，600千米可飛行幾十年，1000千米以上的可飛行幾百年，4000千米以上的可飛行上千年，軌道更高的碎片幾乎會(huì)一直在太空中。

美俄衛(wèi)星相撞的軌道交叉示意圖 圖片來源：新浪新聞

空間碎片有多大危害

空間碎片對航天器正常運(yùn)行的影響主要由航天器的在軌時(shí)間、被保護(hù)的面積、軌道高度和軌道傾角等因素決定，其中前三個(gè)因素是最主要的。

低軌道太空垃圾的飛行速度約為7.9千米/秒，如果撞擊到航天器表面，輕者會(huì)留下凹坑，重者會(huì)穿透航天器造成部分系統(tǒng)功能失效，甚至?xí)a(chǎn)生災(zāi)難性的后果，包括威脅到在艙外活動(dòng)的航天員。

極小的空間碎片由于數(shù)量多，所以會(huì)改變航天器的表面性能；稍大的空間碎片能損壞航天器表面材料，造成撞擊坑，損傷表面器件；大的空間碎片與航天器碰撞時(shí)，可使航天器的姿態(tài)發(fā)生變化，甚至改變航天器的軌道；超高速撞擊的空間碎片會(huì)使自身及被撞擊的航天器表面材料氣化為等離子體云，導(dǎo)致航天器失效；當(dāng)空間碎片的能量足夠大時(shí)，能穿透航天器表面，打壞置于航天器內(nèi)部的控制系統(tǒng)或有效載荷，使航天器發(fā)生爆炸或打散整個(gè)結(jié)構(gòu)。

另外，當(dāng)空間碎片再入大氣層時(shí)，如果沒被完全燒毀，還會(huì)對地面的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，尤其是以核能為動(dòng)力的航天器隕落時(shí)后果特別嚴(yán)重。比如，在20世紀(jì)70～80年代，蘇聯(lián)核動(dòng)力衛(wèi)星就曾因失控墜毀在加拿大，從而產(chǎn)生巨大恐慌。美國“天空實(shí)驗(yàn)室”空間站也曾因失控墜毀砸壞地面居民的房子。空間碎片太多還會(huì)嚴(yán)重影響空間天文觀測，碎片撞到空間望遠(yuǎn)鏡時(shí)會(huì)使鏡體遭到損壞。

由于沙粒大小的太空垃圾所產(chǎn)生的沖擊與每小時(shí)160千米的保齡球相當(dāng)，所以直徑在幾毫米以下的小的空間碎片就能對運(yùn)營中的航天器造成損壞。這種損害分為兩類，第一類是對航天器分系統(tǒng)表面的損害，第二類是對航天器運(yùn)行的影響。比如，美國航天飛機(jī)的窗戶就曾遭受空間碎片的撞擊。

空間碎片曾給“國際空間站”造成重創(chuàng)。例如，2016年，直徑幾微米的金屬碎屑在“國際空間站”舷窗留下了直徑7毫米的撞擊坑。2021年，一塊不在監(jiān)控范圍內(nèi)的碎片擊中“國際空間站”的加拿大機(jī)械臂-2，使其外表保護(hù)層被撕裂，留下了一個(gè)直徑近10 毫米的穿孔。2022年，停靠在“國際空間站”的俄羅斯聯(lián)盟號飛船外殼出現(xiàn)一個(gè)0.8毫米的小孔，導(dǎo)致44公斤冷卻劑泄漏。

遭太空垃圾撞擊的航天飛機(jī)窗戶 圖片來源：NASA

空間站若被碎片擊穿

航天員如何逃生

我國天宮1號目標(biāo)飛行器、天宮2號空間實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)艙體外也裝有特殊的防護(hù)裝置，相當(dāng)于給它穿防彈衣。自身有2～3毫米厚的金屬外衣。萬一出現(xiàn)5毫米的漏孔，天宮1號、2號可維持艙壓不小于70千帕約80分鐘，從而使航天員有逃生的時(shí)間。

天宮1號、2號前面的密封實(shí)驗(yàn)艙側(cè)壁裝有特殊的防護(hù)板 圖片來源：中國載人航天網(wǎng)站

我國神舟十八號、十九號乘組已經(jīng)為空間站安裝碎片防護(hù)裝置，它能抵御數(shù)量眾多、個(gè)頭不足1厘米、很難被監(jiān)測到的微小碎片。碎片防護(hù)裝置采用特殊材料制作而成，能吸收能量和減輕對空間站造成的損傷。

進(jìn)行太空行走的航天員主要靠航天服來防護(hù)，當(dāng)然，最好不要在有碎片的區(qū)域出艙。對于10厘米以上的碎片，由于重量和體積所限，防護(hù)這一尺寸的碎片是不現(xiàn)實(shí)的。在已知精確軌道參數(shù)的情況下，只能夠采用軌道機(jī)動(dòng)的方法進(jìn)行碰撞規(guī)避。

為此，空間站有一套避撞程序，當(dāng)有關(guān)設(shè)備監(jiān)測到有太空飛行物接近空間站并有可能發(fā)生碰撞時(shí)，這一程序就會(huì)指示空間站啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)改變運(yùn)行軌道，躲避碰撞。如果空間站來不及調(diào)整軌道，那么為了安全起見，航天員就要躲進(jìn)飛船，以便隨時(shí)逃生。

載人航天，人命關(guān)天。為了保障空間站航天員的安全，我國也采取了相應(yīng)措施。在2024年10月29日舉行的神舟十九號載人飛行任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)上，中國載人航天工程新聞發(fā)言人林西強(qiáng)就表示，針對空間碎片撞擊空間站可能造成泄露等威脅，不斷優(yōu)化應(yīng)急處置方案，與空間站運(yùn)行初期相比，航天員可用于應(yīng)急處置的時(shí)間提高了5倍，空間站與航天員的安全性大幅提升。

2024 年 5 月 28 日，神舟十八號乘組首次完成防護(hù)裝置安裝。此后，神舟十九號乘組進(jìn)行了三次出艙安裝工作，神舟二十號乘組進(jìn)行了四次出艙安裝工作。截至目前，中國航天員已經(jīng)在空間站外部進(jìn)行了八次左右空間碎片防護(hù)裝置安裝工作，為天和核心艙和問天、夢天實(shí)驗(yàn)艙外部的多處重要管路、元件和設(shè)施設(shè)備提供了防護(hù)。

太空清潔1號示意圖 圖片來源：歐洲航天局

目前，世界多個(gè)國家正在積極研究多種治理空間碎片的新方法，包括收集、燒毀和脫軌法等。歐洲航天局計(jì)劃于今年或明年發(fā)射太空清潔1號航天器，用它在軌試驗(yàn)移除太空垃圾的技術(shù)，但目前尚未有發(fā)射的動(dòng)態(tài)消息。總之，對付太空垃圾是一項(xiàng)多學(xué)科的綜合性長期工作，需要各國都予以重視并開展廣泛的國際合作，從而群策群力地來保護(hù)好人類共有的太空環(huán)境。

作者：龐之浩 全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳

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