一顆10克重空間碎片的撞擊威力，等同一輛100km/h的小汽車撞向墻壁？

近日，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）旗下“星鏈”計(jì)劃一顆衛(wèi)星在太空發(fā)生異常，高度迅速墜落，產(chǎn)生“少量”碎片，并在418公里軌道高度與地面失去通信聯(lián)系。

當(dāng)前，空間碎片環(huán)境日益復(fù)雜，成為世界航天領(lǐng)域的共性挑戰(zhàn)。如何正確認(rèn)識空間碎片的危害，做好航天器的空間防護(hù)，為人類的“太空資產(chǎn)”構(gòu)筑安全屏障？我們一起聽聽航天科技集團(tuán)的專家如何說。

問：空間碎片從哪兒來？

答：空間碎片是在宇宙空間中各種人造廢棄物體及其衍生物，主要來自人類半個(gè)多世紀(jì)以來的太空活動。具體來說，包括廢棄航天器及相關(guān)部件、航天活動中的操作廢棄物以及噴射物和碎屑等。

問：空間碎片在太空中是均勻分布的嗎？

答：空間碎片分布并不均勻。根據(jù)高度不同，主要集中在兩個(gè)區(qū)域：近地軌道（2000公里以下）和地球靜止軌道（約35786公里）。比如我們的空間站就運(yùn)行在近地軌道，受到空間碎片的直接威脅。不久前，神舟二十號飛船就曾疑似遭到空間微小碎片的撞擊。

問：空間碎片的數(shù)量有多少？它們有哪些危害？

答：1980年，軌道上地面可觀測的較大碎片（即尺寸大于10厘米、在近地軌道旋轉(zhuǎn)的物體）僅有不到5400個(gè)；截至神舟二十一號飛船返回之時(shí)，這一數(shù)值已增加到31911個(gè)。這些可觀測的較大碎片和不可觀測的較小碎片，以約7公里/秒的速度在太空中運(yùn)動，成為在軌航天器的“隱性殺手”。

問：有人說，一顆10克重碎片的撞擊威力相當(dāng)于一輛時(shí)速100公里的小汽車撞向墻壁。這個(gè)說法恰當(dāng)嗎？

答：這個(gè)說法混淆了動能和威力這兩個(gè)概念。一顆10克重的碎片與一輛輕型小汽車的動能可能接近，但其撞擊效果完全不同。汽車碰撞是一個(gè)相對緩慢的過程（持續(xù)幾十到幾百毫秒），碎片撞擊是一個(gè)極端瞬時(shí)的超高速撞擊過程（微秒級別）。碎片撞擊時(shí)，所有能量在極短時(shí)間內(nèi)、集中在極小的面積上釋放，產(chǎn)生極高的壓力和溫度，導(dǎo)致材料瞬間熔化甚至汽化，形成類似爆炸的效果。

問：航天器會面對所有碎片的威脅嗎？

答：不會。可以把地球軌道看作一個(gè)巨大的多層、多跑道的環(huán)形立交橋，同高度、同傾角的碎片和航天器就像在同一條車道上同向行駛的車輛，有追尾風(fēng)險(xiǎn)，但相對速度慢，破壞力很小；同高度、不同傾角的碎片和航天器就像從不同方向的匝道匯入立交橋主路的車輛，可能發(fā)生迎頭或側(cè)向高速撞擊，因而也最危險(xiǎn)。不同高度的碎片和航天器就像在立交橋不同層上行駛的車輛，幾乎沒有直接碰撞的可能。當(dāng)然這只是簡單的類比，事實(shí)情況要更加復(fù)雜，比如涉及到橢圓軌道和軌道衰減等情況。

問：碎片對航天器的損傷是無法避免的嗎？

答：空間碎片對航天器的威脅是可以得到緩解的。尺寸大于10厘米的大碎片可以通過監(jiān)測進(jìn)行躲避，對于這類大碎片，威脅是高度可控的，中國空間站已經(jīng)針對大碎片進(jìn)行了幾十次的規(guī)避機(jī)動。尺寸小于1厘米的小碎片可以通過防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行防護(hù)，不會造成災(zāi)難性后果。挑戰(zhàn)最大的是尺寸為1～10厘米之間的中碎片，它們很難被監(jiān)測和防護(hù)，但幸運(yùn)的是，這些碎片撞擊概率很低。

問：我國為應(yīng)對空間碎片做了什么？

答：在空間碎片研究上布局較早，取得了豐富的成果。比如防護(hù)設(shè)計(jì)軟件和地面超高速發(fā)射設(shè)備，確保了天宮一號的在軌安全；2006年，研制人員對神舟八號載人飛船進(jìn)行了空間碎片撞擊失效模式分析，包括防熱層和舷窗玻璃的失效模式。

與天宮一號相比，中國空間站規(guī)模更大、在軌時(shí)間更長，而且是長期載人，因而防護(hù)指標(biāo)也高得多。研制人員開發(fā)了更為先進(jìn)的填充式防護(hù)結(jié)構(gòu)，而且與天宮一號采用的部分防護(hù)方案不同，中國空間站采用整體防護(hù)方案。同時(shí)，技術(shù)人員還對空間站輻射器管路等高風(fēng)險(xiǎn)部位進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和增強(qiáng)防護(hù)。

此外，中國載人航天采用“滾動備份”模式。前一艘載人飛船發(fā)射時(shí)，后一艘載人飛船在發(fā)射場待命，一旦在軌飛船出現(xiàn)問題，待命飛船提前發(fā)射接替任務(wù)，為航天員安全上帶來“雙保險(xiǎn)”。

（光明日報(bào)）