图:神舟二十号航天员乘组今年6月26日在第二次太空出舱活动期间,完成了空间站空间碎片防护装置安装等任务。图为航天员陈中瑞在空间站组合体舱外工作。\新华社
神舟二十号航天员乘组于9月26日圆满完成第四次出舱活动,航天员陈中瑞、王杰完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务,这是我国首次由两名第三批航天员共同完成舱外作业任务。公开资料显示,这是中国航天员在空间站外部进行的第9次空间碎片防护装置安装工作。
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。对于不同大小的空间碎片威胁,航天器通常采用主动规避和被动防护两种应对策略,空间碎片防护装置就是空间站的“铠甲”。
【大公报讯】据人民网报道: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。
微小空间碎片防不胜防
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,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。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。
多层复合结构 吸震隔热缓冲
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。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第四次出舱,中国航天员已经在空间站外部进行了9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,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洩漏监测和定位系统,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。
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。