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，原計劃11月5日實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，它們會對在軌運行的航天器產(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，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。第二部分來自運載火箭的末級。第三部分來自航天員在太空活動時產(chǎn)生且并被扔到太空中的垃圾以及在太空行走時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，在中低軌道運行的航天器以及大碎片密度平均每立方千米有10個左右。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”事件。

低軌道上的太空垃圾在大氣阻力的影響下會逐漸隕落，從而重返大氣層被燒毀。如果太空垃圾的軌道很高，就會存留很長時間。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行的影響主要由航天器的在軌時間、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，輕者會留下凹坑，重者會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的航天員。

極小的空間碎片由于數(shù)量多，所以會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，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，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)生爆炸或打散整個結(jié)構(gòu)。

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

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號空間實驗室的實驗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間。

天宮1號、2號前面的密封實驗艙側(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，這一程序就會指示空間站啟動發(fā)動機(jī)改變運行軌道，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，與空間站運行初期相比，航天員可用于應(yīng)急處置的時間提高了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、夢天實驗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，用它在軌試驗移除太空垃圾的技術(shù)，但目前尚未有發(fā)射的動態(tài)消息?？傊?strong>對付太空垃圾是一項多學(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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