一颗10克重空间碎片的撞击威力，等同一辆100km/h的小汽车撞向墙壁？

近日，美国太空探索技术公司（SpaceX）旗下“星链”计划一颗卫星在太空发生异常，高度迅速坠落，产生“少量”碎片，并在418公里轨道高度与地面失去通信联系。

当前，空间碎片环境日益复杂，成为世界航天领域的共性挑战。如何正确认识空间碎片的危害，做好航天器的空间防护，为人类的“太空资产”构筑安全屏障？我们一起听听航天科技集团的专家如何说。

问：空间碎片从哪儿来？

答：空间碎片是在宇宙空间中各种人造废弃物体及其衍生物，主要来自人类半个多世纪以来的太空活动。具体来说，包括废弃航天器及相关部件、航天活动中的操作废弃物以及喷射物和碎屑等。

问：空间碎片在太空中是均匀分布的吗？

答：空间碎片分布并不均匀。根据高度不同，主要集中在两个区域：近地轨道（2000公里以下）和地球静止轨道（约35786公里）。比如我们的空间站就运行在近地轨道，受到空间碎片的直接威胁。不久前，神舟二十号飞船就曾疑似遭到空间微小碎片的撞击。

问：空间碎片的数量有多少？它们有哪些危害？

答：1980年，轨道上地面可观测的较大碎片（即尺寸大于10厘米、在近地轨道旋转的物体）仅有不到5400个；截至神舟二十一号飞船返回之时，这一数值已增加到31911个。这些可观测的较大碎片和不可观测的较小碎片，以约7公里/秒的速度在太空中运动，成为在轨航天器的“隐性杀手”。

问：有人说，一颗10克重碎片的撞击威力相当于一辆时速100公里的小汽车撞向墙壁。这个说法恰当吗？

答：这个说法混淆了动能和威力这两个概念。一颗10克重的碎片与一辆轻型小汽车的动能可能接近，但其撞击效果完全不同。汽车碰撞是一个相对缓慢的过程（持续几十到几百毫秒），碎片撞击是一个极端瞬时的超高速撞击过程（微秒级别）。碎片撞击时，所有能量在极短时间内、集中在极小的面积上释放，产生极高的压力和温度，导致材料瞬间熔化甚至汽化，形成类似爆炸的效果。

问：航天器会面对所有碎片的威胁吗？

答：不会。可以把地球轨道看作一个巨大的多层、多跑道的环形立交桥，同高度、同倾角的碎片和航天器就像在同一条车道上同向行驶的车辆，有追尾风险，但相对速度慢，破坏力很小；同高度、不同倾角的碎片和航天器就像从不同方向的匝道汇入立交桥主路的车辆，可能发生迎头或侧向高速撞击，因而也最危险。不同高度的碎片和航天器就像在立交桥不同层上行驶的车辆，几乎没有直接碰撞的可能。当然这只是简单的类比，事实情况要更加复杂，比如涉及到椭圆轨道和轨道衰减等情况。

问：碎片对航天器的损伤是无法避免的吗？

答：空间碎片对航天器的威胁是可以得到缓解的。尺寸大于10厘米的大碎片可以通过监测进行躲避，对于这类大碎片，威胁是高度可控的，中国空间站已经针对大碎片进行了几十次的规避机动。尺寸小于1厘米的小碎片可以通过防护设计进行防护，不会造成灾难性后果。挑战最大的是尺寸为1～10厘米之间的中碎片，它们很难被监测和防护，但幸运的是，这些碎片撞击概率很低。

问：我国为应对空间碎片做了什么？

答：在空间碎片研究上布局较早，取得了丰富的成果。比如防护设计软件和地面超高速发射设备，确保了天宫一号的在轨安全；2006年，研制人员对神舟八号载人飞船进行了空间碎片撞击失效模式分析，包括防热层和舷窗玻璃的失效模式。

与天宫一号相比，中国空间站规模更大、在轨时间更长，而且是长期载人，因而防护指标也高得多。研制人员开发了更为先进的填充式防护结构，而且与天宫一号采用的部分防护方案不同，中国空间站采用整体防护方案。同时，技术人员还对空间站辐射器管路等高风险部位进行了优化设计和增强防护。

此外，中国载人航天采用“滚动备份”模式。前一艘载人飞船发射时，后一艘载人飞船在发射场待命，一旦在轨飞船出现问题，待命飞船提前发射接替任务，为航天员安全上带来“双保险”。

（光明日报）