阻碍宇航员回家的“太空碎片”危害有多大？

据中国载人航天工程办公室介绍，神舟二十号载人飞船疑似遭受小型空间碎片撞击，影响评估和风险评估正在进行中。为确保航天员健康安全和任务圆满成功，经研究决定，原定于11月5日实施的神舟二十号返回任务延期。延误宇航员回家的“罪魁祸首”——太空碎片。它们从哪里来，危害有多大，有什么方法可以避免和处理？国家空间探测技术公司首席科学传播专家庞志浩向每日科技记者介绍。问题一：太空碎片从何而来？空间碎片是人类太空活动直接或间接产生的。庞之浩介绍，废弃的航天器及相关部件是太空最主要、最直接的来源碎片，占40%以上，包括退役卫星、火箭碎片、航天器解体碎片等。二是太空活动运营产生的废物。这些碎片大部分是在太空任务期间有意或无意丢弃的物品。它们体积虽小，但数量巨大。包括：功能性废弃物品，如卫星分离时的固定螺栓、火箭防护罩、宇航员出舱活动时留下的工具等；微脱落物体，如航天器表面涂层碎片、太阳能电池板小碎片、发动机燃烧产生的残渣等堆积和掉落。航天器碰撞、爆炸产生的另一类ISG碎片，是碎片数量增加的主要原因。历史上，卫星与碎片、卫星与卫星之间曾发生过主动碰撞，导致连锁反应。碰撞产生的新碎片离子或爆炸会不断撞击其他航天器，形成“碎片雪崩”，导致轨道碎片的密度呈指数级增加。第二个问题：太空碎片的危害有多大？不要低估太空碎片的力量。庞之浩表示，即使是直径小于1厘米的微小空间碎片，也会对高速运载的大动能航天器造成致命伤害。他介绍，庞然大物中空间残骸的移动速度一般为每秒7至10公里，这样的高速撞击能够产生严重的破坏作用。毫米级碎片会划伤航天器舷窗和太阳翼，导致透光率降低或供电效率受损；厘米级破片可直接击穿航天器外壳，击穿油箱、管道等关键部件，造成泄漏或爆炸。即使没有完全穿透，也会产生冲击波撞击会损坏内部精密仪器并导致导航、通信和其他系统发生故障。当近地轨道碎片的密度达到临界值时，碎片撞击产生的新碎片将引发更多的撞击，形成“多米诺骨牌效应”，最终在轨道上形成“残云”，完全阻碍人类进入太空或使用卫星，对太空活动造成长期灾难性影响。对于在太空中行走的宇航员来说，他们对太空碎片几乎没有任何保护。即使是直径0.1毫米的超细碎片也能穿透宇航服的保护层，对宇航员造成伤害。即使是在飞船内部，如果飞船被碎片击中失去压力，舱内宇航员的生命也会受到直接威胁。问题3：目前有哪些技术可以应对空间碎片撞击风险？人类一直在探索解决问题的方法第 i 个空间碎片。庞之浩表示，目前太空碎片撞击风险预测主要依靠监测模型和数据分析模型，风险处置则采取主动预防、被动防护、碎片清除相结合的方式。预测空间碎片撞击风险的方法主要有两类。一是光学观测技术，利用望远镜和相机捕捉碎片反射的阳光，适合探测高轨道的碎片；高精度光学系统结合图像处理技术，可以识别直径超过10微米的细小碎片。通过多站联合观测，可以综合分析碎片轨迹，减少轨道不确定性，提高预警精度。第一个是雷达跟踪技术，它通过发射电磁波和接收反射信号来检测空间碎片的位置和速度。这项技术ogy具有全天候、远距离探测能力。高分辨率雷达系统可以提供厘米级的探测精度，有效区分各种尺寸的碎片。例如，美国太空跟踪网络可以探测到直径大于10厘米的碎片。近年来，出现了一些新技术。例如，激光雷达技术可以提供高时间分辨率并实时更新碎片的位置。结合自适应光学技术，还可以克服大气干扰，提高夜间或复杂气象条件下的探测性能；多传感器融合技术可以将雷达、光学和激光雷达数据结合起来，形成互补的监测网络。通过数据融合，组合算法消除了单个传感器的局限性，提高了遗体识别和跟踪的准确性。还支持三维空间重构，生成碎片实时分布图，为碰撞风险评估提供直观依据。碰撞概率分析技术可以与轨道误差模型相结合，在预警判定的基础上合理设置概率阈值，降低误报率，提高航天器避障效率。应对空间碎片撞击风险的技术也有多种。庞志浩表示，对于尺寸超过10厘米的较大空间碎片，航天器往往会主动实施避轨。面对难以观测的微小空间碎片，航天器主要采用被动防护方式。科学家们不断探索激光烧蚀、太空拖网、机械臂捕获、离子束偏转、电磁吸附清除等碎片清除技术。此外，现代航天器在设计上充分贯彻了空间碎片防治的理念，利用爆炸物防离子燃料箱和减少裸露部件，从源头减少空间碎片的产生。