中國載人航天工程辦公室宣布,神舟二十號載人飛船疑似遭到空間微小碎片撞擊,正在進行影響分析和風險評估。為確保航天員的生命安全和任務(wù)的圓滿成功,原定于11月5日實施的返回任務(wù)將推遲進行。
空間碎片是導致此次延誤的主要原因。這些碎片主要來源于人類航天活動。廢棄的航天器及相關(guān)部件是空間碎片的主要來源,占比超過40%,包括退役衛(wèi)星、火箭殘骸和航天器解體后的殘骸。此外,航天活動中丟棄的操作廢棄物也是空間碎片的重要來源,如衛(wèi)星分離時的固定螺栓、火箭保護罩以及宇航員出艙活動時遺落的工具等。另一類重要來源是航天器碰撞與爆炸產(chǎn)生的次生碎片,這類碎片數(shù)量不斷增加,可能導致“碎片雪崩”,使軌道上的碎片密度呈指數(shù)級增長。
空間碎片的威力不容小覷。即使是直徑小于1厘米的微小碎片,憑借其高速度帶來的巨大動能,也能對航天器造成致命損傷??臻g碎片的運動速度普遍在每秒7至10公里之間,這種高速撞擊會產(chǎn)生極端破壞效果。毫米級碎片會劃傷航天器舷窗和太陽翼,導致透光率下降或供電效率受損;厘米級碎片則可能穿透航天器外殼,擊穿燃料箱和管線等關(guān)鍵部件,引發(fā)泄漏或爆炸。即使未完全穿透,撞擊產(chǎn)生的沖擊波也可能震壞內(nèi)部精密儀器,導致導航和通信系統(tǒng)失靈。當?shù)偷厍蜍壍浪槠芏冗_到臨界值時,一次碎片撞擊產(chǎn)生的新碎片會引發(fā)更多撞擊,形成“多米諾骨牌效應(yīng)”,最終可能在軌道上形成一層“碎片云”,徹底阻斷人類進入太空或使用衛(wèi)星的通道,對太空活動造成長期災(zāi)難性影響。對于在太空行走的航天員來說,他們對空間碎片幾乎沒有防護能力,哪怕是直徑0.1毫米的超細碎片,也可能穿透航天服的防護層,造成航天員受傷。即便置身于航天器內(nèi),如果航天器被碎片撞擊失壓,艙內(nèi)航天員的生命安全也將直接受到威脅。
目前,應(yīng)對空間碎片撞擊風險的技術(shù)主要包括監(jiān)測技術(shù)和處理技術(shù)。預(yù)報空間碎片撞擊風險的技術(shù)主要有光學觀測和雷達監(jiān)測。光學觀測技術(shù)利用望遠鏡和相機捕捉碎片反射的太陽光,適用于高軌道碎片的探測。高精度光學系統(tǒng)結(jié)合圖像處理技術(shù),可分辨直徑10微米以上的微小碎片,通過多站聯(lián)合觀測,能綜合分析碎片軌跡,減少軌道不確定性,提升預(yù)警準確性。雷達監(jiān)測技術(shù)通過發(fā)射電磁波并接收反射信號,探測空間碎片的位置和速度,具有全天候、遠距離探測能力。高分辨率雷達系統(tǒng)可提供厘米級探測精度,有效識別不同尺寸的碎片。近年來,激光雷達技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)和碰撞概率分析技術(shù)等新技術(shù)不斷出現(xiàn),進一步提高了碎片監(jiān)測和預(yù)警的準確性。
處理空間碎片撞擊風險的技術(shù)也多種多樣。對于尺寸超過10厘米的較大空間碎片,航天器傾向于主動實施軌道規(guī)避。面對難以觀測的小型、微型空間碎片,航天器主要采用被動防護手段??茖W家也在探索激光燒蝕、太空拖網(wǎng)、機械臂捕獲、離子束偏轉(zhuǎn)和電磁吸附清除等碎片清除技術(shù)?,F(xiàn)代航天器在設(shè)計上也充分考慮了空間碎片防控理念,采用防爆燃料貯箱和減少外露部件,從源頭上減少空間碎片的產(chǎn)生。