评说空间碎片
时间：2020-12-14 20:01:26 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
谁的空间碎片最多
针对近来外国一些媒体称卫星碎片会撞到国际空间站的言论，俄罗斯航天局新闻中心主任亚历山大·沃洛皮耶夫2008年2月2日称，这是夸张说法，是为了转移公众对美国侦察卫星不久将会坠落这一事实的注意力。俄飞行管理中心不准备因此对国际空间站轨道进行矫正，该空间站正处于俄飞行管理中心弹道专家的严密监控当中，目前没必要进行任何调整。
据美国航空航天局的最新报告显示，截止到2007年10月3日，列入统计目录的在轨人造天体共有1.2351万个。在这些人造天体中，既包括仍在正常运行的人造卫星和国际空间站，也包括已经废弃的火箭助推器和其他航天器的碎片。在所有空间碎片的制造者中，俄罗斯、美国是制造数量最多的两个国家。在一万多空间碎片中，有4310个是苏联和俄罗斯送入太空的，其中1361个是卫星，其余2949个则是废弃的火箭助推器和火箭碎片。与此同时，目前仍处于正常工作状态的俄罗斯卫星数量只有大约100颗，其余的都已失效并且处于失控状态。而美国总共制造了4188个空间碎片，其中3115个为火箭助推器和各种航天器的碎片。
如此大量的空间碎片无疑对那些正常运行的航天器构成了极大的威胁，所以要加强对空间碎片的观测、跟踪和测量。对空间碎片的地基测量一般分雷达测量和光学测量两类，其中雷达测量是对低轨道上的空间碎片进行测量，而光学测量则是对高轨道上的空间碎片进行测量。美俄都有空间碎片雷达和光学望远镜探测、跟踪和分类网。他们的空间碎片目录包括了1957年第一颗人造地球卫星发射时的碎片和直径10厘米到30厘米的空间碎片。早在1995年6月，中国国家航天局就正式加入了“机构空间碎片协调委员会”，与各国共同探讨减少空间碎片的途径和办法。2005年，“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”在中科院紫金山天文台成立，为中国在空间航天领域建起了安全预警系统。
根据空间碎片尺寸的大小，国际上把空间碎片分为3类：尺寸不小于10厘米的为大碎片；尺寸介于1-10厘米之间的为小碎片；尺寸不大于1厘米的为微小碎片。据统计，目前约有3000吨空间碎片在绕地球飞奔，而其数量正以每年2％～5％的速度增加。有些空间碎片能逐渐坠落地面或在重返大气层的过程中烧毁。离地球越远，坠落地面的时间就越长。一般来说，距地面600千米以下的空间碎片会在几年之内坠落地面；而在800千米高度上的空间碎片能够停留数十年。
空间碎片主要由三部分组成。第一部分是已经退役的包括各种卫星、探测器等在内的空间飞行器，以及空间物体之间的碰撞产生的碎片等。第二部分是运载火箭的高级段。火箭的第一级和第二级在距离地球不高的地方分离，一般都能进入大气层焚毁，第三级以上的高级段，包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物，将会长期逗留在太空，成为太空垃圾。第三部分就是航天员遗落在太空的物品。由此可见，空间碎片是空间环境的主要污染源。
威胁与应对
空间碎片不仅污染空间环境，还会对航天器运行产生负面影响。空间碎片的速度约为7.5－10千米／秒，1－2毫米以上的微流星体和空间碎片的高速撞击，会给航天器造成很大的威胁。而直径1毫米微粒的高速撞击，如果正好击中卫星的易损处，就可能使该卫星出现故障或丧失功能。1996年，正在运行的法国“樱桃”军用卫星与“阿丽亚娜”火箭上面级爆炸产生的一个碎片相撞，这是第一坎有记载的两个编目在册的物体发生了自然撞击，其结果可想而知。
直径在几毫米以下的小型空间碎片，对运营中的航天器造成的损害可以分为两类：第一类是对航天器分系统表面的损害，第二类是对航天器运行的影响。空间碎片对载人航天运行的影响是明显的，在飞行过程中，为了保护航天员不受空间碎片的伤害，现已采用了多种操作程序。例如，航天飞机往往采取定向飞行，机尾指向速度矢量方向，这是为了保护航天员和轨道器的敏感设备不会受到小型空间碎片的伤害。
目前，对付空间碎片最重要的方法是尽量减少空间碎片的增加，一是减少与飞行任务有关的物体；二是防止航天器在轨解体；三是调整失效的航天器轨道，使其离轨；四是经常监测在轨出现故障的航天器，因为它们可能导致大量碎片的产生。
目前，在地球轨道上发生意外碰撞的概率很小，但随着卫星数量和尺寸的增加，碰撞的概率也日益增加。对于即将失效的低轨道航天器，为了减小碰撞概率，可使其离轨或将其置于减少轨道寿命的轨道上，比如通过再入机动和将航天器转移到较低的轨道上。对于即将失效的高轨道航天器，如地球静止轨道通信卫星，可把它机动到地球静止轨道上方的无用轨道，其目的一是因为地球静止轨道是非常宝贵的资源，很适合通信卫星运行，但在地球上空只有一条，最多能运行200多颗通信卫星，现已“星满为患”，所以必须让废旧的通信卫星“腾地”；二是废旧的通信卫星已成为空间碎片，所以必须把它存放到一个安全位置，使它不要威胁其余的航天器。
在当前已经存在许多空间碎片的情况下，也有多种航天器的防护方式。比如，调整易损组件的位置和采用屏蔽防护法；另外，注意选择轨道区，进行碰撞规避。
所有航天器都可采取屏蔽防护结构来防护0.1-1厘米的微粒碎片，但对于1-10厘米的碎片，要通过特殊设计来实现，如采用冗余设计、隔离易碎结构和压力容器。对大于10厘米的碎片不能采用物理防护，只能进行碰撞规避。屏蔽防护结构类似装甲或防弹衣，可把缓冲防护层装在航天器舱壁的前面，也能采用金属、陶瓷和聚合物纤维的复合层防护结构。所采用的这些材料往往强度高很结实，而单位重量又不大。对于无人航天器，可通过使用增强的多层绝缘材料，把燃料管路、电缆和敏感件安装在航天器内，以防护1毫米以下小型空间碎片和微流星体的侵袭。
载人航天器的保护难度较大，因为其个头大，又载人。对这类航天器的防护，可以使用屏蔽防护和在轨修复穿透性损坏的措施。国际空间站采用了200多种不同的空间碎片和微流星体防护层。近年，航天员已多次通过太空行走在国际空间站外安装了数个铝制遮蔽罩。每个遮蔽罩重9千克，0.6米宽、0.9米长，使国际空间站被空间碎片撞毁的风险从9％降至5％。还可以在载人航天器上安装自动探测系统，以确定被损坏的位置。进行太空行走的航天员主要靠航天服来防护，当然，最好不要在有碎片的区域出舱。
对于10厘米以上的碎片，由于重量和体积所限，防护这样的碎片是不现实的。在已知精确轨道参数的情况下，只能够采用轨道机动的方法进行碰撞规避，其前提是提高对空间碎片的观测、跟踪和测量能力，以提供空间碎片更精确的轨道参数。美国和俄罗斯空间监视网的空间监视
