太空垃圾电脑合成图片

神舟十九号乘组已于2024年十月30日进入空间站。他们此行的要紧任务之一就是继续通过太空行走在舱外安装空间站碎片防护装置。此前的神舟十八号乘组曾在空间站舱外安装过空间碎片防护装置。

空间碎片也叫太空垃圾，它是指在地球轨道上运行的各种人造物体的碎片，现在太空垃圾不断增多的问题正日益恶化，在以后还会变得愈加紧急。

太空垃圾越多，就越容易发生相互碰撞，从而形成更多的碎片，甚至大概出现多米诺骨牌现象。因此，它们会对在轨运行的航天器产生了愈加大的害处，包含威胁到航天员的生命安全。

01 太空垃圾的源头

伴随航天技术的广泛应用，航天器的发射数目愈加多，太空垃圾也相应增加了很多。比如，2024年十月19日，国际通信卫星-33E在地球静止轨道上发生了意料之外的解体事件，使地球同步轨道地区至少新增了500块碎片。

据统计，现在约有至少3000吨以上的太空垃圾在绕地球飞奔，而且数目正以每年2%～5%的速度增加。其产生主要来自三个部分：

第一部分来自已经退役的各种人造地球卫星等人造物体，与人造物体之间、自然天体与人造物体之间碰撞产生的碎块等。

第二部分来自运载火箭的末级。

第三部分来自航天员在太空活动时产生且并被扔到太空中的垃圾与在太空行走时不慎遗落在太空的物品（如螺母、工具）。

其中，人造物体相撞所产生的破坏力还与相撞时的角度有关。比如，2009年2月十日，俄罗斯2251号卫星与美国铱星33号卫星就曾以11.64千米/秒的相对速度碰撞，产生了2201个可以被监测编目的太空垃圾。

美俄卫星相撞的轨道交叉示意图

依据太空垃圾尺寸的大小，国际上把太空垃圾一般分为三类：

①尺寸大于10厘米的为大碎片，目前大概有几万块，它们可被监测到；②尺寸介于1～10厘米之间的为小碎片，现大概有10多万块；③尺寸介于1毫米～1厘米之间的为微小碎片，现大概有几十万块。尺寸不大于1毫米的碎片目前大概有几亿块。

从空间分布来看，在中低轨道运行的航天器与大碎片密度平均每立方千米有10个左右。因为它们的速度极快，而破坏力与速度的平方成正比，即一个仅10克重的太空碎片的太空撞击能量，不亚于一辆以每小时100千米速度行驶的小汽车所产生的撞击能量，所以它所导致的事件是一种“低概率、高风险”事件。

低轨道上的太空垃圾在大方阻力的影响下会渐渐陨落，从而重返大方层烧毁。假如太空垃圾的轨道非常高，就会存留很久。通常来讲，距地300千米的太空飞行物寿命约为一年，600千米可飞行几十年，1000千米以上的可飞行几百年，4000千米以上的可飞行上千年，再高的碎片几乎会一直在太空中。

02太空垃圾有非常大的害处

太空垃圾对航天器正常运行的影响主要由航天器的在轨时间、被保护的面积、轨道高度和轨道倾角等原因决定，其中前三个原因是最主要的。

低轨道太空垃圾的飞行速度约为7.9千米/秒，假如撞击到航天器表面，轻者会留下凹坑，重者会穿透航天器导致部分系统功能失效，甚至会产生灾难性的后果，包含威胁到在舱外活动的航天员。

极小的太空垃圾因为数目多，所以会改变航天器的表面性能；稍大的太空垃圾能损毁航天器表面材料，导致撞击坑，损伤表面器件；大的太空垃圾与航天器碰撞时，可使航天器的姿态发生变化，甚至改变航天器的轨道；超高速撞击的太空垃圾会使自己及被撞击的航天器表面材料气化为等离子体云，致使航天器失效；当太空垃圾的能量足够大时，能穿透航天器表面，打坏置于航天器内部的控制系统或有效载荷，使航天器发生爆炸或打散整个结构。

另外，当太空垃圾再入大方层时，假如没被完全烧毁，还会对地面的生命财产安全构成紧急的威胁，特别是以核能为动力的航天器陨落时后果特别紧急。

譬如，在20世纪70～80年代，苏联核动力卫星就曾因失去控制坠毁在加拿大，从而产生巨大恐慌。美国“天空实验室”空间站也曾因失去控制坠毁砸坏地面居民的房屋。太空垃圾太多还会严重干扰空间天文观测，碎片撞到空间望远镜时会使镜体遭到损毁。

遭太空垃圾撞击的航天飞机窗户

因为沙粒大小的太空垃圾所产生的冲击与每小时160千米的保龄球相当，所以直径在几毫米以下的小的太空垃圾就能对运营中的航天器导致损毁。这种损害分为两类，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。譬如，美国航天飞机的窗户就曾遭受太空垃圾的撞击。

太空垃圾已给“国际空间站”导致重创。比如，2016年，直径几微米的金属碎屑在“国际空间站”舷窗留下了直径7毫米的撞击坑。2021年，一块不在监控范围内的碎片击中“国际空间站”的加拿大机械臂-2，使其外表保护层被撕裂，留下了一个直径近10毫米的穿孔。2022年，停靠在“国际空间站”的俄罗斯网盟号飞船外壳出现一个0.8毫米的小孔，致使44公斤冷却剂泄漏。

为此，现在“国际空间站”有一套避撞程序，当有关设施监测到有太空飞行物接近空间站并大概发生碰撞时，这一程序就会指示空间站启动发动机改变运行轨道，躲避碰撞。假如“国际空间站”来不及调整轨道，那样为了安全起见，航天员就要躲进飞船，以便随时逃生。

载人航天，人命关天。为了保障空间站航天员的安全，国内也采取了相应手段。在十月29日举行的神十九媒体发布会上，中国载人航天工程新闻发言人林西强就表示，针对空间碎片撞击空间站可能导致泄露等威胁，不断优化应对处置策略，与空间站运行初期相比，航天员可用于应对处置的时间提升了5倍，空间站与航天员的安全性大幅提高。

03怎么样处置废旧的航天器

人造地球卫星、空间站等航天器在寿终正寝或中途夭折后，就变成了太空垃圾。它大概影响其它在轨正常运行的航天器，所以妥善处置废旧航天器非常重要。

对于废旧的航天器处置的方法有多种，要视具体状况而定，由于废旧的航天器分可控和不可控2大类，而且即便是处置可控的废旧航天器，也要依据轨道高低、航天器大小等使用不同方法。

当在地球静止轨道运行的卫星出现问题或寿命到期时，一般是通过遥控卫星上的发动机进行变轨，使卫星飞到更高的无用轨道，其目的之一是由于地球静止轨道很宝贵，且现在已星满为患，所以需要让废旧的通信卫星“腾地”；之二是废旧的地球静止轨道卫星已成为太空垃圾，因此需要把它存放到一个安全地方，使它不要威胁其它的地球静止轨道卫星。

对于中轨道上的废弃大型卫星也是这样。但遥控废弃卫星变轨的首要条件条件是卫星可以受控，并有多余的燃料。

美国太空探索技术公司号称其低轨“星链”卫星都装备了电推进系统，在寿命到期后能主动减少轨道以更快地再入大方层，满足25年内再入大方层的规定。不过2019年9月2日，曾出现欧洲航天局的“风神”卫星为防止与一颗“星链”卫星相撞，而推行了一次机动避障的危险事件。

当在低轨道运行的小型航天器报废时，一般不需要管它们，由于受残余大方等影响，小型航天器会不断减少轨道，最后再人大方层是被烧毁。

当在低轨道运行的大型航天器报废时，最好处置方法是通过地面遥控使它坠毁在无人区，由于它在再入大方层时不容易完全烧毁。比如，世界最重的卫星——美国“康普顿”γ射线望远镜（17吨）和上百吨的俄罗斯和平号空间站在寿命结束之后，都是通过人工控制坠毁到南太平洋一个被称之为“航天器坟场”的地方。国内“天舟”系列、俄罗斯“进步”系列等货运飞船等在完成任务后，也都是这样处置。

北京时间2024年11月17日21时25分，天舟七号货运飞船受控再入大方层。飞船的绝大多数器件在再入大方层过程中烧蚀销毁，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

对于在低轨道运行且失去控制的大型航天器，现在还没成功的经验。现有几种策略：

一是用类似航天飞机的大型天地往返运输器在轨收购，但本钱太高，现在极少使用，而且航天飞机已退役。二是用反卫星武器把大型航天器打碎，以便再入大方层时烧毁，但因为打碎将来假如没再入大方层，就容易形成很多太空垃圾，所以此策略争议非常大。三是通过精准跟踪来确定大型航天器的坠落地区，以便提前疏散有关职员。

全国空间探测首席科学传播专家

责编：董小娴

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