应对空间碎片难题：破解“难缠”碎片的实用指南
来源：光明日报
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2025年11月，中国载人航天工程启动第一次应急发射任务，并取得圆满成功。此次任务，源于神舟二十号飞船疑似遭到空间微小碎片的撞击，返回任务被迫按下紧急“暂停键”。
这不是空间碎片影响人类太空活动的孤例。1983年，美国“挑战者号”航天飞机与一块直径仅0.2毫米的涂料剥离物相撞，导致舷窗出现明显凹坑；2016年，国际空间站舷窗被微米级碎屑击出7毫米凹坑；2024年，国际空间站的机械臂保护层遭击穿……如此“难缠”的空间碎片究竟从何而来？我们该如何应对？
空间碎片，指的是宇宙空间中各种人造废弃物体及其衍生物，主要源自人类数十年的太空活动。其中，废弃航天器及相关部件是空间碎片最主要、最直接的来源，占比超过40%，包括退役卫星、火箭残骸和航天器解体残骸等，这些废弃的航天器，有些是因寿命终止而失效，有些则是因故障提前退役；航天活动中的操作废弃物主要包括航天器与运载火箭分离时的分离装置、航天员出舱活动时遗落的工具等物品，近些年因在轨爆炸和碰撞解体造成的次生碎片也越来越多；固体火箭喷射物以及航天器表面老化剥落碎屑等，则是微小空间碎片的主要来源，它们经年累月如沙砾般反复刮擦航天器，导致在轨航天器外观受损、功能变差，甚至出现故障。
值得注意的是，这些空间碎片在宇宙中的分布是不均匀的。根据高度不同，它们主要集中在2000公里以下的近地轨道和约3.6万公里的地球静止轨道。由于载人航天器运行在近地轨道，容易受到空间碎片的直接威胁。据统计，1980年时，尺寸大于10厘米、在近地轨道运动的较大空间碎片不足5400个，截至神舟二十一号载人飞船返回之时，这个数值已增加到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/秒的速度高速运动，成为在轨航天器防不胜防的“隐性杀手”。
这些“隐性杀手”的威力有多大？根据计算，一个10克重的空间碎片与一辆时速100公里的轻型小汽车动能接近，但其撞击效果截然不同。汽车碰撞可能持续几十到几百毫秒，是一个相对缓慢的过程，而碎片撞击是极端瞬时（微秒级别）的超高速撞击，所有能量在极短时间、极小面积上集中释放，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。
空间碎片数量如此之多，威力如此之大，在轨航天器岂非“寸步难行”？
其实，在轨航天器并非时刻受到所有空间碎片的威胁。假设地球轨道是一个巨大的多层、多车道环形立交桥，不同轨道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；同高度、同倾角的碎片和航天器，是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，破坏力较小；同高度、不同倾角的碎片和航天器，则像从不同方向的匝道汇入主路的车辆，可能发生迎头或侧向高速撞击，威胁较大。
同时，尺寸大于10厘米的大碎片可以通过监测进行躲避，有效控制其威胁程度，比如中国空间站已经针对大碎片实施过数十次规避机动；对于尺寸小于1厘米的小碎片，可通过防护设计避免灾难性后果。最大的挑战来自1～10厘米的中碎片，它们难以被监测和防护，但这些碎片撞击概率很低。
多年来，我国在空间碎片研究和防护上取得了丰富成果。在天宫一号研制过程中，我国“空间碎片行动计划”取得突破性进展，若干必要的技术手段已研发成功，并可实现工程应用，如防护设计软件、地面超高速发射设备等的应用，共同确保了天宫一号在轨安全。
与天宫一号采用部分防护方案不同，中国空间站规模更大、在轨时间更长，且需实现长期载人驻留运行，对空间碎片的防护指标提出了更高要求。为此，技术人员开发了更先进的填充式防护结构，采用整体防护方案，并在空间站辐射器管路等高风险部位进行优化设计和增强防护，为中国空间站穿上了“铁布衫”，提升抗击碎片撞击的能力。
此外，中国载人航天工程采用了“发一备一”的滚动备份模式：空间站常驻一艘神舟飞船，地面常备一套长征二号F运载火箭与一艘神舟飞船处于待命状态。一旦出现空间碎片撞击、设备故障等影响返回安全的突发情况，待命飞船可在短时间内实施应急发射，最大程度保障航天员安全。
当前，空间碎片环境日益复杂，已成为世界航天领域的共同挑战。我们应理性认识并正视这一现实，通过拓展国际合作、丰富技术手段、开展综合治理等，做好空间碎片防护，为“太空资产”构筑牢固的安全屏障。
首先，要推动国际合作，加强机制建设。自20世纪90年代起，联合国和平利用外层空间委员会即开始关注空间碎片问题，并制定了《空间碎片减缓指南》。各国应充分利用既有平台，共享碎片监测数据和预警信息，提升全球碰撞预警能力。同时，国际社会可共同建立太空交通管理系统，维护太空飞行秩序。
其次，要多线并举，加强综合治理。空间碎片问题涉及多领域、多部门、多专业，其治理能力的高低直接取决于国力强弱。我们应坚定发展中国特色空间碎片治理理念，提升我国空间碎片治理能力，从观测、减缓、防护多条路径实现空间环境综合治理，最终实现“看得全、报得快、清得掉、防得住”的目标。
最后，要加强警惕，未雨绸缪。随着商业航天公司的崛起，人类太空活动正迎来新高潮，数万颗卫星组成的巨型星座，将极大增加轨道拥挤程度和碰撞风险。未来的空间碎片治理需要技术创新、国际法规完善和商业航天监管三者并重，建立具有约束力的国际规则，确保各国和商业公司共同遵守空间碎片减缓标准，以实现空间环境的可持续利用。
（作者：闫军，系中国航天科技集团五院研究员）
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