11月14日,神舟二十号航天员乘组搭乘神舟二十一号载人飞船返回舱,在东风着陆场顺利着陆。航天员陈冬、陈中瑞、王杰全部安全出舱,健康状况良好。此次返回过程中,神舟二十号飞船原定返回舱因舷窗玻璃出现细微裂纹,经评估后决定由神舟二十一号飞船执行返回任务,确保航天员安全。
看似空旷的太空,实则隐藏着大量潜在威胁。除了天然存在的微流星体,人类航天活动产生的空间碎片,也被称为“太空垃圾”,正日益成为航天安全的重要挑战。这些碎片包括失效卫星、废弃火箭末级、未完全燃烧的燃料颗粒,以及从航天器上脱落的零部件、隔热材料,甚至航天员在舱外作业时遗失的工具等。碎片之间的碰撞还会产生更多更细小的次级碎片,进一步加剧了太空环境的复杂性。
低轨道上的空间碎片受大气阻力影响,会逐渐降轨并在大气层中烧毁。然而,高轨道的碎片可能长期存留。例如,苏联1972年发射失败的“宇宙-482”金星探测器着陆舱,在地球轨道上运行了53年后才坠回大气层。这些碎片的存在,对航天器和航天员构成了潜在威胁。
空间碎片的危害主要源于其高速运动。包括航天员和航天器在内,所有物体都以接近每秒8公里的第一宇宙速度绕地球飞行,是步枪子弹速度的10倍。尽管在视频中,航天员和航天器看起来像是在慢速漂浮,但实际上它们的相对速度极高。如果两个物体的轨道交叉,碰撞的后果将极其严重,不仅可能直接摧毁航天器,还会产生更多次级碎片。
空间碎片的动能与其质量和速度的平方成正比。大型碎片可能击碎航天器外壳或控制系统,导致爆炸、解体或偏离轨道;小型碎片则可能造成撞击坑,损伤表面器件、太阳能帆板或供电线路。对于舱外作业的航天员来说,舱外航天服的防护能力较弱,即使是毫米级碎片也可能击穿防护层,危及生命。碎片对飞船返回舱防热涂层的破坏,也会给航天员返回地球带来重大风险。
为应对空间碎片的威胁,现代航天器设计从源头减少碎片产生,例如采用防爆燃料贮箱和减少外露部件。退役航天器则通过主动变轨、再入大气层销毁或转移至“墓地”轨道等方式处理。对于已存在的碎片,航天器主要根据碎片尺寸采取不同策略。针对尺寸超过10厘米的碎片,航天器会通过轨道规避来躲避,这依赖于完善的空间碎片监测预警系统,通过光学观测、图像处理和雷达技术,实时追踪碎片位置和速度。
对于难以观测的小型碎片,航天器通常无法频繁变轨躲避,只能“硬着头皮”承受撞击。长期驻人的空间站则通过加强防护结构来应对。例如,国际空间站和中国空间站采用惠普尔防护罩,由外层金属薄板、中间空隙和内层厚板组成。碎片撞击外层薄板后会粉碎,碎片在通过中间空隙时能量大幅下降,难以贯穿内层厚板,从而保护航天器内部结构。
中国空间站在防护设计上更进一步,采用复合材料填充式防护结构,结合高强度材料和能量吸收层,既减轻了重量,又提升了抗冲击性能。这种结构已应用于天和核心舱及问天、梦天实验舱,为空间站和航天员提供了可靠保护。空间站的防护并非均匀分布,而是根据各部分的关键性进行分级。例如,密封舱作为航天员生命保障核心区,防护层级最高;推进系统和供电设备次之;太阳翼等大面积部件则通过冗余设计降低风险。
航天员在轨维修也是载人航天器防护体系的重要环节。此前,神舟十七号乘组完成了中国航天首次舱外维修任务,神舟十八号、十九号乘组在安装空间站防护装置时同步开展了设备巡检。神舟二十号乘组的重要任务之一,也是继续安装空间碎片防护装置,为空间站“披甲”。此次神舟二十号返回舱的意外情况,也体现了中国载人航天严谨的安全意识和高效的应急方案。自神舟十二号任务以来,中国载人飞船发射采用“发一备一”机制,确保在任何情况下都能安全接回航天员。










