击水中流：载人空间站针对空间碎片的规划

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历史上和今日的载人空间站，都运转在近地轨迹。这里是大多数人类航天器与有用载荷作业的当地，但轨迹上可见的物体中大约70%为空间碎片。空间碎片与高真空、极点温度、国际射线等要素一同，构成了载人航天器的空间环境。

前期的载人航天器规划要点在于战胜真空和凹凸温，取得人所需的大气环境——包含合适的温度、湿度和大气成分，因而主结构都规划为相似压力容器的“罐子”即密封舱，舱内靠温湿度操控和生命确保设备营建一个满意载人条件的小环境。这个金属罐子一同也具有了必定的屏蔽空间辐射环境和带电粒子的才干。为了均衡技能难度和研发本钱，对空间环境习惯性强的设备设备装备到密封舱外，按功用和作业需求集成为相似人工卫星的非密封舱段，与密封舱一同组成无缺的载人航天器。

跟着人类航天活动愈加频频，空间碎片问题凸显。近年来，卫星不乏被空间碎片击中受损、失效乃至崩溃的事例，中外载人空间站在自动躲避碎片的状况下依然发生过被击中的状况。

国际社会拟定了相应准则，敦促各国在航天器规划、发射和运转中采纳办法，削减空间碎片的发生。一些航天团队提出了机械臂抓取、飞网捕获、激光推移、离子束推办法等移除空间碎片的计划，但这些技能都处于概念阶段，大规划运用为时尚早。空间碎片依然是载人航天器重要设备、尤其是密封舱面临的首要损坏性要挟，磕碰几乎是不行防止的。

作为确保载人安全性的重要方面，空间站针对空间碎片要挟进行了专门规划。这些规划掩盖资料、部件、体系和任务层面，承载了航天器与空间环境相互效果的载人航天工程体系理念。这些规划为空间站供给了有用应对碎片的盾牌与规则，并将进一步发掘空间站自动作为、下降碎片碰击危险的潜力。

击水中流不畏其险，由于咱们不只需探究国际的勇气，更有寻觅、把握与运用空间规则的才智。

地球不同轨迹上的空间碎片态势（图源：Pablo Carlos Budassi/维基百科）

空间站面临的空间碎片环境

1、人为要素对空间环境的影响

人类前期太空活动需求防范的碰击，首要来自国际天体天然构成的细微流星。关于宽广的地球轨迹空间而言，流星体的数量密度并不大而其时的航天器数量很少，流星体击中在轨运转航天器的或许性很小。并且，绝大多数流星体都是迅疾地“擦肩而过”，很少会有被地球引力抓获而长时刻停留在地球轨迹上的状况。因而，航天器被天然流星体击中的概率底子可疏忽。

今日，对航天器构成碰击要挟的首要是人工天体构成的空间碎片。有资料标明，跟着人工物体入轨数量的添加以及碎片本身崩溃与相互磕碰破碎，地球轨迹上人类制作的空间碎片从1960年代末的数百片现已激增到现在的上亿个。依据欧洲航天局空间碎片办公室（ESA's Space Debris Office）2023年供给的预算数据，地球轨迹上规范在10cm以上空间碎片约有36500个,1～10cm之间的约100万个,1mm～1cm之间的约1.3亿个。在评论磕碰及其影响时，微流星和轨迹碎片（micro-meteoroid & orbital debris/MMOD)能够被归为一类，统称为空间碎片。

北美防空司令部(NORAD)自1957年苏联发射第一颗人工卫星普特尼克一号（Sputnik 1）起开端对空间方针进行编号和盯梢。ESA所属空间碎片办公室（Space Debris Office）揭露的资料标明，2021年美国空间监督网（Space Surveillance Networks）坚持盯梢、编意图在轨碎片约28600个。

此外，卫星特别是细微卫星的增多和大型、巨型星座的制作运转，导致许多机动才干有限且相互之间彻底“生疏”的卫星构成了又一类磕碰危险源，相同发生与“空间碎片”等效乃至更为严峻的影响。

空间碎片激增（图源：JagranJosh/NASA）

从来历上分，载人航天器在300~500km高度的运转轨迹上面临的碎片要挟包含以下几类：

（1）失效卫星和航天器残骸

失效卫星、火箭末级和磕碰或爆破构成的星箭残骸，是实在意义上的“碎片”。这类不受控的碎片形态万千、姿势紊乱，即使观测到了也很难、或者说不或许准确猜测其飞翔轨迹，只能取得有必定差错量的预估数值。

在300~500km高度，大气对航天器发生的阻力是可观的，例如空间站每隔2~3个月需求进行轨迹坚持机动，才干一直坚持在必定高度。这些无控的碎片受大气阻力影响，轨迹高度在全体趋势上会逐渐衰减。但也因如此，更高轨迹的碎片也会逐渐降轨到构成更大要挟的高度层。

碎片还会因意外事情忽然发生和增多，比方在轨卫星崩溃。最近的此类事情发生在本年6月26日，一颗现已退役的俄罗斯卫星在轨崩溃，地上观测到它忽然发生了100多块碎片。国际空间站上的9名航天员按避险程序紧迫撤离到飞船中躲避了约一个小时，磕碰警报免除后才回到空间站康复正常起居和作业。

碎片碰击本身也是许多新碎片发生的原因。2009年2月，已退役作废14年的国际2251卫星和在役的铱星33相撞。这一国际上首起两颗在轨卫星发生磕碰的事情导致两颗卫星全毁，发生的新碎片超越2200枚。美国科学家唐纳德‧J‧凯斯勒（Donald J. Kessler）1978年提出的“凯斯勒效应”（Kessler Syndrome）即在轨物体磕碰引发的连锁效应成为实践，好像已并不悠远。

国际2251卫星和铱星33碰击事情碎片剖析效果图（图源：JagranJosh）

（2）非协作联系的在役航天器

相互不知道、无协作联系的在役卫星，也或许成为相互的“空间碎片”。

近年来细微卫星入轨数量激增，尤其是运用电推动作为动力的小卫星自动变轨、敏捷机动的才干对错常有限的。有些实验性的立方星乃至彻底没有变轨才干，在其时刻短的实验周期结束后即构成无控的太空废物。

更重要的是，空间站和卫星之间、卫星与卫星之间，相互是不知晓对方的。并且这些航天器的操控权分属不同国家不同部分，待地上监控发现磕碰危险，还需经过各种调和手续乃至交际途径，才干让各自的操控中心相互合作，拟定调和的躲避计划（比方两边都机动或一方动另一方不动）并施行躲避。

天上卫星的运转不会等候地上绵长的调和进程。2019年，一颗法国卫星与一颗星链卫星有相撞危险，调和未果，法国卫星终究自动躲避。也有调和成功的事例：2021年3 月 30 日，一颗星链卫星和一颗OneWeb卫星运转挨近，经两家公司洽谈抵达共同，由OneWeb卫星施行机动，成功躲避。

“新航天”催生了大规划卫星星座的布置，星座卫星数量从铱星的数十到OneWeb的数千、直至星链的数万。全球首要大型星座计划布置的卫星数量，乃至超越了现在的空间碎片编目数量。

星链在轨卫星已超越6000颗（图源：satellitemap.space）

（3）载人飞翔器本身的直接“奉献”

人的活动直接影响环境，这种影响伴随人的脚印进入了太空。

由于操作失误，航天员将一些物品遗落在了太空中。1965年6月3日，美国第一次（也是国际第2次）出舱活动中，双子星4号航天员爱德华·怀特（Edward White）刚开舱门就坠落了一只备用手套。2008 年和2017年，国际空间站都有过航天员在舱外作业中丢失东西的状况。最近报导的一次发生在2023年11 月 2 日，NASA航天员茉莉・莫格贝利（Jasmin Moghbeli）和洛拉尔・奥哈拉（Loral O’Hara）在进行舱外修理时不小心让一个东西包漂到了太空中。

一些抛弃设备被有意丢掉在轨迹上。前期的太空飞翔好像没有环保概念，究竟那时的太空是真的空阔。1966年7月20日双子星10号第2次出舱活动和1966年11月14日双子星12号第3次出舱活动中，航天员都曾丢掉抛弃设备。

跟着航天活动的打开，出于技能难度考虑，一些空间活动发生的抛弃物没有靠飞翔器收回，而是受控丢掉。1979年8月15日，礼炮6号的苏联航天员弗拉基米尔·利亚霍夫（Vladimir Lyakhov）和瓦列里·柳明（Valeri Ryumin）的出舱任务是丢掉KRT-10射电望远镜蝶形天线。1984年5月19日，礼炮7号航天员列奥尼德·齐兹米（Leonid Kizim）和弗拉基米尔・索洛维约夫（Vladimir Solovyov）在替换了空间站太阳电池阵后，将新太阳阵的包装箱和旧太阳阵都扔到了轨迹上，并专门挑选开释方向以操控丢掉物的轨迹，防止与空间站相撞。最近引起重视的在太空有意扔废物事情发生在2021年3月，国际空间站上2.9吨重的旧电池及其托盘被丢掉。这个庞然大物却是没有伤害到在轨飞翔器，但它再入大气层后剩下的一枚重约1kg的金属块本年3月8日撞穿了美国佛罗里达州一所房子的房顶和两层楼。

还有些特别的人工物体被有意开释。2006年11月，俄罗斯航天员米哈伊尔•秋林（Mikhail Tyurin）为了履行俄罗斯航天局的广告项目，在国际空间站外打出一杆太空高尔夫球。这个特制的高尔夫球内部设备了定位体系以便地上观测盯梢，就像是一颗微型卫星。这是最简略的“环保办法”，即设法让人工天体“可见”，使其至少可被盯梢监督，而不是成为看不见的危险源。对1U立方星的运用约束和要求也是出于这种考虑。

2023年11月2日国际空间站出舱活动中坠落的东西包（图源：NASA/JSC）

2、空间碎片对载人空间站的影响

2013年的好莱坞电影《地心引力》以空间碎片撞毁国际空间站的场景最初，上一年上映的俄罗斯电影《应战》也设置了航天员因空间碎片受伤、需求地上派医师上天的故事布景。

实践上，空间碎片突击空间站构成的损害现已实在发生在各国载人飞翔任务中，其危险程度并不亚于文艺作品。

（1）作为“碎片灵敏型”的空间站

比较无人航天器，载人空间站更“怕”空间碎片。

——空间站面临的空间碎片环境

空间站的轨迹高度一般在350km~450km之间。

在星链这样的巨型星座布置之前，地上可观测编意图空间方针（绝大多数是空间碎片）有大约3/4散布在300km~1600km的轨迹规划。300km以下大气阻力大，碎片会敏捷坠落；1600km以上则行将进入并非卫星常用轨迹的范艾伦辐射带（Van Allen radiation belts），天然也不会发生太多碎片。再高的碎片集中区便是半地球同步轨迹的20000km和地球同步轨迹的36000km邻近了。

SpaceX星链的入轨计划是先用火箭将卫星送到300km邻近高度轨迹，完结测验、承认健康后再经过电推动抬升轨迹，终究进入约550km的作业轨迹。这样，那些未能经过测验、尤其是推动体系发生毛病的卫星，很快就会因大气阻力构成轨迹衰减，再入大气层焚毁。对一切太空探究者来说，失效卫星不会停留太空成为空间碎片；而对太空探究者公司SpaceX而言，失效卫星的坠落为健康卫星腾出了名贵的轨迹资源，不影响组网。

空间站之所以挑选350km~450km的轨迹高度，是由于载人飞翔要尽量避开南大西洋上空的辐射带，不宜过高；为便利地上测控和回来，又期望轨迹具有必定的回归特性。这个高度正好坐落碎片密布区间的下缘，尽管密度不是最大，但大部分天然衰减的碎片会经过空间站的作业区间，而星链卫星向上爬高也会穿过这一规划。因而，空间站面临的空间碎片环境是很杂乱的。

——空间站本身结构的“脆弱性”

空间站在体量规划上远大于一般卫星，外表积大，飞翔时刻长，被碎片碰击的概率也更大。

并且，大多数无人飞翔器在恣意方向投影面积上的要害设备/要害部位仅仅若干部分区域，而载人空间站的主体结构为密封舱，整个投影面积都是危险区，任何一个点的走漏都将带来大局性的危险。加之密封舱被打穿这样的损害很难修正，被逼抛弃或阻隔受损舱段的价值都对错常昂扬的。因而，空间站密封舱在碎片碰击这类要挟面前呈现出特有的“脆弱性”。

——载人飞翔的安全要求

卫星和无人飞翔器若有毛病或损害，能够采纳降级运用等办法持续任务。但关于空间站，一旦存在触及航天员安全性的危险，成果是不行承受的，处置是不容权衡的。

特别是在出舱活动中，航天员的仅有维护手法即航天服，但资料显现速度10km/s、规范0.5mm的碎片即可穿透规范航天服。再加上泄复压安全性、太空辐射等对人体的影响，出舱活动尽管技能老练，仍被各航天国家界说为高危险任务：高度重视空间碎片，且非必要不出舱。

（2）被碎片碰击过的载人航天器

自航天飞机年代始，空间碎片对载人飞翔的影响直接可见。回来地上的航天飞机外表多有被碎片击中的痕迹。

应战者号STS-7任务中舷窗被碎片击中（左）和猛进号STS-118中散热器被碎片击中（右）（图源：NASA）

近年来国际空间站发布了许多被碎片碰击的状况，从重要设备到载人飞船都有被击伤乃至打坏失效的状况。

2016年，一枚小金属片在穹顶舱窗户上留下了直径约7mm的裂缝。

国际空间站穹顶舱窗户遭空间碎片碰击（图源：NASA）

2021年5月12日的例行查看中，加拿大2机械臂的臂杆被发现一处损害。所幸空间碎片未击中要害，仅仅打穿了结构外壳，不影响机械臂功用。

国际空间站机械臂遭空间碎片碰击（图源：NASA/加拿大航天局）

停靠在国际空间站的两艘俄罗斯飞船疑似先后两次被碎片击中，直接导致整船重要功用功用丢失，成果比机械臂严峻得多。

2022年12月14日，联盟MS-22载人飞船热控流体回路走漏，散热才干失效，飞船失掉载人回来才干，后不得不发射一艘新飞船将航天员接回。俄罗斯航天局剖析以为是碎片碰击导致，这一判别也得到NASA认可。2023年2月11日，前进MS-21货运飞船也被发现冷却剂走漏。这次事情尚无清晰依据标明是碎片碰击所构成的，但其发生时刻间隔联盟MS-22受损不到两个月且现象相似，新闻报导总是将两次事端联络在一同，不扫除碎片嫌疑。

联盟MS-22飞船冷却液走漏（图源：NASA TV）

联盟MS-22飞船损害痕迹（图源：Roscosmos）

空间站应对碎片的战略

空间碎片碰击能量大，飞翔器若硬抗需求十分“健壮”的结构，价值不菲。而大多数空间碎片只需能够观测，其运转规则即可循。因而，空间站对碎片要挟采纳躲防结合的对策：对可观测、盯梢并预告的碎片，尽或许提早变轨躲避；一同加强本身防护办法，对不行观测的碎片具有必定的防护才干。

躲避。以其时的技能才干，特征规范≥10cm的碎片能够被地上观测、编目并预告飞翔轨迹。结合空间站飞翔轨迹及轨控计划，能够提早预警碎片与空间站的交会危险。空间站变轨机动，躲开来袭碎片。

防护。空间站经过体系规划和防护结构的装备，能够抵挡约1cm规范或更小碎片的直接碰击，不会发生灾祸性成果。首要航天国家这方面才干恰当。依据NASA规范，国际空间站的防护结构要求能够饱尝住1.3cm铝制球体以7km/s速度且垂直于外表的碰击。

应急。关于无法观测又防不住的碎片，空间站要有一系列的专门规划应对损坏性碰击，包含感知碰击、要点设备冗余和备份、体系降级进入安全方式、航天员参加定位密封舱漏点并堵漏、航天员紧迫撤离和过后康复受损设备、舱体等。

1、可见可测的碎片——躲避

（1）磕碰预警和断定办法

规范较大、可观测的碎片，大多外形不规则且姿势失控，对其进行轨迹测定和外推存在较大差错，外推时刻越长差错越大。进行碎片碰击预警时有必要考虑这些差错要素，预判尽或许准确防止动辄虚警，还要尽或许早地得到满意精度的断定，给空间站履行变轨躲避留足时刻，因而断定办法需简略便利。工程上常用的办法有两种：

1）Box区域断定：碎片的测轨、定轨和轨迹预告都存在差错，依据差错巨细挑选恰当规范的Box区域作为断定依据。详细地说，便是在空间站周围界说一大一小两个长方体空间，大的作为预警区域，小的作为躲避区域。当预告成果标明碎片将进入预警区域时，宣告警报，空间站进行变轨预备，地上亲近盯梢该碎片并依据新测定的数据持续外推碎片轨迹。后续预告假如标明碎片不再进入预警区域，则警报免除；若在预期交会时刻满意近（例如空间站施行一次变轨所需时刻）时预告成果显现碎片仍将进入磕碰区域，则决议计划空间站变轨躲避。

2）磕碰概率断定：将测、定轨和预告差错按概率界说，则能够得到磕碰发生概率。Box区域法只以交会间隔作为判据，而磕碰概率剖析包含了轨迹相对联系、定位和预告差错模型的要素，对Box区域判别构成有利的弥补。在挑选恰当概率阈值的状况下，能够进行归纳判别。

特别注意的是，躲避计划需求确保空间站施行轨迹机动后，在新的轨迹上也不会与其他碎片发生磕碰。因而在进行磕碰预警的一同要拟定空间站变轨计划，并且要对轨控后的新轨迹进行仿真，剖析是否有其他碎片发生新的磕碰危险。假如有，则需调整变轨计划，直到选出短期内无磕碰危险的新轨迹作为轨控方针。

国际空间站“披萨盒”碎片预警区域暗示（图源：NASA）

（2）飞翔器相关规划与变轨施行

国际空间站自动躲避碎片是惯例动作。依据2022年12月NASA空间碎片陈述，国际空间站1999年以来施行了32次轨迹机动，以避开卫星和可追踪的空间碎片。这一功用一同分化到了对确保飞翔器的要求中，如欧洲货运飞船ATV的功用需求就包含对接上国际空间站后能为空间站躲避碎片供给轨控推力。

有轨控才干的卫星也采纳相同的办法。SpaceX本年7月1日向美国联邦通讯委员会（FCC）提交的《半年度星座状况陈述》显现，曩昔6个月内星链卫星进行了近50000次磕碰躲避机动。躲避次数多的原因一方面是星多、躲避方针多，另一方面也是由于这段时刻里SpaceX为进步安全系数，将躲避机动阈值又下降了一个量级，即磕碰概率仅为百万分之一时就会躲避。这个阈值比行业规范低了100倍，因而躲避机动会更频频。

2、看不见的碎片——防护

以现在大多数国家对空间碎片的观测和盯梢才干，小于10cm规范的碎片很难被有用观测、安稳盯梢，只能依据空间碎片环境模型进行估量和打开数值模仿。无法观测盯梢，也就无法对这些碎片或许构成的碰击进行预警，空间站要时刻预备着被这类碎片碰击。换言之，即使在观测-预警-躲避都完美施行的最理想状况下，空间站也必定会被小于10cm规范的空间碎片碰击。运用空间碎片环境模型，结合空间站的几许构型、飞翔轨迹及姿势、飞翔时刻等，能够对站上各部位遭受不同规范碎片碰击的概率做出量化评价。

为应对不行防止的磕碰，空间站在规划时也需求经过多种办法对要害部位进行防护。确保人员安全总是第一位的，因而密封舱是最要害的维护区域，其次是要害设备如推动贮箱、管路、重要电子设备、骨干电缆、电源驱动安排等。不管哪个部位被碎片击中，防护结构都应尽量减小碰击对空间站的损害。

（1）专用防护结构研发：从资料级到部件级

长时刻飞翔的载人航天器都在碎片防护上做了相应的规划和评价。为了在取得有用防护的一同尽或许减轻防护结构的分量，空间站专门规划了高功率的防护结构，结合飞翔器需求优化防护结构并挑选了防护区域。

——Whipple结构

1947年，美国天体物理学家弗雷德·惠普尔（Fred Whipple）提出一种微流星防护结构，即在间隔飞翔器外壁1英寸的周围包上一层1mm厚的金属片作为“流星防护罩”（meteor bumper）。当流星体的规范与这层金属片厚度相其时，二者的高速相撞会发生爆破效应，流星体和金属片的资料都会在极高温度下气化和电离。依据动量和能量守恒原理，此刻耗散的能量将比流星体的穿透能量大数倍。

实验证明了Whipple的理论和规划。NASA实验标明，关于超高速的微流星和轨迹碎片，多层的防护结构能够供给更高效的防护。下面第一张图是7km/s高速铝球对单层结构的碰击效果，穿透深度抵达了球体直径的4倍。第二张图是Whipple类结构，多层结构能够以小于铝球直径的总厚度防住超高速碰击。航天器出于下降发射分量的需求，一般运用铝这类轻质资料制作结构，并且厚度不会很大。因而，资料运用功率极高的Whipple结构显着对错常合适用作防护层的。

单层结构与双层Whipple结构高速碰击实验（图源：NASA）

选用Whipple结构并运用整流罩内空间尽或许将外层防护罩支高、远离舱体必定间隔，对错常有用的碎片防护手法。当碎片打中防护罩发生爆破效应后，碎片和被损坏的防护罩都碎裂为更细微的颗粒，伴跟着熔化和气化构成微粒碎片云持续胀大，并终究效果在航天器舱壁上。

Whipple结构被高速碎片击中构成微粒碎片云的进程（图源：NASA）

从此，这类被定名为Whipple结构的防护结构以及源于此原理的各种优化和改善计划成为航天器喜爱的高效防护设备。下图左为规范Whipple结构；中为高强度纤维填充式Whipple结构；右为习惯充气式打开舱段的柔性多层结构。当然也有硬质的多层防护结构。

规范Whipple结构及衍生计划（图源：NASA）

填充式Whipple结构是现在运用较为老练的一类。它充分运用现代高强度纤维如陶瓷纤维布（Nextel）和高强度复合资料纤维布（Kevlar）的力学与结构特性，在分量、本钱、制作难度和防护效果等方面的功用都比较均衡，易于工程完结。它的底子原理是，来袭物体碰击外层防护罩爆破破碎构成的微粒碎片云遭到填充层阻挠，Nextel陶瓷纤维布能够在高温下坚持强度和耐性，进一步耗散碎片云团的能量，而Kevlar纤维布的比强度高于铝，可有用减缓碎片云速度。别的，这两种填充资料的纤维直径都很小，本身破碎后也小于均质金属发生的碎片。归纳这些优势，该结构终究更有用地减小了来袭物体对舱壁的冲击和侵彻。

其他的Whipple改善型结构原理邻近，都是将应对来袭整块碎片碰击的“硬抗”转化为更有用处理高能量碎片云团的各种办法，进步总的资料运用功率，或者说抵达在完结相同防护效果的条件下总分量最轻。

——飞翔器上的防护结构

空间站遍及选用Whipple类型的防护结构，因各国工业与技能根底不同而在规划上略有不同。下图所示为国际空间站上不同国家舱段依据填充式Whipple结构的个性化规划。

国际空间站各舱段填充式Whipple结构运用（图源：NASA）

空间站进行体系规划时，一同对各舱段的防护才干提出规划要求，来访飞翔器也要对方针进行剖析承认，由于组合体中任何一个密封段的走漏都会影响整个空间站的载人环境。

下图中红点所示的分片外壳，为国际空间站Node2（后命名为Harmony/调和号节点舱）舱外的陨石碎片防护体系MDPS（Meteorite Debris Protection System）。2007年10月23日随发现号航天飞机发射升空的该节点舱，将美国命运号实验舱和欧空局哥伦布号实验舱、日本期望号实验舱联接在一同。

国际空间站调和号节点舱陨石碎片防护体系（图源：ESA）

下图为欧空局货运飞船ATV归纳货运舱（Integrated Cargo Carrier/ICC）外的陨石碎片防护体系布局。

ATV货运飞船陨石碎片防护体系（图源：ESA）

国际空间站上的穹顶舱（Cupola）为维护大幅窗户不被碎片损坏，设备了可开合的防护安排。在穹顶舱不打开对地观测活动时，合拢安排盖住窗户。

国际空间站穹顶舱可开合防护安排及其碎片防护结构（图源：NASA）

国际空间站上的柔性充气舱BEAM也运用了Whipple结构原理，挑选多层柔性资料习惯充气式舱体，柔性层之间以开孔泡沫坚持间隔。下图可见穹顶舱防护安排合拢的状况（黄色箭头处）和BEAM舱的碎片防护层及其结构。

国际空间站BEAM舱碎片防护层及其结构（图源：NASA）

（2）全体防护规划：从体系级到任务级

装上防护结构的“铠甲”，航天器就部分具有与碎片正面比赛的才干了。但空间站有些要害部位无法防护乃至无法部分修理，如大型太阳翼的远端；某些设备设备太重要，即使被碎片击坏的概率很小也“赌”不起，如供电主母线短路以及各种气液走漏。这些状况都需求体系规划从源头消解危险。

——体系冗余与布局优化

碎片碰击构成的损害是部分的，而体系规划的方针便是防止部分损害构成大局丢失。合理布局能让重要设备得到尽或许多的维护，体系冗余则可防止“鸡蛋放在同一个篮子里”。空间站的空间足、体量大，特别有利于散布式的布局和体系冗余。

电源与供配电：太阳电池片串并联，恣意一片损害或一小串失效不影响整翼发电供电；主母线的正负线摆开间隔走线，不会被一个碎片打短路；每个舱的一对太阳翼能够别离独立供电。我国空间站还特别针对跨舱段供电做了专门规划：正常状况下，如载荷需求可跨舱段分配动力，均衡负载；应急状况下，不只能够动用舱段间供电才干，还能够由天舟货运飞船向中心舱输电，确保整站的安全供电。

热控流体回路：前文说到的俄罗斯联盟MS-22飞船舱外只需一条热控循环回路，一旦被碎片击穿发生工质走漏，就无法持续作业散热，然后导致飞船无法按高功率状况飞翔，被逼抛弃载人回来。空间站体量比飞船大得多，舱外散热能够多回路并联，任何一路走漏只需及时阻隔都不会构成全体失效，仅仅功用下降，丢失部分散热才干。我国空间站在这方面相同规划了跨舱段连通回路，与供电（即热耗）分配相调和，还能够应对某个舱段辐射器散热才干下降的状况。

载人环境：若某个密封舱段被碎片击穿走漏，能够关闭舱门将漏气舱段阻隔，这是多舱段空间站必备的才干。我国空间站进一步加强了环境操控设备冗余，在天和中心舱和问天实验舱各装备一套再生生保体系。这样的装备不只能满意应急需求，并且与非再生、耗费式生保体系比较能够在更长时刻地坚持安稳的载人环境，为舱段损害后的修正争取了更好的条件。

以体系工程理念规划的我国空间站，三舱一体化规划，统一分配功用，三舱中有两个具有无缺的渠道功用，第三个舱依然备份操控器、核算机等要害设备。若中心舱彻底失效或被阻隔，问天实验舱能够彻底接收空间站操控权。三舱中任何一个被阻隔，整站依然能安全飞翔并坚持作业和长时刻驻留航天员的才干。

——救生船与任务级安全办法

空间站运转是体系工程，在应对空间碎片要挟上相同也有“托底”的任务级办法，停靠在站上的载人飞船和地上的应急救援船便是确保人安全的底线。空间站上的飞船停靠准则是有多少人就要有多少个飞船座位，因而一切送人上去的飞船都要停靠等候，与客轮上的救生艇人物共同。在停靠进程中，假如需求调整对接口，相应飞船的航天员要回到该飞船，伴随飞船一同从头对接，防止因对接失利构成救生座位少于总人数的危险景象。

若天上停靠的救生艇出了问题，地上需求赶快发射救援飞船。前述俄罗斯联盟MS-22飞船遭碎片碰击热控工质走漏后失掉载人回来才干，终究以低功耗热耗的无人状况回来。地上调整了飞翔任务，将本来履行下一个乘组发射任务的联盟MS-23以无人状况提早发射，对接上国际空间站。天上有了无缺的救生艇，回来就不那么急切了。原MS-22乘组在轨飞翔时刻终究延伸了6个月，乘组中的NASA航天员弗兰克·卢比奥（Frank Rubio）还因而发明了单次飞翔371天的美国新纪录。

我国空间站在任务级安全办法上考虑了多重毛病下的最坏状况，神舟飞船采纳翻滚备份办法，备一打一。发射场的下一艘飞船具有发射救援状况后，前一发才干履行飞翔任务，一直坚持任务有托底。

值得一提的是，本年6月5日波音公司新飞船星际快车（Starliner）发射后呈现毛病，原定10天的飞翔计划被延迟到60天以上，至今仍停靠在国际空间站上，没有承认是否能够安全回来。这艘飞船停留天上期间，承当着载人龙飞船发射任务的猎鹰9号火箭罕见地由于卫星发射失利停飞，直到毛病查询完结后才复飞。两起意外事情的叠加，使得国际空间站在7月11日至27日期间呈现了天上救生船不行用、地上无救援船（除非专门购买俄罗斯联盟号座位）的空白地带，事实上现已违反了空间站载人飞翔安全准则。这种十分危险的状况，能够说是任务级安全办法的不和比如。

到8月15日波音飞船仍停靠在国际空间站（图源：NASA）

（3）防护评价与验证：麻绳易从细处断

空间站的规划状况承认后需打开仿真评价，得到特定时刻段内组合体被碎片击穿/击坏的概率，然后从高概率部位识别出防护单薄环节并研讨对策。

几乎是在国际空间站发动在轨拼装制作的一同，美国国家研讨委员会（National Research Council）应NASA要求成立了一个专业委员会，研讨流星体和轨迹碎片对国际空间站的影响以及空间站的防护办法。他们评价以为，较早时期研发的俄罗斯星斗号（Zvezda）服务舱和联盟号（Soyuz）载人飞船、前进号（Progress）货运飞船的防护才干偏弱。

国际空间站的第三个舱段——星斗号2000年发射入轨，但其底子框架结构来自上世纪80年代中期苏联计划制作的“和平号-2”（Mir-2）空间站的中心舱，因年代约束并未充分考虑空间碎片防护需求。联盟和前进两型飞船的规划研发更早，为1960~1970年代定型的产品。

这几个俄罗斯舱段的露出面积只占其时空间站总外表积的15%，但对击穿概率的奉献却是86%。所以，该研讨项目提出了为其碎片防护才干在轨补强的计划主张。

其间，星斗号的弥补计划是以两个可打开的防护翼对舱体进行维护，并设备23块补强防护板。但这样的弥补计划是难以统筹多功用的：防护翼可维护的方向有限并且约束了帆板滚动视点，对发电才干或许构成影响。

假如在辐射器规划阶段就考虑碎片防护问题，辐射器的面板彻底能够充任Whipple结构的外防护罩，其下敷设纤维填充层，并规划好辐射器面板和填充层间隔密封舱壁的高度，则能够统筹散热和防护功用。在此根底上，将流体管路和电缆尽或许布局在辐射器底下，在填充层之下紧贴舱壁走线，不只能够取得杰出的碎片防护效果，温度环境也能愈加安稳。但是，这些都未能归入星斗号的原始规划，导致大面积辐射器及其掩盖规划过后没有好的补强办法。

国际空间站星斗号服务舱新增防护翼计划（图源：ScienceDirect）

值得注意的是，这项评价完结之后的大约20年间，国际空间站没有发生过永久舱段被击穿或击坏的状况。到了2022年和2023年，恰恰是停靠其上的前进号和联盟号飞船——评价中的高危险模块——先后发生碎片碰击导致损坏性成果的事情。这20年中，国际空间站的构型发生了改动，空间碎片环境也愈加恶劣。其时的评价在量化概率的绝对值上不必定多么准确，但在平等条件下的相对值是有意义的，其时的仿真成果也是合理并值得参阅的。

NASA 2006年陈述征引的国际空间站各舱段空间碎片击穿概率评价

（图源：ScienceDirect）

（4）及时修理补强：人在现场的优势

人在太空现场，是载人航天独有的优势。假如碎片碰击对空间站发生损害，航天员能够设法对受损设备进行修理，并在长时刻飞翔中持续补强防护设备。

2002年，国际空间站航天员经过出舱活动为星斗号服务舱设备了6块补强防护板。

航天员出舱为星斗号服务舱设备部分防护板

（图源：2nd Orbital Debris Conf. Papers 2023）

依据我国载人航天官方发布，神舟17号和18号两个乘组现已接连4次完结了碎片碰击修理相关的出舱活动——

2023年12月21日和2024年3月2日，神舟17号乘组进行了两次时长别离为7.5小时和8小时的出舱活动，完结了天和中心舱太阳翼修理作业，消除了前期因太空细微颗粒碰击发生的影响，太阳翼发电功用康复正常。这是我国航天员初次完结在轨航天器舱外设备的修理任务。航天员汤洪波在回来地上承受媒体采访时标明，太阳翼修理要避开阳照发电阶段，因而许多操作有必要在阴影区进行，整个修理时刻相对较长。

2024年5月28日和2024年7月3日，神舟18号乘组别离经过8.5小时和6.5小时的出舱活动为空间站的部分舱外管路、电缆及要害设备设备了空间碎片防护设备，并进行了舱外设备设备巡检。

这些在轨作业标明我国载人航天现已进入较高水平的运用飞翔阶段，但一同也阐明空间碎片对长时刻飞翔空间站的影响不容忽视。

神舟十八号乘组圆满完结第一次出舱活动（图源：新华社）

（5）考虑：补短板的价值与机遇

考虑1：飞船的碎片防护。关于每条船而言，飞翔和停靠的时刻是比较短的，大多数任务在半年左右，飞翔中和停靠空间站期间被碎片击中的概率很低。但空间站组合体一直有飞船停靠，假如飞船的防护水平弱，则意味着组合体一直有才干单薄的舱段存在；一旦发生问题，大概率呈现在这些短板部分。这是空间站长时刻飞翔需求体系考虑的问题。

考虑2：回来式飞翔器的难题。不论是飞船运用的烧蚀资料仍是航天飞机用的防热陶瓷，由于有气动外形的要求，都难以进行大面积的直接防护；一旦在轨受损，又没有可行的修正办法。好在停靠期间假如呈现问题且被发现，能够采纳地上应急发射救生船这样的任务级安全办法。飞船回来飞翔时刻很短，只需确保回来前状况杰出，危险是可承受的。正因而，国际空间站和我国空间站都要在飞船回来前运用图画等手法承认其状况，我国空间站还会以机械臂辅佐查看飞船外观，承认是否有碎片碰击损害状况。

考虑3：结构与载荷的发射质量分配。出舱活动补强防护结构是可行和有用的，但显着价值昂扬，并且舱外活动终究是高危险任务。依据传统的航天器规划思路，发射时的飞翔器渠道、尤其是结构需求尽或许减轻分量，尽量多装载荷设备。但空间站的独有特色和优势是能够不断上行、设备各类设备设备。相对而言，设备载荷设备、尤其是舱内设备是简略的，危险也小；补强结构是困难的，并且有必要由航天员出舱进行，动用机械臂六合协同，其危险、价值和任务安排难度都很大。在空间碎片日益增多的今日，空间站规划应改动战略，将发射分量更多地分配给渠道，打造满意健壮的结构，载荷设备则交给后续货运航班来弥补。

3、防患于未然——可控飞翔器调和躲避

不论是磕碰预警后的躲避，仍是被碎片击中后的防护，都是事发后的应对。那么关于潜在的“碎片”，是否能够防患于未然？

跟着大规划星座布置带来的卫星数量剧增，在役卫星由于相互之间不知晓或来不及躲避构成的磕碰概率加大，且成果比一般“碎片”更为严峻。不过，可控的飞翔器只需及时交流并且采纳调和共同的躲避办法，总是比应对非协作的空间碎片要简略。换言之，这类问题的难度不在技能，而在调和机制。

2021年3月18日，NASA宣告与SpaceX签署飞翔安全调和协议，不只承认了两边在太空安全调和与数据、信息同享方面的协同联系，并且在技能上充分运用了星链星座的轨迹规划和自主定轨、变轨才干：星链卫星配有GPS接收器用于定轨，带离子推动体系和自主机动才干；依据协议，SpaceX赞同其星链卫星将自动或经过地上操控施行自动躲避，以确保NASA的科学卫星和其他任务能够不间断运转。

空间站被碎片击中后的办法与流程

空间碎片是能够防备、预警、躲避的，但国际上总有防不胜防的意外。一旦真的被要挟较大的碎片击中、乃至被击穿密封舱，空间站将按事情时序和碰击的严峻程度逐渐打开下列作业：

1、碰击感知

关于比较严峻的碰击，即时感知到对错常重要的，能为后续处置赢得名贵时刻。有用的感知来自对冲击力和漏气的实时监测。

我国空间站密封舱结构上专门装备了碰击感知和结构健康监测体系，全时监测整舱结构状况。碎片对舱壁的冲击力抵达阈值后，传感器当即知晓碰击事情的发生。依据传感器散布及呼应，可大略承认碰击部位。

碰击发生时不必定击穿舱壁，因而舱内压力需求持续监测。关于大的走漏，以大气总压力作为走漏判据。若发生细微走漏，以氮气分压作为判据，氮分压反常下降则触发走漏预警。这是由于空间站内航天员总在耗费氧气、发生二氧化碳，电解制氧体系也在作业，大气总压力一直是动摇的，但空气中的氮气是不耗费的。

2、漏点定位

只需碰击没有压力下降，阐明碰击虽严峻但未构成密封舱壁贯穿。但只需舱压报警，不管是否感知到碰击，都需求赶快定位详细漏点。

假如有碰击且有走漏，依据碰击传感器的大略定位，能够直接到定位规划邻近寻觅漏点。密封舱内空气外泄到真空中，会在漏孔邻近发生超声波。国际空间站装备了超声波检测仪，用于寻觅准确的漏气方位。

假如仅有走漏并未感知到碰击，就要当即关闭各舱段间舱门，将整站连通的大空间间隔为若干密封段，经过调查各密封段的压降断定走漏方位。国际空间站屡次因毛病和结构老化呈现舱内气压下降问题，都是以这种办法先定位到走漏舱段，再细心寻觅详细走漏点。

3、漏率评价

一旦发现走漏，就要当即依据漏气的速率并结合剩下气压以及存贮的气体评价空间站能够坚持的时刻。这一评价成果将用于决议计划是墨守成规寻觅漏点并修理，仍是需求动用储藏气瓶补气并一同紧迫抢修，亦或阻隔并暂时抛弃受损舱段。

这项作业与漏点定位同步进行。一旦漏率被断定大于阈值，则触发最高优先级的决议计划，停止寻觅漏点及堵漏，撤出人员并阻隔漏气舱段，防止部分损害将整站陷于灾祸之中。当然，漏率小就能够近似“正常”地处置了。例如国际空间站2018年8月29日发现细微走漏，时值美国时刻夜里，空间站上的航天员们都在睡觉。地上判别走漏率很小，所以决议不打扰航天员歇息，直到他们第二天正常起床才奉告他们并安排寻觅漏点，颇有点艺高人胆大之风。

4、漏点修理

彻底找到结构上的走漏点并进行处置，需求撤除邻近设备。因而空间站在规划时就要考虑设备断电和修理状况下的布局问题，确保舱内壁任一部位都能够在有限时刻内由航天员运用装备东西“整理”出来。航天员依据漏孔的详细状况挑选堵漏办法，完结后再康复设备设备状况。

前面说到的2018年8月29日国际空间站走漏事情，经过舱段阻隔承认问题出在联盟MS-09飞船，随后成功找到了一个2mm的漏孔。航天员们撤除轨迹舱隔板后露出了漏孔，然后用环氧树脂、纱布和特别胶水将漏孔堵死。

在压力走漏较大的状况下，需求用站上存贮的高压气瓶向舱内补气，坚持满意的压力，确保人能够在此环境中作业。航天员乃至能够戴上氧气面罩进行抢修——这实践上是权衡安全危险，在确保人员安全的前提下尽或许地抢救空间站。

联盟MS-09飞船被发现2mm漏孔（图源：NASA）

5、舱段关闭

假如漏率过大，即使补气也没有满意时刻让航天员完结抢修，这时有必要决议计划抛弃受损舱段。关于多舱段的空间站，能够关闭舱段间的密封门，将受损段阻隔，人撤离到无缺的舱段。

这种状况归于万不得已。但只需整站的安全保住了，受损舱段的修理和康复就有机遇从长计议。

6、紧迫撤离

这是最极点的状况。在关闭舱段也无效的状况下，航天员能够撤离到救生艇——停靠空间站的载人飞船上，发动紧迫别离与撤离程序。若受损的是飞船本身则不需求紧迫撤离，但需求地上发射救生飞船来接人，如联盟MS-23。

空间站有才干自动作为

前文所述让碎片论题显得有些严重，好像咱们即使打开了再多有备无患的作业，依然或许遭受不知道何时到来的碎片碰击。面临充溢不承认性的太空环境，空间站真的只能习惯环境而无力自动作为吗？不是的。

1、太空环境维护从空间站做起

履行任务进程中，空间站本身会因有意无意的行为发生空间废物碎片。这些刚好坐落同高度轨迹的碎片会要挟空间站本身安全，大件抛弃物（如国际空间站的电池）还或许由于无控陨落伤及地上，因而空间站首要能为太空环境做的作业便是“维护环境，从我做起”。

（1）空间站运转中的环保规划

轨迹环保作业的要害是不乱扔废物。它不只仅航天员们的行为，更是空间站的规划要求。

日常作业、尤其是出舱活动中的东西、设备需求进行防坠落规划，防止东西等小件物品丢失。气闸舱内加强设备设备固定，整理操控剩余物，防止开舱门后物品漂出舱外。

空间站的功用规划要便于抛弃物收集整理，并合理办理上下行物资，充分运用货运飞船装载抛弃物。在这方面，半敞开和全敞开式货运飞船是有必要的，既能够上行大型设备，也可装载大件抛弃设备（如电池组、替换下来的太阳翼等），带着它们受控离轨。

（2）空间站退役后的离轨处置

空间站规划都在百吨以上，再入陨落进程中很难彻底在大气层烧蚀洁净，残留物体坠落地上无疑是安全危险。空间站这样的杂乱构型在大气中天然衰减、无控再入的理论落点差错是以千公里计的，其运转轨迹倾角对应的南北纬度之间区域理论上都或许是坠落点。不只如此，巨大的空间站在再入进程中崩溃后，终究抵达地上的残骸或许散布在数千公里的规划。因而，为了防止空间站退役后本身成为碎片危险源，有必要进行受控离轨规划。

2001年3月23日，和平号空间站按规划参数和任务计划，在约5个小时中履行了3次制动焚烧，终究一切碎片坠落到预订的南太平洋空阔海域。和平号的制作创始了多舱段组合式空间站的新纪元，其运转充分发挥人的效果，不只取得许多科研成果，并且将运转时刻从5年规划寿数延伸到了15年。它的退役又成功验证、施行了大型航天器安全洁净的离轨处置，与世长辞，有头有尾。

单体飞翔器的受控陨落是空间站受控离轨的根底，如我国每年1~2艘货运飞船堆集了很好的工程实践经验。但关于多舱段杂乱构型的空间站，依然需求进行专门规划。

NASA已签发一份价值8.43亿美元的合同，由SpaceX开发名为“美国离轨航天器”（USDV）的飞翔器用于国际空间站离轨。依据现在发表的音讯，USDV质量估量超越30吨，包含16吨推动剂；承受离轨操作的国际空间站总重约460吨。USDV抵达国际空间站并查看结束后，空间站轨迹天然衰减至330公里，最终一批宇航员就会回来地球。之后轨迹持续衰减大约6个月，空间站在USDV协助下受控离轨。NASA估量它再入大气层后仍未燃尽的碎片规范或许从微波炉到轿车巨细不等，最终坠入一片长约2000公里的狭隘海域。

和平号空间站从南太平洋上空再入（图源：NASA）

2、以空间站为渠道观测碎片

国际上已有航天安排发射了用于空间碎片在轨监测的卫星。而空间站作为长时刻在轨飞翔的太空基地，天然具有确保相关监测设备在轨运转、为空间碎片观测供给有利协助的条件。

（1）空间碎片的观测手法

空间碎片监测分为地基和天基两种方式，观测手法包含雷达和光学。地基首要依托各种地上站，优势是技能老练、本钱相对较低，并且在地上确保条件下对设备规范、功率等的约束较小。但地基观测的缺点也是显着的：只需全球布站才或许完结较好的接连监督、盯梢和准确丈量，光学观测更是只需当测站所在地处于晨昏时段才干取得好的观测效果，并且还会遭到大气和气象条件的搅扰。因而，地上站的观测功率是相对比较低的。

与地上观测遭到的地域、观测时刻机遇约束比较，天基观测掩盖规划要广得多，彻底没有大气影响，并且能够从不同方位对方针进行观测。加上现在的卫星都有全球定位与导航设备，实时精承认轨对观测定位碎片十分有利。我国地上站多在疆土规划内，天基观测是很好的弥补。

传统的天基观测体系受卫星规划约束，用于观测和信息处理及传输的资源有限，要取得好的观测效果需求很大投入。美国自20世纪90年代开端研发、布置天基空间态势感知卫星，2010年开端制作天基太空监督体系（Space Based Space Surveillance/SBSS），空间方针监测进入天基年代。据称SBSS体系可将美国空间方针监测才干进步50%，掩盖中凹凸各类轨迹或弹道方针，并具有方针特性勘探才干。

到现在，美国现已建立了空、天、地一体的全域掩盖监测网，在服务军事意图一同也致力于获取无缺准确的空间碎片编目及模型。ESA和加拿大等也打开了相关研讨，并发射了观测卫星。

（2）空间碎片的“中心规范”

如前文所述，空间站对看得见的大规范碎片进行躲避，对看不见的小碎片只能防护。问题在于，这两个对策现在并不闭合：看得见的碎片规范在10cm以上，而防得住的碎片只抵达1cm规范或更小量级；从1cm到10cm的“中心规范”，实践上成了只能靠概率“听其自然”的剩下危险。

因而，空间碎片防护一方面要不断增强防护才干，举高可防护的上限；另一方面加强观测才干，下降可观测的下限。关于后者，空间站能够奉献力量，上下尽力紧缩剩下危险对应的“中心规范”，直至观测和防护才干联接。

（3）空间站的观测办法

空间站可运用各舱段的载荷适配器设备不同观测方向的多个碎片监测设备，构建一个天基观测站。这个观测站支撑监测技能和设备的飞翔验证，也能够直接参加空间碎片监测任务。其作业方式包含：

——天基弥补地基

运用空间站上的观测信息弥补地基观测的缺乏。例如发现地基观测不到的碎片，弥补编目；对在编碎片堆集观测数据，弥补完善相关信息，进一步进步观测精度和方针特性准确度。

——六合协同观测

1993年，NASA约翰逊航天中心（Johnson Space Center）和洛克希德工程与科学公司（Lockheed Engineering and Sciences Company）的研讨者们曾提出一个有意思的计划：在国际空间站（其时还叫“自在”号，Space Station Freedom/SSF）上设备天基雷达构成电磁篱笆；地上雷达供给碎片的轨迹猜测信息，空间站上（沿轨迹面）的电磁篱笆在猜测方位勘探碎片实践穿越轨迹面的时刻、俯仰角、间隔及间隔改动率等数据并传回地上，核算处理出更新更准确的碎片轨迹，最终据此生成空间站躲避预警信息。

空间碎片地上雷达勘探体系（图源：SemanticScholar）

空间站“电磁篱笆”碎片勘探体系（图源：SemanticScholar）

该计划现在不必定适用了，但这种六合合作、协同一体的作业方式是值得评论的。以现在的六合通讯才干和核算处理水平，许多数据的实时交互与核算剖析比30年前要强大和快捷得多。空间站和地上站的数据及其间的有用信息不只仅简略叠加，并且是能够迭代增强的。

——天基观测网

为了愈加全面观测空间碎片，许多研讨也提出了用多个观测渠道组网作业的规划，包含同高度和不同高度的多观测点组网。

空间站能够与观测卫星组网。作为观测网的一个节点，空间站不只能够供给多方向的观测数据，并且能够运用本身的信息处理及六合通讯才干成为观测数据聚集、处理和中转的信息节点，进步监测功率。

（4）空间站作为观测渠道的优势和缺乏

空间站作为观测渠道的优势很显着：

1）确保资源丰富。与卫星渠道比较，空间站能支撑规范、分量、功耗都大得多的观测设备，能够规划并装备多台设备对多个方向多个视点一同进行观测，还能够进行微波、可见光、红外等不同体系的同步观测。此外，空间站的高功用六合数据链路也对错常有力的确保。

2）长时刻安稳飞翔。一般的中低轨迹卫星由于轨迹衰减等要素，寿数一般在8年左右。空间站则能够经过推动剂补加接连飞翔15年乃至更长时刻，然后取得长时刻的观测数据堆集。

3）人在现场。空间站上的设备可维护、可修理、可晋级、可替换、可增配，这关于电子信息等敏捷打开的设备对错常有利的。运用这一优势，许多技能和产品还能够先打开验证，改善替换后再正式执役。

空间站的下风也是有的，其最大弱项是不或许为了碎片观测去规划和改动轨迹；比较专门用于观测的卫星，功率无法抵达最高。别的，假如空间站要承当星座节点效果，也需求添加星-站之间的直接通讯才干。

未来深空飞翔中的碎片防护

钱学森在1962年出书的《星际飞翔概论》中提出“星际飞翔码头”想象，即把人工卫星或空间站作为人类深空探究和星际游览的起点或中转站。当人类空间站承当起这一任务，未来载人航天与今日空间站所面临的空间碎片环境又不同了。

首要，空间环境中底子没有人工物体和碎片了，航天器面临的将是实在的微流星体。其碰击概率会比近地碎片小得多，但由于飞翔器和微流星体相对速度更高，且深空飞翔途径上的勘探预警才干远低于近地空间，碰击成果或许更为严峻。其次，脱离了地球磁场维护，再加上以月和年计的飞翔时刻，载人飞翔器对防辐射的要求大大高于近地空间站，这就要求飞翔器的防护结构需求有满意的密度。

归纳考虑对微流星体和国际辐射的防护，深空载人飞翔器的规划将与近地空间站有十分大的差异，以至于许多业界同行置疑现有的飞翔器结构方式底子无法在几个月到一两年的深空飞翔中有用维护航天员免受过量辐射损害。在评论辐射防护时，一位同行朋友曾提出一个想象：抓获一颗小行星，将其装上操控体系和推动设备，挖个洞作为人的庇护所，以改造后的这颗小行星充任星际飞翔器。这样的飞翔器当然统筹了国际辐射和微流星的防护。

未来的深空飞翔是怎样的？其规划尚无蓝图，但必定会很有意思。

到了完结星际移民的那一天，咱们的后代在回忆太空探究险阻进程时或许会想起我国人了解的一句诗词：

——曾记否，到中流击水，浪遏飞舟？

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