空间碎片及其对载人航天活动的影响与防护

刘朋,薛野

(航天东方红卫星有限公司,北京100094)

1 前言

空间碎片绝大多数分布在人类使用最频繁的低地球轨道,它们若与航天器发生碰撞,相对撞击速度一般在0～15km/s,平均撞击速度为10km/s。超高速撞击会产生极高压力,超过航天器材料强度的数十到数百倍,足以穿透航天器表面,破坏航天器内部器件和系统,造成航天器功能严重损伤,甚至导致航天器彻底失效。

航天器体积越大、飞行时间越长,遭遇空间碎片撞击的风险也越大。载人航天器不仅体积大,空间站在轨运行时间也比较长,而且还需要长期驻留航天员。空间碎片对载人航天器安全和航天员生命造成巨大潜在威胁。

首先从空间碎片的定义、产生等入手,扼要总结和分析空间碎片环境的现状、空间碎片可能对载人航天活动可能造成的危害,包括典型的空间碎片对航天飞机和国际空间站危害的事故案例。在此基础上,进一步归纳和分析了空间碎片的应对措施,以及国际空间站采用的空间碎片防护、服务于国际空间站的空间碎片探测与清除措施。最后总结了低轨道空间碎片的清除技术。

2 空间碎片环境现状

2.1 空间碎片的来源及分类

空间碎片,又称空间垃圾,主要是指人类在航天活动过程中遗留在空间的废弃的航天器残骸和它们因爆炸或碰撞而产生的碎片。根据联合国 《空间碎片技术报告》, “空间碎片是指位于地球轨道或重返大气稠密层不能发挥功能而且没有理由指望其能够发挥或继续发挥其原定功能或经核准或可能核准的任何其他功能的所有人造物体,包括其碎片及部件,不论是否能够查明其拥有者”。……