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獨門絕技!面對1.7億個太空碎片,神舟13號、空間站是如何躲過的?

2021年10月16日神舟十三號載人飛船成功將翟志剛、王亞平、葉光富三名航天員送往了預定軌道。

獨門絕技!面對1.7億個太空碎片,神舟13號、空間站是如何躲過的?

按照計劃等問天、夢天兩個實驗艙對接完成後,意味著天宮號空間站組建完成!我國空間站組建工作按計劃有序推進,但太空中的鄰居——國際空間站似乎已力不從心 美國專家曾信誓旦旦表示能運轉到2028年,俄羅斯航天技術人員則直言:能挺到2024年已屬萬幸——“還要啥腳踏車”!

獨門絕技!面對1.7億個太空碎片,神舟13號、空間站是如何躲過的?

國際空間站近年來可謂命途多舛。2016年國際空間站穹頂艙的玻璃窗毫無徵兆地出現了一個7毫米左右的凹坑,經核實是由直徑幾毫米的太空碎片撞擊所致。

2018年國際空間站內的氣壓開始緩慢下降,一度造成航天人員要乘飛船緊急撤離,後來在聯盟號飛船發現了一個兩公分的透明圓孔!俄羅斯宇航員普羅科皮耶夫急中生智用環氧樹脂封堵了小洞,空間站氣壓才得以恢復。

到底什麼原因產生的小孔,俄羅斯、美國相互指責,到現在也沒有一個確切說法,某航天專家推測可能是太空中肆意飛行的碎片造成的。

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太空碎片不只是襲擊飛船,太空中的任何一個飛行器都不能倖免。阿特蘭蒂斯號是美國宇航局的第四架太空梭,重77。7噸,執行過17次航天任務,在2000年的一次航天飛行時被一個毫米級的太空碎片撞到了熱控管路外壁,只有碎片直徑稍微再大點管路則會破碎,引發不可估量的災難。

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那麼問題來了,為何太空中有這麼多的碎片?我國天宮號空間站為避免被碎片碰撞又有哪些“獨門技能” 。

太空碎片也稱太空垃圾,大部分是人類探索太空國產中廢棄的火箭、衛星殘骸,航天器碰撞產生的碎片,也包括太空小型飛行物等等,其中3000顆衛星因各種原因報廢產生的大量碎片,至今還飄蕩在地球軌道。

航天組織曾對地球軌道的太空碎片有一個初步統計:截止2017年大約有總重7400噸的太空碎片,其中1/3集中在200-1500公里的範圍內,而國際空間站和我國天宮號空間站在300-450公里範圍內運轉。太空碎片數量大約為1。7億個。

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按照太空碎片的大小又分為毫米級碎米與釐米級碎片,個個都不是省油的燈:1毫米~1公分的約為1億個,這是破壞力最小的碎片,但足以把薄壁砸出一個小坑。因為數量實在是太多,空中飛行的衛星每年都會受到它們的摧殘;1公分~10公分的碎片則超過70萬個,這是太空中最危險的一種碎片。經測試一個直徑1公分左右的碎片以每小時8-12公里的速度朝著航天器襲來,分分鐘可將一個航天器肢解掉。

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那麼我國的衛星、空間站是如何應對太空碎片的襲擊呢?實際情況是,我國已準備了多套方案。

增強飛行器外壁硬度提升飛行器抗擊打性,是研發人員最先相當的方法,俄羅斯、美國的第一方案也是如此。以俄羅斯為例,愣是發揮了國人的強硬做派,在空間站建起了防護罩,單個防護罩長0。9米、寬0。6米、重9公斤,等數個防護罩連成一體後已能阻擋相當一部分太空碎片。

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我國則吸取了美國、俄羅斯的教訓,在建造伊始便從結構、材料等方面強化航天器的抗擊打、碰撞能力。比如這次天宮號空間站的外壁採用了玄武岩填充式防護結構,該結構是科研人員從碳化矽毯、Kevlar纖維織物等幾十種材料中經過層層篩選而言,不僅質量輕還兼具韌性,可與國際主流的Nextel填充式防護結構相媲美,且相比之下玄武岩更適合我國空間站站的整體結構。

這還不算完,科研人員還在空間站的外壁上安置了大量感測器,時刻監測外壁情況,一旦有垃圾碎片撞擊到外壁,航天人員立即在室內顯示屏看到具體位置及損傷程度,從而壓縮“搶救”時間。

獨門絕技!面對1.7億個太空碎片,神舟13號、空間站是如何躲過的?

機械臂應該算是我國的空間站上的一個殺手鐧。美國太空軍司令約翰·雷蒙德為此頻頻向盟友喊話:警惕中國的機械臂。事實上,我國機械臂不用在空間站上,像實踐-17衛星就安裝了一個機械臂,雖然它是一顆負責氣象、通訊的衛星,在機械臂的加持下還能收集太空碎片,或透過改變碎片運動軌跡逼迫它墜入大氣層焚燒。所以透過設定機械臂,可抵擋一些大體積可預測的大體積太空碎片,阻擋它靠近航天器。

獨門絕技!面對1.7億個太空碎片,神舟13號、空間站是如何躲過的?

提前避讓是目前較為常見的躲避太空垃圾的方法。現在越來越多的航天器內建了發動機,這樣衛星等可做不同高低軌道實現跳躍,避開碎片的撞擊。資料顯示,截止2017年國際空間站為躲避超10公分的大個頭垃圾碎片已經變軌了20多次。我國的空間站同樣擁有這個技能,這無疑又增加了一個保障。當然,提前避讓需要耗費燃料,需要貨運飛船來返輸送燃料,不過和整個空間站相比不過是“九牛一毛”。

獨門絕技!面對1.7億個太空碎片,神舟13號、空間站是如何躲過的?

綜上所述,以目前所採取的諸多措施,空間站足以應對絕大部分的太空碎片,為空間站10年壽命提供保證。

原創:老高