神舟二十號(hào)延遲返航，航天員安全如何保障？

中國(guó)神舟二十一號(hào)載人飛船順利升空，兩組航天員太空會(huì)師，而就在神舟二十號(hào)本該返回地球之時(shí)，卻出現(xiàn)了插曲。疑似遭遇太空碎片撞擊，飛船和機(jī)組被迫推遲返航。全球目光緊盯，受損情況如何，中國(guó)會(huì)在什么時(shí)候、用什么方式接航天員回家?

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11月4日，距離地球地面400公里的上空，一片喜氣洋洋。神舟二十號(hào)乘組三人陳冬、陳中瑞和王杰在天宮空間站的所有任務(wù)都已經(jīng)完成。當(dāng)天上午11點(diǎn)，神舟二十號(hào)和神舟二十一號(hào)乘組舉行了交接儀式?？雌饋?lái)萬(wàn)事俱備，只待5日返航。

但11月5日，中國(guó)載人航天工程網(wǎng)發(fā)布消息，神舟二十號(hào)返回任務(wù)將推遲進(jìn)行。這是自2003年神舟五號(hào)開啟中國(guó)載人航天時(shí)代以來(lái)，第一次有神舟飛船突然改變發(fā)射或者返回計(jì)劃。全世界的目光都投向了暫時(shí)滯留太空的神舟二十號(hào)飛船，以及神舟二十號(hào)乘組。

神舟二十號(hào)究竟為何延遲返航呢?寥寥數(shù)字的公告中提到了原因，疑似遭到空間微小碎片的撞擊。

數(shù)據(jù)顯示，近地軌道上，散落著超過(guò)1.7億件太空垃圾。其中可追蹤的太空碎片只有5.4萬(wàn)個(gè)，而1厘米以下無(wú)法觀測(cè)的微小碎片高達(dá)1.3億件。它們的飛行速度是子彈的十倍。只要有一塊碎片擊中航天器或者宇航員，可能就會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p傷。

并且，當(dāng)前的太空碎片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)的是10厘米以上的大型碎片，對(duì)1厘米以下的微小碎片還沒(méi)有實(shí)時(shí)跟蹤能力，這些微小碎片如同太空中的“隱形子彈”，隱患巨大。

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授 焦維新：

對(duì)于10厘米以上的碎片，因其易被發(fā)現(xiàn)，我們通常采取躲避措施。1至10厘米的碎片數(shù)量較多，撞擊飛船后果嚴(yán)重，我們也基本選擇躲避，或臨近時(shí)采取激光捕捉、燒毀等其他措施。然而，對(duì)于1毫米至1厘米、難以用肉眼發(fā)現(xiàn)的碎片，我們則無(wú)計(jì)可施，只能從自身預(yù)防角度尋求解決辦法。

導(dǎo)致神舟二十號(hào)延遲返航的空間碎片從何而來(lái)?源頭正是人類自己。廢棄的衛(wèi)星、火箭末級(jí)殘骸、電池爆炸后的碎片，甚至航天器表面剝落的油漆，都在不斷加入這場(chǎng)失控的“軌道雪崩”。自1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射升空，太空垃圾就在不斷產(chǎn)生。

2009年2月10日，西伯利亞泰梅爾半島上空約776公里處，一場(chǎng)碰撞如天女散花，瞬間產(chǎn)生了大量的空間碎片。這是美國(guó)的銥星三十三號(hào)衛(wèi)星和俄羅斯的宇宙2251衛(wèi)星發(fā)生了正面對(duì)撞。兩顆完整的衛(wèi)星瞬間被摧毀，事后，美國(guó)航天監(jiān)視網(wǎng)追蹤到了超過(guò)500個(gè)碎片，而這些碎片還在不斷發(fā)酵增長(zhǎng)成數(shù)千片，在近地軌道橫沖直撞，對(duì)航天器構(gòu)成了巨大威脅。這也是人類歷史上首次在軌衛(wèi)星相撞事件。

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授 焦維新：

衛(wèi)星都撞碎了，這可了不得。那是首次在軌運(yùn)行的衛(wèi)星與一顆失效衛(wèi)星相撞，隨后的計(jì)算顯示產(chǎn)生了超過(guò)2000個(gè)碎片。這些碎片無(wú)疑將在軌道上停留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，最終才逐漸進(jìn)入大氣層并燒毀。

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當(dāng)下，太空空間站同時(shí)對(duì)接了神舟二十號(hào)和神舟二十一號(hào)飛船。那么神舟二十號(hào)被損壞后，神舟二十號(hào)的乘組是否可以乘坐神舟二十一號(hào)飛船回到地球呢?有關(guān)人士介紹，只要空間站有人駐留，就必須有可用的載人飛船。中國(guó)航天部門去年曾在新聞發(fā)布會(huì)上回應(yīng)過(guò)空間站碎片撞擊的相關(guān)問(wèn)題，表示極端情況下可發(fā)射備用應(yīng)急航天器營(yíng)救航天員。

上海市天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng) 施韡：

若神舟二十號(hào)飛船損壞嚴(yán)重?zé)o法使用，有兩種應(yīng)對(duì)方案。一般會(huì)根據(jù)三名航天員的情況進(jìn)行匹配，但神舟二十一號(hào)未必能滿足需求。相比之下，神舟二十二號(hào)接回神舟二十號(hào)乘組返回的可能性更大，因?yàn)橹袊?guó)載人航天任務(wù)已實(shí)行“發(fā)一備一”機(jī)制，二十一號(hào)發(fā)射時(shí)，二十二號(hào)已作為備份船待命。

分析指出如果評(píng)估結(jié)果是神舟二十號(hào)飛船無(wú)法使用，這艘飛船將會(huì)主動(dòng)脫離天宮空間站無(wú)人狀態(tài)下返回地球進(jìn)行回收，而神舟二十二號(hào)需要等合適的條件擇機(jī)發(fā)射，通常需要八到十幾天不等。

而延遲返航可能意味著，天宮空間站第一次要較長(zhǎng)時(shí)間容納6人。但，通常容納三人的天宮空間站，一下子住6個(gè)人能吃得消嗎?

上海市天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng) 施韡：

目前六名航天員在空間站內(nèi)無(wú)生命危險(xiǎn)，因空間站保護(hù)措施完善。空間站的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和天和核心艙各設(shè)了三個(gè)睡眠區(qū)，可同時(shí)容納六名航天員生活。

目前空間站內(nèi)的物資也算充足。7月15日，天舟九號(hào)向天宮空間站運(yùn)送了6.5噸的物資，可支持3名航天員在軌生活9個(gè)月。

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其實(shí)，這次延遲并非中國(guó)載人航天第一次遇到空間碎片的威脅。隨著商業(yè)航天的爆發(fā)式增長(zhǎng)，空間碎片問(wèn)題正急劇惡化。SpaceX的“星鏈”計(jì)劃已發(fā)射超過(guò)5000顆衛(wèi)星，新的衛(wèi)星部署還在加緊推進(jìn)。這些低軌衛(wèi)星群雖然帶來(lái)了全球通信的便利，但也讓近地軌道變得前所未有的擁擠。

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授 焦維新：

對(duì)于小衛(wèi)星而言，由于其功能相對(duì)單一且缺乏復(fù)雜系統(tǒng)，一旦遭遇問(wèn)題，例如空間碎片的撞擊，它們便無(wú)法維持控制功能。因此，這些微小衛(wèi)星未來(lái)可能增加空間碎片或撞擊災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，這成為人類共同面臨的挑戰(zhàn)。

2021年4至7月間，中國(guó)空間站天和核心艙一直穩(wěn)定運(yùn)行在高度400公里附近的近圓軌道上。在此期間，中方發(fā)現(xiàn)美國(guó)太空探索技術(shù)公司的星鏈-1095衛(wèi)星不斷降低飛行高度，從555公里軌道持續(xù)降軌到382公里。到2021年6月下旬，星鏈-1095與天和核心艙的距離最近時(shí)僅1.4公里，這一數(shù)值遠(yuǎn)超警戒線。在航天器高速飛行的狀態(tài)下極有可能發(fā)生碰撞，中國(guó)空間站不得不啟動(dòng)“鐘擺式”機(jī)動(dòng)躲避，才得以脫險(xiǎn)。

2021年10月21日，美國(guó)星鏈-2305衛(wèi)星再次降軌逼近天和核心艙組合體，鑒于該衛(wèi)星處于不確定狀態(tài)，中國(guó)空間站無(wú)法預(yù)判其機(jī)動(dòng)策略和軌道誤差，為了保護(hù)神舟十三號(hào)航天員乘組的生存安全，中國(guó)空間站于當(dāng)日再次實(shí)施緊急避險(xiǎn)動(dòng)作。

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授 焦維新：

此事影響重大，是SpaceX公司不負(fù)責(zé)任。中國(guó)的軌道信息每日公開，且空間站為載人設(shè)施，其他航天器靠近會(huì)大幅增加風(fēng)險(xiǎn)。微小衛(wèi)星成本低廉，但一旦撞擊我方載人空間站，將嚴(yán)重威脅航天員生命安全，絕不能聽(tīng)之任之。未來(lái)，我們應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，例如部署不載人衛(wèi)星或航天器護(hù)衛(wèi)空間站，遇惡意接近時(shí)，可用機(jī)械手捕獲、擊碎或用激光在安全距離內(nèi)將其摧毀。

類似的情況，歐洲也遇到過(guò)。2019年9月2日，歐洲科學(xué)衛(wèi)星Aeolus為躲避與星鏈-44衛(wèi)星的碰撞就進(jìn)行了緊急規(guī)避制動(dòng)。根據(jù)當(dāng)時(shí)的估算，兩者發(fā)生碰撞的概率約為千分之一，歐洲空間局試圖與美國(guó)太空探索技術(shù)公司進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，但對(duì)方?jīng)]有采取任何防護(hù)措施。事后，美國(guó)太空探索技術(shù)公司聲稱沒(méi)有接收到歐洲空間局的郵件。

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授 焦維新：

正如我們所面臨的地面污染和環(huán)境問(wèn)題一樣，太空中的污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重。我們堅(jiān)持的原則是“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”。然而，美國(guó)發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量最多，而像SpaceX等公司，盡管它們發(fā)射的微小衛(wèi)星數(shù)量在不斷增加，卻從未主動(dòng)承擔(dān)起因空間碎片增多而應(yīng)負(fù)的責(zé)任。隨著微小衛(wèi)星數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，空間碎片帶來(lái)的災(zāi)害性影響愈發(fā)嚴(yán)重，這無(wú)疑是一個(gè)令人擔(dān)憂的問(wèn)題。

目前，中國(guó)空間站已經(jīng)對(duì)空間碎片多次實(shí)施主動(dòng)規(guī)避。專家預(yù)測(cè)，到2030年，空間站年均規(guī)避次數(shù)可能突破20次，這意味著，每?jī)芍芫涂赡苊媾R一次軌道上的“生死抉擇”。

為了應(yīng)對(duì)這種局面，防范空間站可能遇到的碰撞，早在2016年，中國(guó)航天人就發(fā)射了遨龍一號(hào)空間碎片主動(dòng)清理飛行器。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)撞擊風(fēng)險(xiǎn)，神舟飛船采用了類似國(guó)際通用“惠普爾盾”的多層防護(hù)結(jié)構(gòu)。從神舟十七號(hào)任務(wù)開始，天宮空間站還加裝了“星盾-3”型復(fù)合防護(hù)層，可以將2毫米碎片的撞擊能量分散至1/20.防護(hù)效率提升40%。中國(guó)空間站還配備艙體撞擊泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可快速定位受損區(qū)域，支持航天員在軌維修。從神舟十七號(hào)開始，幾乎每一任神舟飛船乘組都增加了對(duì)空間碎片的關(guān)注。

國(guó)際上，為了應(yīng)對(duì)空間碎片的危險(xiǎn)，也有多種技術(shù)在應(yīng)用。

上海市天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng) 施韡：

清除太空碎片有多種方式：可用大網(wǎng)捕捉小碎片，類似清理河道垃圾;對(duì)較大碎片可采用抓取方式;甚至可用激光照射使大碎片變小，降低威脅。此外，在空間站外圍安裝雷達(dá)，可大幅提升空間碎片的偵測(cè)效率。這些技術(shù)均已具備可行性。

分析指出，清理的辦法雖然多，但基本都處于初級(jí)階段，并且各國(guó)都在各自為戰(zhàn)。如何清理太空碎片正成為一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題。

作為中國(guó)載人航天歷史上第一艘因空間碎片撞擊延遲返航的飛船，神舟二十的案例將會(huì)如何影響未來(lái)的中國(guó)載人航天呢?

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授 焦維新：

我認(rèn)為太空碎片撞擊影響有限。此類事件頻繁發(fā)生，此前已多次出現(xiàn)微小撞擊，不會(huì)造成災(zāi)害性后果，但需要引起重視。需根據(jù)撞擊部位和材料(如舷窗、返回艙等材質(zhì)差異)評(píng)估損傷，例如舷窗受撞擊后，需依據(jù)孔洞深度改進(jìn)材料研發(fā)，提升抗撞擊性能。此類事件將推動(dòng)我們深化研究、精進(jìn)技術(shù)，確保未來(lái)遭遇同類撞擊時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)，助力航天事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。