恼人的空间碎片

2024-10-07 00:00:00王强
大自然探索 2024年7期

航天员出舱工作
航天员的手套在出舱工作时磨损,其碎屑也成了空间碎片

空间碎片危害大

空间碎片是指地球轨道上或再入大气层的一切已失效人造物体,包括其碎块或部件,俗称“太空垃圾”。

空间碎片尺寸微小,却对在轨空间站威胁极大。它们的飞行速度非常快,平均速度是子弹的二十倍。毫米级或微米级空间碎片侵入可能导致空间站性能下降,厘米级空间碎片侵入可能彻底损坏空间站。

一个粒径10 微米的空间碎片以每秒一千多米的速度撞击航天器留下的坑,撞击产生的高温让坑周的航天器外壳都熔化了

巧妙应对

要避免空间碎片损坏空间站,第一种办法是被动防护,比如安装防护板。第二种是主动防护,即开展空间碎片的跟踪观测,计算空间站与碎片发生碰撞的概率,一旦碰撞概率到达预警值,就让空间站调整姿态进行躲避。

空间站上的姿态控制执行机构包括控制力矩陀螺仪系统和推进器反作用控制系统,通常小角度姿态机动由前者实现,大角度姿态机动由后者实现。

“推进器反作用控制”很容易理解,但“控制力矩陀螺仪系统”是什么呢?其实,它的原理是通过改变转子角动量方向来产生控制力矩,从而调整空间站姿态。近几十年来,控制力矩陀螺仪系统已经被应用于大型航天器,包括太空实验室和国际空间站。天宫空间站质量达百余吨,其姿态控制难度在我国航天飞行任务中史无前例。天宫空间站使用的控制力矩陀螺仪是目前角动量最大(达1500牛·米·秒)并采用了两舱“6+6”的配置。其中有6台已安装在核心舱大柱段与小柱段连接锥面外壁上,另外6台则将安装在问天实验舱。

各种防护板
天宫空间站的控制力矩陀螺仪

有人会问,空间碎片好躲,那要是遇上小行星可怎么办呢?在电影里面我们经常会看到,宇航员一顿猛操作,驾驶航天器躲避小行星的撞击。其实,宇宙中的小行星并没有那么危险,小行星之间相距相当遥远,它们的飞行轨迹也很难和航天器相交,大块头的小行星击中航天器的概率其实微乎其微。