神舟二十號航天員乘組于近日平安返回地球,搭乘的神舟二十一號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。航天員陳冬、陳中瑞、王杰狀態良好,順利出艙,標志著此次任務圓滿完成。然而,此次返程背后卻隱藏著一段不為人知的驚險經歷:神舟二十號飛船返回艙舷窗玻璃出現細微裂紋,經評估,最大可能由空間碎片外部沖擊導致,最終決定由神舟二十一號飛船接航天員回家。
回顧歷史,人類在航天早期就曾有意散布空間碎片。例如,20世紀60年代,美國實施的“西福特計劃”將4.3億根銅質針狀偶極天線散布到軌道上,用于輔助遠程通信。時至今日,仍有大量銅針殘留在軌道上,偶爾返回大氣層。反衛星武器試驗也產生了大量早期空間碎片。隨著航天事業的發展,地球軌道上的空間碎片數量急劇增加。據歐洲空間局發布的空間環境報告,截至2024年8月,可追蹤的尺寸超過10厘米的空間碎片已超過4.4萬個,1厘米以上的達120萬個,更小的碎片則不計其數。
低軌道上的空間碎片受大氣阻力影響會逐漸降軌隕落,并在大氣層中燒毀。然而,高軌道上的碎片則能存留很久。例如,蘇聯1972年發射失敗的“宇宙-482”金星探測器著陸艙,在地球軌道上漂浮了53年后才墜回大氣層。這一案例充分說明了空間碎片的長期威脅。
空間碎片的危害主要源于其高速運動。在地球引力作用下,包括航天員在內的所有太空物體都以接近每秒8公里的第一宇宙速度飛行,是步槍子彈速度的10倍。盡管航天員出艙活動時看似悠閑飄蕩,但實際上他們與空間站等設備的運行方向和速度完全一致。一旦兩個物體的軌道交叉,碰撞將產生巨大破壞力,不僅可能擊碎航天器外殼或控制系統,還會產生更多次級碎片,形成連鎖反應。
對于航天員而言,空間碎片的威脅尤為嚴峻。他們身著的艙外航天服防護能力有限,即使是毫米級碎片也可能擊穿防護層,危及生命。如果碎片破壞了飛船返回艙的防熱涂層,將給航天員的返程之路埋下重大隱患。此次神舟二十號返回艙舷窗玻璃的裂紋正是這一威脅的直接體現。
面對空間碎片的挑戰,現代航天器設計從源頭入手,努力減少碎片產生。例如,采用防爆燃料貯箱、減少外露部件等措施。航天器退役時,會主動變軌、再入大氣層銷毀或轉移至遙遠的“墓地”軌道。對于已存在的碎片,航天器則根據尺寸采取不同策略:針對較大碎片,通過軌道規避來躲避;對于難以觀測的小型碎片,則依靠堅固的防護結構來抵御。
長期駐人的空間站對防護要求更高。以國際空間站為例,其防護結構需能經受直徑1.3厘米的鋁球以每秒7公里速度垂直撞擊的考驗。為此,國際空間站和中國空間站均采用了惠普爾防護罩。這種防護罩由金屬層、中間空隙和內層厚板組成,能將高速撞擊的碎片粉碎并分散能量,從而保護航天器內部結構。中國空間站還進一步優化了防護結構,采用復合材料填充式設計,既減輕了重量,又提升了抗沖擊性能,為航天員提供了更可靠的保障。
空間站的防護并非一視同仁,而是根據各部分的關鍵性進行區域分級。例如,航天員生命保障核心區的密封艙防護層級最高,而太陽翼等部件則更多依靠冗余設計來降低風險。航天員在軌維修也是防護體系的重要環節。此前,神舟十七號乘組完成了中國航天首次艙外維修任務,后續乘組也持續安裝防護裝置并開展巡檢,為空間站“披甲”護航。
此次神舟二十號任務中的意外插曲,充分展現了中國載人航天嚴謹的安全意識和高效的應急方案。自神舟十二號任務起,中國載人飛船發射便采用“發一備一”的滾動備份機制,確保在任何情況下都能及時接回航天員。這種未雨綢繆的準備,為中國航天事業的安全發展提供了堅實保障。











