神舟推遲返回背后：太空“暗器”威脅，航天員如何應對

中國載人航天工程辦公室2025年11月5日發布公告稱，神舟二十號載人飛船疑似遭空間微小碎片撞擊，正在進行影響分析和風險評估。為確保航天員生命健康安全和任務圓滿成功，經研究決定，原計劃11月5日實施的神舟二十號返回任務將推遲進行。

什么是空間微小碎片？

它是如何產生的？

空間碎片也叫太空垃圾，它是指在地球軌道上運行的各種人造物體的碎片。太空垃圾越多，就越容易發生相互碰撞，從而形成更多的空間微小碎片。因此，它們會對在軌運行的航天器產生了越來越大的危害，包括威脅到航天員的生命安全。

空間碎片電腦合成圖片 圖片來源：NASA

隨著航天技術的廣泛應用，航天器的發射數量越來越多，太空垃圾也相應增加了許多。例如，2024年10月19日，國際通信衛星-33E在地球靜止軌道上發生了意外的解體事件，使地球同步軌道區域至少新增了500塊碎片。據統計，目前約有至少3000噸以上的太空垃圾在繞地球飛行，而且數量正以每年2%～5%的速度增加。其產生主要來自三個部分：

第一部分來自已經退役的各種人造地球衛星等人造物體，以及人造物體之間、自然天體與人造物體之間碰撞產生的碎塊等。第二部分來自運載火箭的末級。第三部分來自航天員在太空活動時產生且并被扔到太空中的垃圾以及在太空行走時不慎遺落在太空的物品（如螺母、工具）。其中人造物體相撞所產生的破壞力還與相撞時的角度有關。例如，2009年2月10日，俄羅斯2251號衛星與美國銥星33號衛星就曾以11.64千米/秒的相對速度碰撞，產生了2201個能夠被監測編目的太空垃圾。

根據太空垃圾尺寸的大小，國際上把太空垃圾一般分為三類：①尺寸大于10厘米的為大碎片，現在大概有幾萬塊，它們可被監測到；②尺寸介于1～10厘米之間的為小碎片,現大概有10多萬塊；③尺寸介于1毫米～1厘米之間的為微小碎片,現大概有幾十萬塊。尺寸不大于1毫米的碎片現在大概有幾億塊。

從空間分布來看，在中低軌道運行的航天器以及大碎片密度平均每立方千米有10個左右。由于它們的速度極快, 而破壞力與速度的平方成正比，即一個僅10克重的太空碎片的太空撞擊能量，不亞于一輛以每小時100千米速度行駛的小汽車所產生的撞擊能量，所以它所造成的事件是一種“低概率、高風險”事件。

低軌道上的太空垃圾在大氣阻力的影響下會逐漸隕落，從而重返大氣層被燒毀。如果太空垃圾的軌道很高，就會存留很長時間。一般來說，距地300千米的太空飛行物壽命約為一年，600千米可飛行幾十年，1000千米以上的可飛行幾百年，4000千米以上的可飛行上千年，軌道更高的碎片幾乎會一直在太空中。

美俄衛星相撞的軌道交叉示意圖 圖片來源：新浪新聞

空間碎片有多大危害

空間碎片對航天器正常運行的影響主要由航天器的在軌時間、被保護的面積、軌道高度和軌道傾角等因素決定，其中前三個因素是最主要的。

低軌道太空垃圾的飛行速度約為7.9千米/秒，如果撞擊到航天器表面，輕者會留下凹坑，重者會穿透航天器造成部分系統功能失效，甚至會產生災難性的后果，包括威脅到在艙外活動的航天員。

極小的空間碎片由于數量多，所以會改變航天器的表面性能；稍大的空間碎片能損壞航天器表面材料，造成撞擊坑，損傷表面器件；大的空間碎片與航天器碰撞時，可使航天器的姿態發生變化，甚至改變航天器的軌道；超高速撞擊的空間碎片會使自身及被撞擊的航天器表面材料氣化為等離子體云，導致航天器失效；當空間碎片的能量足夠大時，能穿透航天器表面，打壞置于航天器內部的控制系統或有效載荷，使航天器發生爆炸或打散整個結構。

另外，當空間碎片再入大氣層時，如果沒被完全燒毀，還會對地面的生命財產安全構成嚴重的威脅，尤其是以核能為動力的航天器隕落時后果特別嚴重。比如，在20世紀70～80年代，蘇聯核動力衛星就曾因失控墜毀在加拿大，從而產生巨大恐慌。美國“天空實驗室”空間站也曾因失控墜毀砸壞地面居民的房子。空間碎片太多還會嚴重影響空間天文觀測，碎片撞到空間望遠鏡時會使鏡體遭到損壞。

由于沙粒大小的太空垃圾所產生的沖擊與每小時160千米的保齡球相當，所以直徑在幾毫米以下的小的空間碎片就能對運營中的航天器造成損壞。這種損害分為兩類，第一類是對航天器分系統表面的損害，第二類是對航天器運行的影響。比如，美國航天飛機的窗戶就曾遭受空間碎片的撞擊。

空間碎片曾給“國際空間站”造成重創。例如，2016年，直徑幾微米的金屬碎屑在“國際空間站”舷窗留下了直徑7毫米的撞擊坑。2021年，一塊不在監控范圍內的碎片擊中“國際空間站”的加拿大機械臂-2，使其外表保護層被撕裂，留下了一個直徑近10 毫米的穿孔。2022年，停靠在“國際空間站”的俄羅斯聯盟號飛船外殼出現一個0.8毫米的小孔，導致44公斤冷卻劑泄漏。

遭太空垃圾撞擊的航天飛機窗戶 圖片來源：NASA

空間站若被碎片擊穿

航天員如何逃生

我國天宮1號目標飛行器、天宮2號空間實驗室的實驗艙體外也裝有特殊的防護裝置，相當于給它穿防彈衣。自身有2～3毫米厚的金屬外衣。萬一出現5毫米的漏孔，天宮1號、2號可維持艙壓不小于70千帕約80分鐘，從而使航天員有逃生的時間。

天宮1號、2號前面的密封實驗艙側壁裝有特殊的防護板 圖片來源：中國載人航天網站

我國神舟十八號、十九號乘組已經為空間站安裝碎片防護裝置，它能抵御數量眾多、個頭不足1厘米、很難被監測到的微小碎片。碎片防護裝置采用特殊材料制作而成，能吸收能量和減輕對空間站造成的損傷。

進行太空行走的航天員主要靠航天服來防護，當然，最好不要在有碎片的區域出艙。對于10厘米以上的碎片，由于重量和體積所限，防護這一尺寸的碎片是不現實的。在已知精確軌道參數的情況下，只能夠采用軌道機動的方法進行碰撞規避。

為此，空間站有一套避撞程序，當有關設備監測到有太空飛行物接近空間站并有可能發生碰撞時，這一程序就會指示空間站啟動發動機改變運行軌道，躲避碰撞。如果空間站來不及調整軌道，那么為了安全起見，航天員就要躲進飛船，以便隨時逃生。

載人航天，人命關天。為了保障空間站航天員的安全，我國也采取了相應措施。在2024年10月29日舉行的神舟十九號載人飛行任務新聞發布會上，中國載人航天工程新聞發言人林西強就表示，針對空間碎片撞擊空間站可能造成泄露等威脅，不斷優化應急處置方案，與空間站運行初期相比，航天員可用于應急處置的時間提高了5倍，空間站與航天員的安全性大幅提升。

2024 年 5 月 28 日，神舟十八號乘組首次完成防護裝置安裝。此后，神舟十九號乘組進行了三次出艙安裝工作，神舟二十號乘組進行了四次出艙安裝工作。截至目前，中國航天員已經在空間站外部進行了八次左右空間碎片防護裝置安裝工作，為天和核心艙和問天、夢天實驗艙外部的多處重要管路、元件和設施設備提供了防護。

太空清潔1號示意圖 圖片來源：歐洲航天局

目前，世界多個國家正在積極研究多種治理空間碎片的新方法，包括收集、燒毀和脫軌法等。歐洲航天局計劃于今年或明年發射太空清潔1號航天器，用它在軌試驗移除太空垃圾的技術，但目前尚未有發射的動態消息。總之，對付太空垃圾是一項多學科的綜合性長期工作，需要各國都予以重視并開展廣泛的國際合作，從而群策群力地來保護好人類共有的太空環境。

作者：龐之浩 全國空間探測技術首席科學傳播專家

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳

本文在科普新媒體平臺“蝌蚪五線譜”刊發，經授權發布