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载人航天与太空碎片

发布日期:2002年03月11日字体: 【大】【中】【小】

  太空碎片是指人类的太空活动过程中遗留在太空的废弃物。从航天飞机的飞行实践和国际空间站为时不长的飞行记录来看,太空碎片的问题已经不容忽视了,特别是载人航天,随着我国载人航天技术的突破,长期的载人航天势在必行,太空碎片的防护研究也应及早进行。  太空碎片对所有的航天器都有破坏作用,载人航天器更需要防护,因为——  “人”是最宝贵的,也是最脆弱的  载人航天器的最大特点就是有“人”,而“人”是最宝贵的,也是最脆弱的,其价值是所有其他航天器所无法比拟的,它需要的环境条件也远远超过其他航天器,载人航天需要有更高的可靠性,这是无庸置疑的。如果说目前的太空碎片对一般航天器造成的威胁还能承受的话,对载人航天来说就已经是必须采取措施了。  载人航天器是大型航天器  因为宇航员必须带有生命保障系统,宇航员还需要有一定的活动空间,所以载人航天器的体积一般都比较大,现在航天飞机的尺度在数十米,空间站的尺度在数百米的量级。而我们知道太空碎片造成的风险是与航天器的面积(尺度的平方)成正比的,面积越大,受太空碎片碰撞的概率也越大。  载人航天器是复杂和易损的  载人航天器除了要具备一般航天器所具备的功能以外,它还需要保证宇航员的生命和健康,为宇航员的工作提供必要的条件。因此载人航天器比一般的卫星更为复杂,需要采用更多的新技术,这不可避免地使它更容易受到损坏。  载人航天器有密封加压舱  在宇航员生活、居住的舱段里,需要为宇航员营造一个与地面相近的舒适的环境,必定要有一个大气环境,气压接近一个大气压。而太空碎片打在舱壁上造成的直接后果是穿孔,它将立即造成舱内大气迅速向外泄漏,直接威胁宇航员的生命安全。它比不充加压气体的航天器更容易受到太空碎片的损伤。  载人航天器需要及时抢修  随着航天技术的发展,在太空对航天器进行维修将越来越普遍,但往往需要较长的等候时间,这对一般的应用卫星来说是不成问题的,但是对载人航天器来说,一旦受到损伤就必须立即抢救,时间就是生命,给抢救工作带来很大的困难,事后抢救的困难转嫁到事前防范工作的加强上,更需要周密细致的防范。  载人航天器在低高度上运行  为了避开地球辐射带对航天器的辐射效应,载人航天的轨道一般选择在低地球轨道上,虽然它不是太空碎片最密集的区域,但是太空碎片的密度仍然很大。而且由于大气的作用,所有轨道比它高的碎片最后都要通过它飞行的高度并最后陨落。最近在考虑减少太空碎片影响的措施时,还有人提出工作任务完毕的航天器要“离轨”,方向之一就是将这些航天器的轨道降低到寿命较短的轨道上来,就是说将它们移到低高度轨道上来,这必然要增加低高度上的太空碎片密度,增加在这个轨道上运行的载人航天器的风险。  载人航天器将在太空长期飞行  空间站是今后载人航天的重要形式,它的特点是将在太空长时间运行,在轨道上运行的时间将在十余年到数十年之间。航天飞机每次飞行的时间虽然都不长,但多次反复使用的结果,一艘航天飞机总的飞行时间积累也将很长。而太空碎片的威胁是和运行时间成正比的,这也是载人航天更需要考虑太空碎片防护的重要原因。  太空碎片的研究工作是十分广泛的,与载人航天项目关系最密切,需要载人航天项目支持的有:  载人航天器运行轨道附近的太空碎片模式  太空碎片模式必须能给出在运行轨道上各空间位置处太空碎片的质量分布和速度分布,根据这个模式可以计算出载人航天器在轨道上运行一定时间后,被各种质量的太空碎片撞击的概率。  载人航天器的屏蔽设计和实施  载人航天器必须采取屏蔽措施,为此必须开展大量的地面模拟实验(高速撞击实验)和计算机仿真计算,确定载人航天器抵御太空碎片撞击的能力。分析从太空回收的物体表面受到的太空碎片撞击痕迹,也能对屏蔽设计提供重要信息。  载人航天器的风险评估   根据太空碎片模式、载人航天器的姿态、结构和屏蔽措施、总体和各分系统的失效模式,对载人航天器的各个部位、各个系统作出失效风险的评估。  载人航天器和太空碎片交会的预警  实时掌握可跟踪太空碎片(大太空碎片)的轨道根数,计算出它们的轨道和载人航天器的轨道,预测它们之间的交会距离,在达到规定距离时发出警报。  载人航天器规避策略  根据和太空碎片交会发出的警报,计算交会时的相对位置和速度,制定出最佳的规避方案,或制定统一的规避方案。  载人航天器被撞击后的应急措施  在飞行计划中必须包括一旦载人航天器被太空碎片击中,特别是宇航员居住的舱段被击中穿透,气压迅速降低时的应急措施。 (必威登录平台报/作者 都亨 刘静)

本文编辑:郭多娴

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