空间站正在太空中“躲猫猫”

连升

地球高空范围很大，但是垃圾也很多，弃用后仍漂浮在大气层中的人造航天器碎片高达50万件，它们的速度达到2. 8万千米/小时——是子弹速度的10倍。被碎片击中一次，还在使用的航天器基本就报废了。在这样危险的环境下，漂浮着一台人类历史上造过的最昂贵的机械装置：国际空间站。这个总重量达460吨的庞然大物要如何在“枪林弹雨”中生存呢？

看清每一颗“子弹”

要想避开每一颗来袭的子弹，就要看清楚子弹的前进路线，这样才能在它到来之前预先躲避。

国际空间站不独属于哪个国家，它是国际合作的产物，美国、苏联、加拿大、日本、巴西和欧洲航天局等共16个国家和地区的宇航局参与研制。美俄宇航员扛着各种零件，在天地之间往返近百次才终于组装成了现在这个模样的空间站。因此，保证空间站的安全和正常运营也是各国的共同责任，美国空军和俄罗斯宇航局共同负责碎片的监视工作。

在美国战略司令部的空军基地中，记录着一份《宇宙垃圾名录》，里面记载着所有直径超过10厘米的太空垃圾的名字。每天，工作人员会在早中晚不同时间，将这些太空垃圾的运行轨道和空间站的轨道进行对比，总共约进行40万次核对，用于判断空间站被“击中”的风险有多大。通过比对和计算，如果判断出碎片即將进入空间站的安全距离（距离空间站上下各1.6千米，两边长24千米的区域），空军基地就会向美国宇航局发出警报。

每年宇航局都会接到几十到上百次的碰撞警告，但不是每一次警告都需要做出闪避的决定，美国宇航局的专家们进一步计算碰撞的可能性并与俄罗斯的专家们共同决定空间站是否需要闪避。如果碰撞几率有十万分之一，除非和太空任务有冲突，否则空间站就必须避开。一旦碰撞几率达到万分之一时，即使需要中止太空任务，空间站也必须移动。

最惊险的“躲猫猫”

之所以要提前预计风险，是因为空间站每做出一次闪避的动作都需要至少30个小时的执行时间。

最耗时的是沟通工作。为了计算合适的推进量，美国宇航局的工作人员需要精确计算空间站的质量，包括停靠在空间站上的飞船和宇航员。接着，还要与俄罗斯的弹道专家一起决定空间站躲闪动作的各项参数。在进行移动前，美国宇航局会再次与碎片追踪员核对，保证空间站不会撞上其它碎片。方案确定后，专家们将通过计算机遥控空间站。

别看空间站这么重，事实上它是个相当灵活的“胖子”。空间站由四个控制力矩陀螺仪来调控受力方向和大小，可以改变轨道高度和运动方向。空间站还有几组推进器，可以做出翻滚和腾挪的动作。在进行躲避动作时，陀螺仪是首要的“方向盘”。

除此以外，弹道专家们还将使用附在空间站上的飞船推进系统来改变位置。前来运送补给的太空船也可以帮忙，推上一把空间站。2015年，弹道专家们就利用来送货的“进步号”飞船的推进器将空间站的轨道提升了约1千米，成功避开一枚火箭碎片。在这一系列的躲闪操作后，空间站会以0.5～1米每秒的速度移动。

以上的一切是在提前数天发出预警，有充足的反应时间的情况下做出的应对，如果专家们直到最后一刻才发现碎片来袭怎么办？如果这种情况发生，他们只能启动名为“碎片来袭的预定躲避特技”的方案，即省略前期所有沟通环节，不管不顾地启动推进器，以0.5米每秒的高速向前冲，让空间站到达另一个地点。

当然，这个方案本身已经是很危险的保底方法了，不仅不一定奏效，还可能撞上前方的其他碎片。而一旦被碎片击中，不仅空间站可能坠毁，里面的宇航员和实验中的科学家也会丧命。因此，在加速计划执行时，空间站中的人员需要躲到附属的“联盟号”太空飞船中去，做好随时逃难的准备。2011年，“联盟号”就立了一次大功，当时发现太空碎片过晚，连最后的躲避方案也没能生效，空间站中的所有人只好躲到了“联盟号”里面去。最后那枚碎片就在距离空间站仅725米的上方掠过，一场危机有惊无险地落幕了。

“天宫”的躲猫猫新招

随着太空越来越拥挤，国际空间站需要移动躲避的时候越来越多。2020年1-9月间，空间站已移动了三次，其中一次宇航员们还躲入了“联盟号”中，而往年移动避险的次数不足两次，甚至一次也没有。这种情况对2020年开始建造的中国空间站“天宫”也是不小的挑战。

为了应对太空垃圾，中国工程师们想出了一些方法。与美俄相似，中国也建立了专门的预警机制，不间断地监控太空碎片，随时准备紧急避险。万一遇到危险，技术人员会在地面向“天宫”发出指令，改变其飞行轨道及速度，避开危险物后，再回到预定的轨道继续飞行。

此外，工程师们还给“天宫”打造了一副“钢筋铁骨”，即通过优选表面材料、改变结构和增加厚度来提高航天器抵御太空碎片撞击的能力，还在太空站的薄弱部位安装了防护板，可以遮挡微小碎片对它的撞击，将脆弱经不起撞击的关键部件安置在中心地带中，处于层层保护之下。当然还有更先进的，比如把航天器防护屏幕做成了网状，并在防护屏外涂了一层特殊材料。当碎片与其发生碰撞时，碰撞产生的能量能与太空垃圾发生爆炸式的化学反应，促使碎片变成粉末。

最后，“天宫”系列还配备了完美的“自杀”方案，确保退役的飞行器不会产生新的太空垃圾。“天宫一号”是中国首个太空空间实验室，2018年，在完成使命后，“天宫一号”主动离轨，绝大部分器件在空中分解并烧蚀销毁，剩余残骸陨落在了南太平洋中部海域，既没有对地面造成任何威胁，也没有制造太空垃圾。

地球的高空正在变得越来越拥挤，在这里“躲猫猫”的难度也越来越大，希望科学家们能早日想出更好的办法应对太空垃圾问题。