空間站正在太空中“躲貓貓”

連升

地球高空范圍很大，但是垃圾也很多，棄用后仍漂浮在大氣層中的人造航天器碎片高達50萬件，它們的速度達到2. 8萬千米/小時——是子彈速度的10倍。被碎片擊中一次，還在使用的航天器基本就報廢了。在這樣危險的環境下，漂浮著一臺人類歷史上造過的最昂貴的機械裝置：國際空間站。這個總重量達460噸的龐然大物要如何在“槍林彈雨”中生存呢？

看清每一顆“子彈”

要想避開每一顆來襲的子彈，就要看清楚子彈的前進路線，這樣才能在它到來之前預先躲避。

國際空間站不獨屬于哪個國家，它是國際合作的產物，美國、蘇聯、加拿大、日本、巴西和歐洲航天局等共16個國家和地區的宇航局參與研制。美俄宇航員扛著各種零件，在天地之間往返近百次才終于組裝成了現在這個模樣的空間站。因此，保證空間站的安全和正常運營也是各國的共同責任，美國空軍和俄羅斯宇航局共同負責碎片的監視工作。

在美國戰略司令部的空軍基地中，記錄著一份《宇宙垃圾名錄》，里面記載著所有直徑超過10厘米的太空垃圾的名字。每天，工作人員會在早中晚不同時間，將這些太空垃圾的運行軌道和空間站的軌道進行對比，總共約進行40萬次核對，用于判斷空間站被“擊中”的風險有多大。通過比對和計算，如果判斷出碎片即將進入空間站的安全距離（距離空間站上下各1.6千米，兩邊長24千米的區域），空軍基地就會向美國宇航局發出警報。

每年宇航局都會接到幾十到上百次的碰撞警告，但不是每一次警告都需要做出閃避的決定，美國宇航局的專家們進一步計算碰撞的可能性并與俄羅斯的專家們共同決定空間站是否需要閃避。如果碰撞幾率有十萬分之一，除非和太空任務有沖突，否則空間站就必須避開。一旦碰撞幾率達到萬分之一時，即使需要中止太空任務，空間站也必須移動。

最驚險的“躲貓貓”

之所以要提前預計風險，是因為空間站每做出一次閃避的動作都需要至少30個小時的執行時間。

最耗時的是溝通工作。為了計算合適的推進量，美國宇航局的工作人員需要精確計算空間站的質量，包括停靠在空間站上的飛船和宇航員。接著，還要與俄羅斯的彈道專家一起決定空間站躲閃動作的各項參數。在進行移動前，美國宇航局會再次與碎片追蹤員核對，保證空間站不會撞上其它碎片。方案確定后，專家們將通過計算機遙控空間站。

別看空間站這么重，事實上它是個相當靈活的“胖子”。空間站由四個控制力矩陀螺儀來調控受力方向和大小，可以改變軌道高度和運動方向。空間站還有幾組推進器，可以做出翻滾和騰挪的動作。在進行躲避動作時，陀螺儀是首要的“方向盤”。

除此以外，彈道專家們還將使用附在空間站上的飛船推進系統來改變位置。前來運送補給的太空船也可以幫忙，推上一把空間站。2015年，彈道專家們就利用來送貨的“進步號”飛船的推進器將空間站的軌道提升了約1千米，成功避開一枚火箭碎片。在這一系列的躲閃操作后，空間站會以0.5～1米每秒的速度移動。

以上的一切是在提前數天發出預警，有充足的反應時間的情況下做出的應對，如果專家們直到最后一刻才發現碎片來襲怎么辦？如果這種情況發生，他們只能啟動名為“碎片來襲的預定躲避特技”的方案，即省略前期所有溝通環節，不管不顧地啟動推進器，以0.5米每秒的高速向前沖，讓空間站到達另一個地點。

當然，這個方案本身已經是很危險的保底方法了，不僅不一定奏效，還可能撞上前方的其他碎片。而一旦被碎片擊中，不僅空間站可能墜毀，里面的宇航員和實驗中的科學家也會喪命。因此，在加速計劃執行時，空間站中的人員需要躲到附屬的“聯盟號”太空飛船中去，做好隨時逃難的準備。2011年，“聯盟號”就立了一次大功，當時發現太空碎片過晚，連最后的躲避方案也沒能生效，空間站中的所有人只好躲到了“聯盟號”里面去。最后那枚碎片就在距離空間站僅725米的上方掠過，一場危機有驚無險地落幕了。

“天宮”的躲貓貓新招

隨著太空越來越擁擠，國際空間站需要移動躲避的時候越來越多。2020年1-9月間，空間站已移動了三次，其中一次宇航員們還躲入了“聯盟號”中，而往年移動避險的次數不足兩次，甚至一次也沒有。這種情況對2020年開始建造的中國空間站“天宮”也是不小的挑戰。

為了應對太空垃圾，中國工程師們想出了一些方法。與美俄相似，中國也建立了專門的預警機制，不間斷地監控太空碎片，隨時準備緊急避險。萬一遇到危險，技術人員會在地面向“天宮”發出指令，改變其飛行軌道及速度，避開危險物后，再回到預定的軌道繼續飛行。

此外，工程師們還給“天宮”打造了一副“鋼筋鐵骨”，即通過優選表面材料、改變結構和增加厚度來提高航天器抵御太空碎片撞擊的能力，還在太空站的薄弱部位安裝了防護板，可以遮擋微小碎片對它的撞擊，將脆弱經不起撞擊的關鍵部件安置在中心地帶中，處于層層保護之下。當然還有更先進的，比如把航天器防護屏幕做成了網狀，并在防護屏外涂了一層特殊材料。當碎片與其發生碰撞時，碰撞產生的能量能與太空垃圾發生爆炸式的化學反應，促使碎片變成粉末。

最后，“天宮”系列還配備了完美的“自殺”方案，確保退役的飛行器不會產生新的太空垃圾。“天宮一號”是中國首個太空空間實驗室，2018年，在完成使命后，“天宮一號”主動離軌，絕大部分器件在空中分解并燒蝕銷毀，剩余殘骸隕落在了南太平洋中部海域，既沒有對地面造成任何威脅，也沒有制造太空垃圾。

地球的高空正在變得越來越擁擠，在這里“躲貓貓”的難度也越來越大，希望科學家們能早日想出更好的辦法應對太空垃圾問題。