大量卫星遭太空碎片撞击,如何防护?
山西晚报·山河+发布时间:2026-09-15 10:41:54

据英国《经济学人》周刊网站9月7日报道,以大约每秒7公里的速度绕地球飞驰的太空碎片,即使微小也威力巨大。这类人造垃圾对低轨道卫星构成的威胁远大于天然太空岩石,而且风险在不断升高。据欧洲航天局称,自2017年以来,轨道上的太空垃圾数量已经增加了一倍多。


2021年发表的一项研究结果估计,大约五分之一的小卫星在发射一年内停止工作,在其中五分之三的事故中,运营商不知道发生了什么。业内普遍认为,相当一部分这类故障是由太空碎片撞击造成的。为了提供更多数据,总部位于加州圣安娜的奥丁太空公司已经开始销售一种使用振动感应胶条来检测和评估撞击的系统。结果将有助于确定特定轨道上的最佳防护措施。


一种长期使用的卫星防护方法是惠普尔盾——这是一种两级防护罩,在主防护罩上方几厘米处设置一个外围缓冲罩,两者通常都由铝制成。缓冲罩会将来袭物体分解成许多更小、能量更低的碎片,这样主防护罩就能更容易地拦截这些碎片。但这种结构庞大而笨重。因此,大多数卫星只能听天由命,躲在用蜂窝状结构加固的铝板后面,但这种面板对太空碎片几乎起不到保护作用。


不过,可选择的卫星防护方式正在增加。可供选择的方式之一是复合瓦。亚特兰大附近的一家公司Atomic-6正在以“Space Armor”这个品牌开发这种瓦片。该公司对所用材料讳莫如深,但最终制成的瓦片大小如手掌,厚2.5厘米,重量与一部苹果手机相仿。测试结果表明,它们能够成功阻挡由气枪加速至每秒7.2公里的豌豆大小的铝制弹丸。此外,Atomic-6老板特雷弗·史密斯表示,与惠普尔盾不同,它们不会产生可能给他人带来麻烦的碎片。相反,来袭的金属物体(太空垃圾中有很多都是金属)会被汽化并被防护罩吸收。


其他类型的防护也在不断进步。其中一种将凯夫拉纤维(一种用于制作防弹衣的纤维,也帮助保护国际空间站)与Nextel(一种陶瓷纤维)结合在一起。这有望为小型、低成本的航天器提供轻型防护罩——重量是发射成本的关键考量因素。


意大利帕多瓦大学的一支团队提出了另一种方法,他们利用3D打印来提高效果。洛伦佐·奥利维耶里及其同事用铝、凯夫拉和碳纤维增强树脂的组合制造了实验护盾。通过逐层打印,这种护盾内部可以形成空腔。奥利维耶里博士称,这些空腔就像小型的惠普尔盾,让飞来的撞击物经历连续冲击,破碎成越来越小的碎片。


另一种产生类似惠普尔连续冲击的方式是使用铝泡沫。这种材料是通过把陶瓷材料填充到一个多孔塑料结构中,然后烧掉塑料,留下一个空腔网络,再把熔融铝倒进去制成的。将陶瓷敲掉后,就会得到一种金属泡沫,其内部散布着直径可达5毫米的孔隙。美国国家航空航天局的测试结果发现,在护盾中加入一层稍厚于6毫米的这种泡沫,就能提供与传统惠普尔盾相同的防护效果,但重量却只有一半。


不过,尽管这些防护类型看起来很有前景,但实际效果在很大程度上取决于它们会遇到什么。制造航天器的法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司的防护设计师兰韦赫·玛丽·费格斯塔指出,太空中的撞击物既有金属块、塑料碎片,也有岩石和油漆碎屑,撞击物的组成会随轨道的不同而变化。因此,更好地了解特定轨道上什么撞击物占优势将有帮助,而奥丁太空公司的撞击传感器将能够提供这些信息。这将使航天器的轨道防护工作不再那么盲目。





编辑: 张静玉
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