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空间站航天员出舱不安全？1.28亿个太空碎片满天飞！怎么躲？

老粥科普 2021-12-27 浏览183次

2021年12月26日晚，中国空间站神舟十三号航天员按计划执行第二次出舱任务，由翟志刚和叶光富穿着“飞天”舱外航天服进行太空行走，王亚平在舱内操纵机械臂并提供支援。

考虑到11月15日俄罗斯发射DA-ASAT导弹摧毁Kosmos-1408卫星制造了大量空间碎片，国际空间站一度推迟宇航员出舱活动，有小伙伴担心，我们的航天员这次出舱会不会有危险？

中国航天员出舱活动

美国人说俄罗斯反卫星试验制造了1500块可追踪的大碎片，其实就算没有Kosmos-1408这件事，围绕着地球飞速旋转的太空垃圾也并不少。

据欧洲航天局（ESA）2019年的估算数据，在环地球轨道有34000个大于10厘米的碎片，1~10厘米的碎片约90万个，而1毫米~1厘米大小的碎片则超过1.28亿个！相比之下，Kosmos-1408那1500块残片实在是算不了什么。

Kosmos-1408产生大量太空碎片

别看绝大多数太空垃圾都是一丁点大，它们的破坏力可一点也不小。

我们先拿步枪子弹来打个比方吧：你经常看到一些枪战片，主角配角们会躲在门板甚至桌板后边拿着枪互射，子弹打在木板上火花四溅，但就是伤不到演员一根毫毛。实际上怎样呢？现役的大多数步枪子弹在100米距离内能洞穿5毫米厚的普通钢板，别说门后边，就是躲在腰一般粗的树后边都可能被打死。

一颗8克重的AK47步枪子弹出膛速度是710米/秒，它的膛口动能约2010焦耳，在100米距离可穿透1厘米厚钢板。

子弹能射穿钢板

物体的动能与它的质量成正比，同时跟它速度的平方成正比。在地球低轨道运动的物体，它们的速度大致在7.68公里/秒，低于这个速度会坠入大气层，所以在空间站附近的太空碎片基本也就是这个速度。

假设一颗8克重的小螺钉，它以7.68公里/秒的相对速度与空间站侧向碰撞，会发生什么呢？我们通过动能定理可以算出这颗小螺钉的撞击动能达到23.6万焦耳，是AK47子弹的118倍！这样的小东西要是击中空间站，很可能将舱体击穿。

太空碎片比子弹破坏力更强

航天员出舱时都会穿着白色厚重的舱外航天服，这套服装就像一艘微型载人飞船，它不仅为航天员提供呼吸用的氧气、合适的温度和气压、散热和吸收废水废气，还能为航天员提供全方位的保护：舱外航天服可以抵挡一定剂量的宇宙射线和微流星的撞击。

微流星大多是由彗星喷发出来的细微颗粒，它们的体积和质量大多非常小，所以即便速度很快，它的撞击动能也不是很大，能够被航天服吸收化解。

中国飞天舱外航天服

与微流星相比，许多太空垃圾是金属颗粒，即便一粒0.08克、如芝麻一般大的太空碎片，它的撞击动能也与AK47步枪发射的子弹相当。要是被这颗太空碎片击中，不管是航天服的什么位置，都将引起航天员受伤、航天服漏气失压，几分钟内威胁航天员生命安全。

欧空局曾经用航天服材料做过实验，结果证明没有航天服能扛得住小碎片袭击，任何一次撞击的后果都极其严重。

航天服无法抵挡太空碎片

如此说来，航天员每一次出舱活动都是在赌？他们时刻冒着失去生命的危险？从某种意义上来说是对的，但有点儿夸张。

太空中的确有数以亿计的大小碎片，这些碎片都以极快的速度飞行，被它撞上了大概率会受伤，但是撞上的概率却极低——因为太空太广阔了。

2021年5月，国际空间站在一次例行检查时发现机械臂上有一个小洞。经过分析，科学家们认为这个小洞是由一粒芝麻大小的太空碎片造成，好消息是，机械臂还能用，看样子没有伤筋动骨。

国际空间站机械臂被穿了一个洞

国际空间站的体积很大，虽然偶尔遭受碎片撞击，但二十年来造成肉眼可见的损伤并不多。

航天员无论从体积还是出舱活动的时长来看，与国际空间站相比都微不足道，他们在舱外遭到碎片袭击的概率比空间站本身要低几千倍。因此出舱活动总体上是安全的。

Kosmos-1408的轨道比天宫高

Kosmos-1408的最终轨道高度大约为480公里，比国际空间站高了60公里左右，比中国空间站高90公里。当受到DA-ASAT导弹撞击后，一部分碎片飞向更高轨道，而另一些碎片因为向下或减速逐渐坠入大气层。因此，即便有一部分碎片与空间站轨道存在交会，它的数量也是有限的。我们可以通过监视大碎片来推测小碎片可能出现的位置，从而判断空间站是否可能遭到碎片袭击。