会员登录
版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
不久前，美国宇航局、欧空局和加拿大航天局联合发布评估报告，透露韦伯太空望远镜已经遭受6次微流星撞击，其中一次对C3镜片的撞击给望远镜带来了无法纠正的事故。众所周知，近地轨道上拥有大量的太空垃圾，而韦伯望远镜运行在距离地球150万公里外的L2晕轨道上，也躲不开微流星的飞来横祸。那么，宇宙中除了太空垃圾外，还有哪些东西会对航天器构成威胁呢？
天然流星带来撞击
2021年，美国宇航局发布消息称，根据美国太空监视网络（SSN）的探测和跟踪，地球轨道上至少有27000个太空垃圾。考虑到当时SSN只能探测到最小10厘米左右的近地轨道目标，所以实际的太空垃圾数量要远比探测到的多。
我们都知道太空垃圾危害大，包括国际空间站和中国空间站都曾为了躲避太空垃圾而变轨。虽然太空垃圾导致地球轨道极为拥挤，但很多人都忽视了人类航天器进入太空前这里并非空无一物。
人们都喜欢对着流星许愿，但流星其实并不稀罕。法国牵头的一个科学团队的研究结果显示，每年落到地球表面的微陨石合计约5200吨。
大量的小陨石和微流星日夜不停地落入地球大气层，这意味着即使在远离地球的L2轨道上，也很难躲避各种微流星带来的威胁。
实际上，微流星来自岩石和更大天体的分裂物，它们可能太阳系形成时就存在，也可能是后来彗星和小行星喷发或分裂出来的碎片。
虽然彗星巨大的尾巴很美丽，但很少有人知道彗星每一次接近太阳都会喷发出大量物体，成为新的太空微流星体。同时，彗星寿命末期还可能分裂解体产生大量微流星。
著名的狮子座流星雨就是坦普尔·塔特尔彗星喷发和分解出来的碎块颗粒进入大气层的结果。“韦伯”现在遇到的微流星撞击还只是刚开始，该望远镜在2023~2024年还要穿过哈雷彗星留下的微流星带，届时必定会面临更大考验。
辐射粒子威胁大
微流星是航天器面临的主要威胁之一，但太空的苛刻环境不是只有微流星，除了大家熟悉的真空环境外，高能辐射是其最主要的威胁。在太空中，辐射的来源包括太阳喷发的高能粒子，地球磁场捕获形成的辐射带，以及来自银河系的高能宇宙射线。
真空环境下，不少非金属材料在较高的温度下会产生汽化或分解，例如，大家常见的橡胶在190摄氏度下年分解率达到10%，尼龙和环氧树脂年分解率达到10%时则需要更低温度。
从这个意义上讲，太阳光的照射就能威胁到航天器上的部分材料。对于长期运行在太空的航天器而言，通过慎重选择外部材料，虽然不用担心高温造成的汽化分解，但太阳等天体发出的高能辐射，仍然是不可忽视的威胁。
航天员的健康是载人航天的重中之重，而载人航天器特别“怕”辐射危害。太阳耀斑会释放大量的紫外线和X射线，以及大量的高能质子，它的爆发既不规律也无法预测，太阳大耀斑的辐射剂量很强，如果保护不当，航天员可能出现辐射病甚至死亡。
银河宇宙射线能量很高更难防护，但它的年辐射剂量和一次太阳大耀斑相比少得多。幸运的是地球磁场屏蔽了多数来自太空的辐射，当位于地球的范艾伦辐射带之下时，再考虑到航天器有金属外壳，可以屏蔽一部分太空辐射，所以不需要采取特殊的防辐射措施，但航天器深空飞行的辐射防护就很棘手，这也是未来深空载人飞行的拦路虎之一。
太空辐射对无人航天器同样构成威胁，太阳的强烈紫外线、X射线和高能带电粒子，可能对航天器的部分载荷产生影响，尤其是强烈紫外线会加快有机物的分解。
对于一些空间天文设施，还需要对特殊部位进行屏蔽。同时，太阳耀斑和银河宇宙射线还可能对航天器的电子设备产生冲击，甚至导致航天器的电子设备失效。
防护手段的选项不多
太空环境十分苛刻，各国研制的航天器为抵御这样的恶劣环境，先后发展出了多种防御手段。
近地轨道不仅有天然微流星，还有人工产生的太空垃圾，航天器尤其是载人航天器都要采取必要的防护措施。目前，世界各国研制的航天器主要通过坚硬的金属外壳来硬抗冲击，确保气密舱不会被击穿。
无人航天器对防撞击的优先级较低，但也要采取一定措施。以美国哈勃太空望远镜为例，它的里奇-克莱琴（R-C）反射镜位于长长的镜筒内，镜筒本身起到了一定的保护作用。另外，它还有一个镜筒盖，必要时可以盖上，避免被微流星撞击。
相比运行在近地轨道上的“哈勃”，运行在L2晕轨道上的“韦伯”，面临的微流星密度要低得多。但是，“韦伯”标志性的网球场大小的防热罩，仍然专门考虑了抵御微流星撞击的技术，主要手段是粘合大量加强条形成“防撕裂”的网格，目的是保证微流星撞击产生的孔洞不会延伸到网格外。
至于“韦伯”的镜片，一方面是反射镜的划痕对成像影响不大，其发布的报告也证实了这一点；另一方面只能祈祷它不会遇到较大的微流星撞击。
另外，航天器要抵御来自太空的高能辐射威胁，目前主要靠硬扛。现役航天器的铝制金属外壳可以屏蔽一部分太空辐射，深空环境下的防护措施还有待实际检验。
美国宇航局针对高能带电粒子流和宇宙射线，还提出了舱内或舱外增加一层水来进行辐射屏蔽的想法。他们还有超导电磁铁产生强磁场构成辐射屏蔽的磁层罩概念，以降低太空辐射对航天员的危害。
对于无人航天器来说，辐射屏蔽要简单很多。例如，对抗高能粒子的单粒子效应，既有优中选优抗辐射的航天级芯片，也有以SpaceX公司为代表企业采用的多块商业芯片冗余措施。
此外，航天器设计还要综合考虑高能辐射对太阳能电池、蓄电池、绝缘材料以及电子器件的影响，通过抗辐射加固和冗余设计等措施，基本可以防御太空高能辐射的威胁。
欢迎扫码关注深i科普！
我们将定期推出
公益、免费、优惠的科普活动和科普好物！
北京
- 参加最新科普活动
- 认识科普小朋友
- 成为科学小记者
