一名遠征40任務的宇航員指著2014年國際空間站圓形圓頂窗戶上留下的標記——流星體。(Image credit: NASA)
（神秘的空間地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（By Elizabeth Howell）：太空垃圾時常會妨礙國際空間站的運行。
國際空間站(ISS)自1998年以來一直在軌道上運行，站多空間碎片已經(jīng)迫使其進行了數(shù)十次規(guī)避操作。久躲根據(jù)美國宇航局2022年12月的避次一份報告，自1999年以來，太空國際空間站已經(jīng)32次修正自己的垃圾航向，以避開衛(wèi)星和可跟蹤的國際空間碎片。
微流星體或空間碎片的空間撞擊已經(jīng)記錄在俄羅斯進步號和聯(lián)盟號飛船以及加拿大2號等空間機器人上，以及面向地球的站多環(huán)繞式圓頂窗口上。但是久躲，隨著越來越多的避次衛(wèi)星被發(fā)射到太空，空間碎片問題越來越嚴重，太空增加了與國際空間站或相互碰撞的垃圾風險。已知的國際太空垃圾已經(jīng)迫使國際空間站進行回避操作，要求宇航員躲避，甚至取消太空行走。
國際空間站何時必須躲避碎片？
距離地球約250英里(400公里)的國際空間站軌道比以往任何時候都更加擁擠。這部分是因為衛(wèi)星的數(shù)量在增加，部分是因為太空垃圾。
美國宇航局的長期指導方針要求，如果任何衛(wèi)星進入空間站軌道周圍的“披薩盒”形狀的空間區(qū)域，國際空間站必須進行機動。根據(jù)機構官員的說法，這個盒子大約是2.5×30×30英里(4×50×50公里)，國際空間站位于中心。(軌道平面上的可跟蹤物體直徑約為2英寸(5厘米)，但鑒于軌道上的物體速度很高，即使是油漆斑點也會造成問題。)
“當預測表明任何被跟蹤的物體將通過足夠近的距離，并且跟蹤數(shù)據(jù)的質量被認為足夠準確時，休斯頓和莫斯科的任務控制中心將共同努力制定謹慎的行動方針，”該機構官員在2021年5月的國際空間站規(guī)避程序中寫道。

這些來自美國宇航局和加拿大航天局的圖像顯示了國際空間站Canadarm2機械臂上的空間碎片撞擊的位置，該撞擊于2021年5月12日發(fā)現(xiàn)，并于5月28日發(fā)布。(Image credit: NASA/Canadian Space Agency)
太空垃圾問題有多嚴重？
憂思科學家聯(lián)盟截至2022年5月跟蹤了5465顆活躍衛(wèi)星，比僅6個月前(2021年12月)的4852顆記錄衛(wèi)星增加了12%。(他們的信息來自聯(lián)合國外層空間事務辦公室經(jīng)常更新的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。)
華盛頓特區(qū)工會代表史蒂文·楊(Steven Young)在2022年3月寫道，目前在軌運行的衛(wèi)星數(shù)量“令人震驚”。他說:“今年(2022年)發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量超過了僅僅六年前的2016年運行衛(wèi)星的總數(shù)。”。
絕大多數(shù)新衛(wèi)星來自SpaceX，該公司的目標是在近期內在低地球軌道上擁有至少12，000顆可運行的Starlink寬帶衛(wèi)星，并已申請批準增加3萬顆衛(wèi)星。SpaceX表示，它已經(jīng)制定了讓Starlinks擺脫困境的程序。
“為了以可擴展的方式實現(xiàn)安全的太空行動，SpaceX公司開發(fā)并為每顆SpaceX衛(wèi)星配備了機載自主防撞系統(tǒng)，確保它能夠機動以避免與其他物體發(fā)生潛在碰撞，”公司官員在2022年2月的更新中寫道。盡管如此，Starlink的數(shù)量還是很多。
根據(jù)哈佛-史密森天體物理中心的空間物體追蹤器喬納森·麥克道爾維護的一份表格(在新標簽中打開)，截至2023年3月，SpaceX自2019年第一個Starlink組以來，已在軌道上發(fā)射了約4000顆衛(wèi)星。麥克道爾2020年4月的一篇同行評議論文補充說，近幾年來，低地球軌道衛(wèi)星的“數(shù)量急劇增加”，這幾乎完全是Starlink的結果。他的論文顯示，Starlink的軌道各不相同，但有些軌道的高度低至211至217英里(340至350公里)，接近國際空間站的高度。
2023年2月，當被問及如果Starlink以及OneWeb和亞馬遜Kuiper的其他星座完全建成，軌道上的情況將會如何時，麥克道爾告訴Space.com說:“這將像一條州際公路，在暴風雪的高峰時間，每個人都開得太快了?！?除了有多條州際公路相互交叉而沒有紅綠燈."

歐洲航天局動畫中圍繞地球的空間碎片和運行衛(wèi)星。(Image credit: ESA)
2021年8月，南安普頓大學航天研究小組的負責人、歐洲領先的空間碎片專家休·路易斯(Hugh Lewis)告訴space，Starlink衛(wèi)星是低地球軌道碰撞風險的單一主要來源。Lewis的工作基于CelesTrak提供的Socrates數(shù)據(jù)庫(衛(wèi)星軌道會合報告評估太空中的威脅遭遇)。該數(shù)據(jù)庫發(fā)布有關衛(wèi)星軌道的信息，并為碰撞估計建立其軌道模型。
“我查看了2019年5月Starlink首次推出時的數(shù)據(jù)，以了解這些巨型星座的負擔，”Lewis在2019年告訴Space.com?！皬哪且院?，Socrates數(shù)據(jù)庫中的相遇次數(shù)增加了一倍多，現(xiàn)在Starlink占了所有相遇次數(shù)的一半?！?br>此外，超過65年的衛(wèi)星和空間發(fā)射在低地球軌道留下了數(shù)不清的數(shù)千塊空間碎片。一些碎片是報廢的衛(wèi)星，而一些是碰撞的碎片，還有一些是太空活動如級間分離時散落的碎片。
根據(jù)SpaceTrack.org的數(shù)據(jù)，截至2023年3月，北美航空航天防御司令部(NORAD)正在跟蹤超過47，000個太空物體。更多的位元太小，以目前的技術也無法追蹤。任何“死亡”的碎片都不能改變它們的軌道，而且目前還沒有清理它們的明確計劃，任何接近國際空間站的行為都讓控制人員別無選擇，只能讓開。
國際空間站如何躲避碎片？
如果給予足夠的通知，發(fā)射到國際空間站的貨運車輛會攜帶額外的燃料，以便在需要時可以啟動推進器并調整空間站的軌道，以幫助實驗室綜合體避免空間碎片。根據(jù)美國宇航局的一份聲明，一個例子是在2022年10月25日，俄羅斯控制人員向一艘附屬的貨船Progress 81發(fā)射推進器，持續(xù)了5分零5秒，以避免碎片。
NASA官員當時寫道，這一動作將國際空間站在遠地點(離地球最遠的點)的高度提高了0.2英里(0.32公里)，在近地點(離地球最近的點)的高度提高了0.8英里(1.3公里)，對空間站的正常運行沒有影響。
這些碎片是俄羅斯在2021年11月15日進行的破壞性反衛(wèi)星試驗的一部分，該試驗受到了國際譴責。測試產生的碎片已經(jīng)無數(shù)次靠近國際空間站和Starlink衛(wèi)星，例如在2022年6月，空間站不得不機動以避開破碎的宇宙1408衛(wèi)星的碎片。
美國宇航局還在建立備份能力，以與美國航天器一起進行演習，特別是在2022年2月24日開始的俄羅斯與烏克蘭的戰(zhàn)爭之后。國際空間站的運行基本正常，但俄羅斯可能會在2028年離開⁠—的軌道綜合設施，這比美國宇航局預計在2030年結束國際空間站的運行至少提前了兩年。在這種情況下，進步助推器將不再能夠推動空間站擺脫碎片，所以美國宇航局要求諾斯羅普·格魯曼公司的天鵝座貨船在2022年6月25日進行測試燃燒。經(jīng)過兩次嘗試才完成，但飛船成功地將國際空間站推進到正常運行高度。

2022年10月28日，俄羅斯的進步82號貨運飛船與國際空間站的泊斯克艙對接。像這樣的航天器可以燃燒發(fā)動機來提升或改變國際空間站的軌道。(Image credit: NASA)
如果國際空間站不能及時躲閃，乘員如何躲避？
如果機組人員沒有得到足夠的通知，或者如果跟蹤數(shù)據(jù)有些不精確，美國宇航局和其他合作伙伴將向國際空間站的機組人員發(fā)出命令，讓他們躲在他們的逃生艙中。
所有宇航員都在飛船上分配了座位，無論是SpaceX的Dragon還是俄羅斯的Soyuz太空艙，他們都可以在緊急情況下乘坐回家。在這種情況下，國際空間站的工作人員穿上宇航服，在他們的飛行器內等待碎片事件的結果；一個著名的例子是2021年11月，一塊疑似ASAT碎片飛到國際空間站附近。
“這種[遮蔽程序]允許有足夠的時間通過在發(fā)生破壞性碰撞時關閉艙門來隔離這些飛船，”美國宇航局官員在2021年5月關于空間碎片和國際空間站的討論中寫道?！叭绻鲎矊е律S持模塊失去壓力或損壞關鍵部件，宇航員將能夠離開空間站。在緊急情況下，航天器充當船員的救生艇
2022年12月14日至2023年2月25日期間，當一次微流星體撞擊導致一艘名為MS-22的對接聯(lián)盟號發(fā)生毀滅性泄漏時，美國宇航局和俄羅斯不得不共同制定國際空間站撤離的備用計劃。出事的飛船沒有可用的冷卻劑，三名被指派的宇航員中只有兩人可以安全地乘坐飛船回家。國際空間站緊急情況下的備用計劃是將第三個聯(lián)盟號座椅，即美國宇航局宇航員弗蘭克·盧比奧的座椅，安裝在四名宇航員下方的“龍耐力”號的地板上。然而，一艘新的聯(lián)盟號于2023年2月25日抵達，替換受損的航天器，因此這一緊急情況不需要上演。
躲避碎片的成本和復雜性
美國宇航局2023年3月10日發(fā)布的一份關于解決空間碎片的報告(在新標簽中打開)也估計了在遇到麻煩時操縱國際空間站的成本和復雜性。基于大量的公共信息來源，報告稱每個演習需要兩個人時的風險分析。也就是說，只有一小部分關于“會合”或與太空垃圾近距離相遇的可能信息需要改變國際空間站的軌道(作者估計約為2%)。
大約需要154磅(70公斤)的推進劑來推進空間站，然后再需要154磅(70公斤)來降低它。然而，這個數(shù)字假設10%的推進劑會被浪費掉。(這種浪費來自討論國際空間站有時需要進行逆行或逆向運動以避開太空垃圾的歷史速率的平均值，因為抵消其軌道運動需要大量燃料。)
報告稱，根據(jù)每公斤7萬美元的貨物成本，這一數(shù)字是從美國宇航局監(jiān)察長辦公室2018年的一份報告中獲得的，每次躲避碎片的成本約為100萬美元。該報告稱，這些事件對國際空間站運營的影響很小，因為國際空間站工作人員的庇護活動很少，而且“由于風險分析和機動能力的提高，不太可能需要這些措施”。但是碎片撞擊本身的代價可能更高。

2022年12月14日，一顆明顯的微流星體撞擊了一艘俄羅斯聯(lián)盟號飛船，導致冷卻劑泄漏，當時該飛船正?？吭趪H空間站。(Image credit: NASA)
根據(jù)美國國家航空航天局報告作者引用的1997年國家研究委員會的報告，如果國際空間站被物體擊中，它的設計確實允許它承受“相當于直徑1厘米的鋁球”。
2023年的報告假設撞擊將來自直徑在0.4英寸到4英寸(1厘米到10厘米)之間的物體。修復這樣一個碎片穿孔的成本將至少是2億美元，根據(jù)OIG引用貨物再補給任務的典型成本的數(shù)字(因為航天器需要攜帶必要的維修材料前往國際空間站。)但考慮到眾多因素，如船員時間和損失的科學時間，或對非核心國際空間站元件如對接宇宙飛船的潛在維修，成本可能會高得多。
美國宇航局及其空間站合作伙伴已經(jīng)制定了應對國際空間站緊急情況的程序，但軌道上不斷增加的空間碎片有時確實會導致軌道復雜的問題。批評者說，關鍵是首先避免太空垃圾，盡快清理現(xiàn)有的太空垃圾，并盡可能減少衛(wèi)星發(fā)射的數(shù)量。目前還不清楚太空當局將如何管理地球上方擁擠的軌道，但可以肯定的是，國際空間站的運營商將繼續(xù)密切關注麻煩。