除了太空垃圾，它們也在威脅航天器！

不久前，美國宇航局、歐空局和加拿大航天局聯(lián)合發(fā)布評估報告，透露韋伯太空望遠鏡已經(jīng)遭受6次微流星撞擊，其中一次對C3鏡片的撞擊給望遠鏡帶來了無法糾正的事故。眾所周知，近地軌道上擁有大量的太空垃圾，而韋伯望遠鏡運行在距離地球150萬公里外的L2暈軌道上，也躲不開微流星的飛來橫禍。那么，宇宙中除了太空垃圾外，還有哪些東西會對航天器構成威脅呢？

天然流星帶來撞擊

2021年，美國宇航局發(fā)布消息稱，根據(jù)美國太空監(jiān)視網(wǎng)絡（SSN）的探測和跟蹤，地球軌道上至少有27000個太空垃圾。考慮到當時SSN只能探測到最小10厘米左右的近地軌道目標，所以實際的太空垃圾數(shù)量要遠比探測到的多。

我們都知道太空垃圾危害大，包括國際空間站和中國空間站都曾為了躲避太空垃圾而變軌。雖然太空垃圾導致地球軌道極為擁擠，但很多人都忽視了人類航天器進入太空前這里并非空無一物。

人們都喜歡對著流星許愿，但流星其實并不稀罕。法國牽頭的一個科學團隊的研究結果顯示，每年落到地球表面的微隕石合計約5200噸。

大量的小隕石和微流星日夜不停地落入地球大氣層，這意味著即使在遠離地球的L2軌道上，也很難躲避各種微流星帶來的威脅。

實際上，微流星來自巖石和更大天體的分裂物，它們可能太陽系形成時就存在，也可能是后來彗星和小行星噴發(fā)或分裂出來的碎片。

雖然彗星巨大的尾巴很美麗，但很少有人知道彗星每一次接近太陽都會噴發(fā)出大量物體，成為新的太空微流星體。同時，彗星壽命末期還可能分裂解體產(chǎn)生大量微流星。

著名的獅子座流星雨就是坦普爾·塔特爾彗星噴發(fā)和分解出來的碎塊顆粒進入大氣層的結果?！绊f伯”現(xiàn)在遇到的微流星撞擊還只是剛開始，該望遠鏡在2023~2024年還要穿過哈雷彗星留下的微流星帶，屆時必定會面臨更大考驗。

輻射粒子威脅大

微流星是航天器面臨的主要威脅之一，但太空的苛刻環(huán)境不是只有微流星，除了大家熟悉的真空環(huán)境外，高能輻射是其最主要的威脅。在太空中，輻射的來源包括太陽噴發(fā)的高能粒子，地球磁場捕獲形成的輻射帶，以及來自銀河系的高能宇宙射線。

真空環(huán)境下，不少非金屬材料在較高的溫度下會產(chǎn)生汽化或分解，例如，大家常見的橡膠在190攝氏度下年分解率達到10%，尼龍和環(huán)氧樹脂年分解率達到10%時則需要更低溫度。

從這個意義上講，太陽光的照射就能威脅到航天器上的部分材料。對于長期運行在太空的航天器而言，通過慎重選擇外部材料，雖然不用擔心高溫造成的汽化分解，但太陽等天體發(fā)出的高能輻射，仍然是不可忽視的威脅。

航天員的健康是載人航天的重中之重，而載人航天器特別“怕”輻射危害。太陽耀斑會釋放大量的紫外線和X射線，以及大量的高能質子，它的爆發(fā)既不規(guī)律也無法預測，太陽大耀斑的輻射劑量很強，如果保護不當，航天員可能出現(xiàn)輻射病甚至死亡。

銀河宇宙射線能量很高更難防護，但它的年輻射劑量和一次太陽大耀斑相比少得多。幸運的是地球磁場屏蔽了多數(shù)來自太空的輻射，當位于地球的范艾倫輻射帶之下時，再考慮到航天器有金屬外殼，可以屏蔽一部分太空輻射，所以不需要采取特殊的防輻射措施，但航天器深空飛行的輻射防護就很棘手，這也是未來深空載人飛行的攔路虎之一。

太空輻射對無人航天器同樣構成威脅，太陽的強烈紫外線、X射線和高能帶電粒子，可能對航天器的部分載荷產(chǎn)生影響，尤其是強烈紫外線會加快有機物的分解。

對于一些空間天文設施，還需要對特殊部位進行屏蔽。同時，太陽耀斑和銀河宇宙射線還可能對航天器的電子設備產(chǎn)生沖擊，甚至導致航天器的電子設備失效。

防護手段的選項不多

太空環(huán)境十分苛刻，各國研制的航天器為抵御這樣的惡劣環(huán)境，先后發(fā)展出了多種防御手段。

近地軌道不僅有天然微流星，還有人工產(chǎn)生的太空垃圾，航天器尤其是載人航天器都要采取必要的防護措施。目前，世界各國研制的航天器主要通過堅硬的金屬外殼來硬抗沖擊，確保氣密艙不會被擊穿。

無人航天器對防撞擊的優(yōu)先級較低，但也要采取一定措施。以美國哈勃太空望遠鏡為例，它的里奇-克萊琴（R-C）反射鏡位于長長的鏡筒內，鏡筒本身起到了一定的保護作用。另外，它還有一個鏡筒蓋，必要時可以蓋上，避免被微流星撞擊。

相比運行在近地軌道上的“哈勃”，運行在L2暈軌道上的“韋伯”，面臨的微流星密度要低得多。但是，“韋伯”標志性的網(wǎng)球場大小的防熱罩，仍然專門考慮了抵御微流星撞擊的技術，主要手段是粘合大量加強條形成“防撕裂”的網(wǎng)格，目的是保證微流星撞擊產(chǎn)生的孔洞不會延伸到網(wǎng)格外。

至于“韋伯”的鏡片，一方面是反射鏡的劃痕對成像影響不大，其發(fā)布的報告也證實了這一點；另一方面只能祈禱它不會遇到較大的微流星撞擊。

另外，航天器要抵御來自太空的高能輻射威脅，目前主要靠硬扛。現(xiàn)役航天器的鋁制金屬外殼可以屏蔽一部分太空輻射，深空環(huán)境下的防護措施還有待實際檢驗。

美國宇航局針對高能帶電粒子流和宇宙射線，還提出了艙內或艙外增加一層水來進行輻射屏蔽的想法。他們還有超導電磁鐵產(chǎn)生強磁場構成輻射屏蔽的磁層罩概念，以降低太空輻射對航天員的危害。

對于無人航天器來說，輻射屏蔽要簡單很多。例如，對抗高能粒子的單粒子效應，既有優(yōu)中選優(yōu)抗輻射的航天級芯片，也有以SpaceX公司為代表企業(yè)采用的多塊商業(yè)芯片冗余措施。

此外，航天器設計還要綜合考慮高能輻射對太陽能電池、蓄電池、絕緣材料以及電子器件的影響，通過抗輻射加固和冗余設計等措施，基本可以防御太空高能輻射的威脅。