不久前，美國(guó)宇航局、歐空局和加拿大航天局聯(lián)合發(fā)布評(píng)估報(bào)告，透露韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)遭受6次微流星撞擊，其中一次對(duì)C3鏡片的撞擊給望遠(yuǎn)鏡帶來(lái)了無(wú)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(yuǎn)鏡運(yùn)行在距離地球150萬(wàn)公里外的L2暈軌道上，也躲不開微流星的飛來(lái)橫禍。那么，宇宙中除了太空垃圾外，還有哪些東西會(huì)對(duì)航天器構(gòu)成威脅呢？
天然流星帶來(lái)撞擊
2021年，美國(guó)宇航局發(fā)布消息稱，根據(jù)美國(guó)太空監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)（SSN）的探測(cè)和跟蹤，地球軌道上至少有27000個(gè)太空垃圾?？紤]到當(dāng)時(shí)SSN只能探測(cè)到最小10厘米左右的近地軌道目標(biāo)，所以實(shí)際的太空垃圾數(shù)量要遠(yuǎn)比探測(cè)到的多。
我們都知道太空垃圾危害大，包括國(guó)際空間站和中國(guó)空間站都曾為了躲避太空垃圾而變軌。雖然太空垃圾導(dǎo)致地球軌道極為擁擠，但很多人都忽視了人類航天器進(jìn)入太空前這里并非空無(wú)一物。
人們都喜歡對(duì)著流星許愿，但流星其實(shí)并不稀罕。法國(guó)牽頭的一個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果顯示，每年落到地球表面的微隕石合計(jì)約5200噸。
大量的小隕石威脅大
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(yuǎn)離地球的L2軌道上，也很難躲避各種微流星帶來(lái)的威脅。
實(shí)際上，微流星來(lái)自巖石和更大天體的分裂物，它們可能太陽(yáng)系形成時(shí)就存在，也可能是后來(lái)彗星和小行星噴發(fā)或分裂出來(lái)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(yáng)都會(huì)噴發(fā)出大量物體，成為新的太空微流星體。同時(shí)，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(lái)的碎塊顆粒進(jìn)入大氣層的結(jié)果?！绊f伯”現(xiàn)在遇到的微流星撞擊還只是剛開始，該望遠(yuǎn)鏡在2023~2024年還要穿過(guò)哈雷彗星留下的微流星帶，屆時(shí)必定會(huì)面臨更大考驗(yàn)。
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(lái)源包括太陽(yáng)噴發(fā)的高能粒子，地球磁場(chǎng)捕獲形成的輻射帶，以及來(lái)自銀河系的高能宇宙射線。
微流星是航天器面臨的主要威脅之一
真空環(huán)境下，不少非金屬材料在較高的溫度下會(huì)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(dá)到10%，尼龍和環(huán)氧樹脂年分解率達(dá)到10%時(shí)則需要更低溫度。
從這個(gè)意義上講，太陽(yáng)光的照射就能威脅到航天器上的部分材料。對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行在太空的航天器而言，通過(guò)慎重選擇外部材料，雖然不用擔(dān)心高溫造成的汽化分解，但太陽(yáng)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(yáng)耀斑會(huì)釋放大量的紫外線和X射線，以及大量的高能質(zhì)子，它的爆發(fā)既不規(guī)律也無(wú)法預(yù)測(cè)，太陽(yáng)大耀斑的輻射劑量很強(qiáng)，如果保護(hù)不當(dāng)，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(hù)，但它的年輻射劑量和一次太陽(yáng)大耀斑相比少得多。幸運(yùn)的是地球磁場(chǎng)屏蔽了多數(shù)來(lái)自太空的輻射，當(dāng)位于地球的范艾倫輻射帶之下時(shí)，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(hù)就很棘手，這也是未來(lái)深空載人飛行的攔路虎之一。
太空輻射對(duì)無(wú)人航天器同樣構(gòu)成威脅，太陽(yáng)的強(qiáng)烈紫外線、X射線和高能帶電粒子，可能對(duì)航天器的部分載荷產(chǎn)生影響，尤其是強(qiáng)烈紫外線會(huì)加快有機(jī)物的分解。
對(duì)于一些空間天文設(shè)施，還需要對(duì)特殊部位進(jìn)行屏蔽。同時(shí)，太陽(yáng)耀斑和銀河宇宙射線還可能對(duì)航天器的電子設(shè)備產(chǎn)生沖擊，甚至導(dǎo)致航天器的電子設(shè)備失效。
防護(hù)手段的選項(xiàng)不多
太空環(huán)境十分苛刻，各國(guó)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(hù)措施。目前，世界各國(guó)研制的航天器主要通過(guò)堅(jiān)硬的金屬外殼來(lái)硬抗沖擊，確保氣密艙不會(huì)被擊穿。
無(wú)人航天器對(duì)防撞擊的優(yōu)先級(jí)較低，但也要采取一定措施。以美國(guó)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為例，它的里奇-克萊琴（R-C）反射鏡位于長(zhǎng)長(zhǎng)的鏡筒內(nèi)，鏡筒本身起到了一定的保護(hù)作用。另外，它還有一個(gè)鏡筒蓋，必要時(shí)可以蓋上，避免被微流星撞擊。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡安裝有鏡筒蓋
相比運(yùn)行在近地軌道上的“哈勃”，運(yùn)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(biāo)志性的網(wǎng)球場(chǎng)大小的防熱罩，仍然專門考慮了抵御微流星撞擊的技術(shù)，主要手段是粘合大量加強(qiáng)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(huì)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(duì)成像影響不大，其發(fā)布的報(bào)告也證實(shí)了這一點(diǎn)；另一方面只能祈禱它不會(huì)遇到較大的微流星撞擊。
另外，航天器要抵御來(lái)自太空的高能輻射威脅，目前主要靠硬扛?，F(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(hù)措施還有待實(shí)際檢驗(yàn)。
美國(guó)宇航局針對(duì)高能帶電粒子流和宇宙射線，還提出了艙內(nèi)或艙外增加一層水來(lái)進(jìn)行輻射屏蔽的想法。他們還有超導(dǎo)電磁鐵產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)構(gòu)成輻射屏蔽的磁層罩概念，以降低太空輻射對(duì)航天員的危害。
對(duì)于無(wú)人航天器來(lái)說(shuō)，輻射屏蔽要簡(jiǎn)單很多。例如，對(duì)抗高能粒子的單粒子效應(yīng)，既有優(yōu)中選優(yōu)抗輻射的航天級(jí)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(shè)計(jì)還要綜合考慮高能輻射對(duì)太陽(yáng)能電池、蓄電池、絕緣材料以及電子器件的影響，通過(guò)抗輻射加固和冗余設(shè)計(jì)等措施，基本可以防御太空高能輻射的威脅。
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