太空空間站是如何避免太空垃圾攻擊的？

歡迎大家收看本期的鵬楊科普，從人類航天起步以來，已經有超過9000顆衛星發射入軌，隨著近年來發射頻率爆炸性的增長，太空也變得越來越擁擠，除了目前運行在地球軌道上的衛星，地球周圍還漂浮著大約1億塊太空垃圾，其中絕大多數都小得無法追蹤，那麼太空中一個小小的物體會給太空飛行器帶來多大危害呢？我們又是如何保護國際空間站免受其害呢？這篇文章我們將了解太空撞擊的巨大威力，我們還將了解保護國際空間站的不同方法，以及我們是如何在地球上測試這些防護措施的。

這些飄蕩在地球周圍的物體中，我們能追蹤到那些比棒球大的太空垃圾，如果太空飛行器的運行軌道會與一塊太空垃圾相撞，那麼它可以執行並軌來防止自己被擊碎，但對於數百萬個無法追蹤的微小物體撞擊的結果也可能是災難性的，一滴0.2克的雨滴落下的能量大約是8毫焦耳，但同樣的雨滴以太空垃圾的速度飛行時就會有100萬倍的能量，即使它的速度只快了1000倍，因為在動能的公式中速度的影響更大，它和質量成正比也和速度的平方成正比，科學家們肯定是知道這一點的，在太空環境這些微小的撞擊無法避免，即使是極其微小的顆粒也會給太空飛行器帶來肉眼可見的撞擊影響，而來自地球軌道以外的微流星體速度更是能達到每秒20公裡，所以足球場大小的國際空間站一直暴露在太空垃圾的火力下。

太空人克裡斯曾在國際空間站上拍下過某塊太陽能帆板上子彈孔大小洞的照片，要保護向國際空間站這樣大的太空飛行器，人們沒有使用笨重的防護板，而使用的是美國天文學家惠普爾發明的簡單屏蔽外殼的惠普爾盾，惠普爾盾的結構是外層薄板，中間層有小空隙，內層厚板，外層材料並不會吸收多少撞擊的速度，但會把撞擊物粉碎成大量的細小碎片，讓動能分散在內層板上，大量更小的撞擊中，在某些地方使用的屏蔽盾中間層會使用比如凱芙拉縴維或者氧化鋁這種耐衝擊材料，為了在重量和防護等級中尋找平衡，國際空間站上有數百種不同的屏蔽設置，我們也會在地球上很好的模擬並測試類似的撞擊，為了創造出普通武器無法達到的軌道速度，60年代的科學家發明了氫氣槍，這種裝置的尾部使用爆炸物推動活塞壓縮密封腔內的氣體，腔體末端有一片爆破隔膜，會在特定壓力下破裂，破裂後迅速膨脹的氣體會讓物體加速到軌道速度。

碎片撞擊到物體時會很快減速下來，讓物體和碎片都被壓縮，當兩者壓力增加時溫度也會高到融化撞擊區域並氣化碎片，壓縮的過程還會產生衝擊波，可以摧毀整個這一部分的物質，這一切都是在瞬間發生的，國際空間站上的太空人根本無法察覺，現在研究又有了新的解決方案，可以為國際空間站帶來更好的保護，目前惠普爾盾的中間層使用的凱夫拉縴維或者氧化鋁這部分可以替換成一種具有孔洞發生快速自愈性的全新材料，具體來說就是把惠普爾盾的中間層替換成一種液體，當碎片高速穿過外層熱量和摩擦會讓液體流向孔洞，並在凝固時堵住孔洞，在對比測試中被擊穿的洞在不到一秒鐘就被堵上了，像這樣的屏蔽層還會在未來的研究中持續發展進步，更輕更容易替換的屏蔽層也會成為像飛往火星甚至更遠的旅程中的關鍵部分，好了，感謝收看本期的內容，更多精彩內容，請關注鵬楊科普。