空间碎片的产生和现状
图1 地球轨道的航天器和空间碎片【1】（图片源于网络）
1.1
空间碎片的缘起
空间碎片一般是指人类的空间活动的产物【1】，例如完成发射任务的火箭上面级，报废的卫星，人造航天器的抛弃物，太空试验后的碎片等，还有被地球引力捕获的微流星等。
较大的空间碎片一般有两类，第一种是完成任务的运载火箭的残骸。比如我们的长征系列火箭，每次发射都会有一个上面级，在卫星分离后留在轨道上，其中一部分会随着时间流失慢慢坠落，但有些会是永远留在太空里。第二种是已经报废的卫星，最典型的就是东方红一号，在完成任务后变成空间碎片。
图2 芯片卫星（Chipsat）【2】
较小的空间碎片来源有很多，第一种是人造天体的分离物，比如爆炸螺栓的碎片；第二种是报废的微纳卫星，例如欧洲试验用的手机卫星或者芯片卫星，一般≤10cm；第三种是航天器爆炸产生的碎片；第四种是航天器撞击产生的碎片。
其中第三种和第四种原因产生的碎片是空间碎片的主要来源，也被统称为航天器解体，据统计，截止2007年8月，共有194次航天器解体时间被确认【3】。
1.2
空间碎片的现状
截至2019年7月，人类把8461颗航天器送入轨道，其中5029颗航天器在轨，其中只有1000多颗还在正常工作，其余的都已经变成了空间碎片【4】。目前，在轨空间碎片的质量达到几千吨。
图3 空间碎片数量增长图（NASA）
图4 空间碎片环境变化（NASA）
空间碎片的危害
2.1
空间碎片对航天器的危害
事实上，空间碎片的尺寸范围是非常大的，从0.1mm量级直至100mm量级。对于100mm以上的空间碎片，通常可通过观测掌握和预测运动轨迹，进而主动规避避免相撞。但实际上，对于最近十几年蓬勃发展的微纳卫星来说，变轨几乎是不可能的。
空间碎片的危害的原因是源于碎片和航天器之间极大的相对速度，众所周知，如果想要逃离地球就需要达到第一宇宙速度（7.9km/s）,一般来说，高铁的速度是是360km/h。而一个航天器同空间碎片相撞的速度可能是7.9km/s*2，是15.8km/s，也可能是15.8*3600km/h！
空间碎片的具体危害有如下几点：
根据nasa的研究，当空间碎片的能量达到40j/g的时候，航天器将解体【5】；
击穿乘员舱和其他压力舱，进入舱体的撞击残骸对乘员、内部设施造成伤害，铝制剥落物还可能引起火灾【3】；
击穿舱壁导致舱壁裂纹增长、最终解体；
击穿压力贮箱、液体贮箱，导致舱内压力、温度变化，能量损失甚至发生化学反应或爆炸；
击穿散热器和太阳能电池板，分别造成工作液体流失和电路短板，最终导致任务失败；
高速撞击产生的飞溅物体留在轨道上，对后续飞行构成威胁。
2.2
空间碎片的其他危害
2019年开始，太空探索公司“星链”计划以每个批次60颗的数量陆续发射了几百颗卫星，引起了美国天文学会的关注，原因是因为大量的人工天体，污染了星空，以至于，后来的星链卫星都增加“遮阳罩“，避免对天文观测造成干扰。
同样，一些大尺寸的空间碎片也在污染我们的星空。
图5 星链卫星（图片源于网络）
空间碎片的处理与避免
3.1
空间碎片的检测和预警
为了规避空间碎片的损害，首先要对现有空间碎片进行监测，然后对运动参数进行估计和计算测量轨道，然后建立预警模型进行预警，NASA使用Ordem软件进行空间碎片预警，目前已更新至Ordem3.1版。
3.2
空间碎片的清理
目前，很多组织和国家鼓励和进行空间碎片的清除工作，目前有的已经实施，有的还是处于构想阶段。主要有以下几种：
使用抓勾，如瑞士航天中心的“太空清洁一号”；
图6 CleanSpace One项目（图片源于网络）
用网，如日本宇航局和日东制网株式会社合作的项目，RemoveDEBRIS等；
图7 萨里大学的项目（图片源于网络）
使用太阳帆，如萨里空间中心的‘立方帆‘技术；
图8 使用太阳帆将航天器（碎片）带回地球（图片源于网络）
使用激光， 激光烧蚀法可以通过将太空碎片撞出地球大气层，然后将碎片摧毁，目前德国和美国相关项目发展较快。
参考资料：
【1】 https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E9%97%B4%E7%A2%8E%E7%89%87/150033
【2】 https://tech.qq.com/a/20160603/016286.htm
【3】 空间碎片_流星粒子对空间站的危害与对策
【4】 https://www.sohu.com/a/324896692_422567
【5】 航天器解体模型研究综述
【6】 https://zhuanlan.zhihu.com/p/172121148
【7】 https://mil.sohu.com/20140722/n402680856.shtml
