空間碎片是指地球軌道上或再入大氣層的一切已失效人造物體,包括其碎塊或部件,俗稱“太空垃圾”。
空間碎片尺寸微小,卻對(duì)在軌空間站威脅極大。它們的飛行速度非??欤骄俣仁亲訌椀亩?。毫米級(jí)或微米級(jí)空間碎片侵入可能導(dǎo)致空間站性能下降,厘米級(jí)空間碎片侵入可能徹底損壞空間站。
要避免空間碎片損壞空間站,第一種辦法是被動(dòng)防護(hù),比如安裝防護(hù)板。第二種是主動(dòng)防護(hù),即開(kāi)展空間碎片的跟蹤觀測(cè),計(jì)算空間站與碎片發(fā)生碰撞的概率,一旦碰撞概率到達(dá)預(yù)警值,就讓空間站調(diào)整姿態(tài)進(jìn)行躲避。
空間站上的姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括控制力矩陀螺儀系統(tǒng)和推進(jìn)器反作用控制系統(tǒng),通常小角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)由前者實(shí)現(xiàn),大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)由后者實(shí)現(xiàn)。
“推進(jìn)器反作用控制”很容易理解,但“控制力矩陀螺儀系統(tǒng)”是什么呢?其實(shí),它的原理是通過(guò)改變轉(zhuǎn)子角動(dòng)量方向來(lái)產(chǎn)生控制力矩,從而調(diào)整空間站姿態(tài)。近幾十年來(lái),控制力矩陀螺儀系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于大型航天器,包括太空實(shí)驗(yàn)室和國(guó)際空間站。天宮空間站質(zhì)量達(dá)百余噸,其姿態(tài)控制難度在我國(guó)航天飛行任務(wù)中史無(wú)前例。天宮空間站使用的控制力矩陀螺儀是目前角動(dòng)量最大(達(dá)1500?!っ住っ耄┎⒉捎昧藘膳摗?+6”的配置。其中有6臺(tái)已安裝在核心艙大柱段與小柱段連接錐面外壁上,另外6臺(tái)則將安裝在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙。
有人會(huì)問(wèn),空間碎片好躲,那要是遇上小行星可怎么辦呢?在電影里面我們經(jīng)常會(huì)看到,宇航員一頓猛操作,駕駛航天器躲避小行星的撞擊。其實(shí),宇宙中的小行星并沒(méi)有那么危險(xiǎn),小行星之間相距相當(dāng)遙遠(yuǎn),它們的飛行軌跡也很難和航天器相交,大塊頭的小行星擊中航天器的概率其實(shí)微乎其微。