如今，中國空間站已在軌安全運行一年多，經受住惡劣空間環境的嚴(yan) 峻考驗，保障了航天員安全順利出艙，成功完成多項空間科學任務——這些，都離不開航天科技集團五院總體(ti) 設計部空間碎片防護設計團隊。20年來，該團隊通過不懈探索與(yu) 努力，打造出固若金湯的防護“鎧甲”，為(wei) 中國空間站長期在軌安全運行提供了強大的空間碎片防護能力。

　　“空間碎片行動計劃”的源起

　　宇宙無垠，空間軌道資源卻並非無限。最具應用價(jia) 值的地球軌道主要集中在2000公裏以下的軌道區域，而這裏也成為(wei) 空間碎片的“集散地”。

　　空間碎片是指人類空間活動的產(chan) 物，包括完成任務的火箭箭體(ti) 和衛星本體(ti) 、火箭的噴射物、在執行航天任務過程中的拋棄物、空間物體(ti) 之間碰撞產(chan) 生的碎塊等，是空間環境的主要汙染源。

　　“載人飛船是典型的低軌道航天器，其軌道所處區域空間碎片密度較大，碎片的撞擊對飛船運行的可靠性和安全性構成嚴(yan) 重威脅。特別是當航天員進行艙外活動時，由於(yu) 失去了艙壁的保護，碎片撞擊的危害會(hui) 更加嚴(yan) 重，甚至直接威脅到航天員的生命安全。”航天科技集團五院動力學專(zhuan) 家曲廣吉介紹。

　　1993年，全世界主要航天國家發起成立了機構間空間碎片協調委員會(hui) （IADC），空間碎片問題正式進入世界航天領域的研究範疇。2000年，在國家財政的支持下，國防科工委組織實施了“空間碎片技術研究”專(zhuan) 項，並製定了“空間碎片行動計劃”。

　　從(cong) 無到有，天宮一號經受住考驗

　　從(cong) 2002年起，航天科技集團五院總體(ti) 設計部曲廣吉、楊雷、閆軍(jun) 等專(zhuan) 家敏銳地察覺到空間碎片領域對未來載人航天的重要性，迅速開始組建團隊，逐漸形成以航天科技集團五院動力學專(zhuan) 業(ye) 研發副總師閆軍(jun) 研究員為(wei) 帶頭人、老中青技術骨幹為(wei) 主的技術力量，全麵啟動了空間碎片領域的技術儲(chu) 備進程。

　　當時，國內(nei) 有空間碎片防護概念的人寥寥無幾，相關(guan) 技術資料也屈指可數。於(yu) 是，在每周一次的技術討論會(hui) 上，大家暢所欲言，分享最新獲得的信息，表達自己的感悟和困惑，讓思想的火花在交流碰撞中盡情迸發。短短幾年，團隊完成一係列相關(guan) 課題項目，突破數學建模、編程語言開發、編程算法推演等多項關(guan) 鍵技術，成功開發出“空間碎片風險評估與(yu) 防護設計軟件”，相關(guan) 成果得到國際同行的認可。

　　2005年，在天宮一號初樣設計之際，團隊多次匯報空間碎片的危害及對策。型號總指揮、總設計師經過慎重考慮，決(jue) 定在天宮一號上率先開展空間碎片防護設計，並指定由他們(men) 來承擔天宮一號空間碎片評估及防護設計的全部工作。

　　麵對空間碎片防護技術的首次工程應用，團隊成員們(men) 如履薄冰，多次向總體(ti) 設計師、結構設計師、熱控設計師們(men) 請教與(yu) 溝通，深入了解總體(ti) 和分係統設計需求。為(wei) 了盡量減少重量，他們(men) 通過大量試驗，大膽提出利用輻射器擔當部分防護功能的思路，充分利用艙外原有的輻射器作為(wei) 防護板，在隻增加支撐柱重量的情況下，把艙體(ti) 防護能力提高了3倍多。同時，通過把輻射器管路更改為(wei) 內(nei) 藏式設計，顯著減小了輻射器管路的單點失效概率。在航天科技集團五院新飛船試驗船技術負責人楊雷看來，天宮一號的防護設計，“完美結合了超高速撞擊防護理念與(yu) 工程中簡單、經濟、可靠等原則”。

　　2011年9月29日，天宮一號發射成功。作為(wei) 我國首個(ge) 使用空間碎片防護設計的航天器，天宮一號於(yu) 在軌四年半的時間裏經受住空間碎片環境的考驗，表明我國空間碎片防護技術取得重大突破。

　　防護設計新進程全麵啟動

　　在天宮一號防護工程實踐快要收官時，該團隊又開始著眼我國載人航天三期工程，針對空間站更長的在軌時間、更大的組裝規模、更苛刻的防護需求，全麵啟動了防護設計新進程。

　　他們(men) 以自主可控和可持續發展為(wei) 宗旨，提出“材料立足國內(nei) 、指標對標國際”的研發原則，決(jue) 定開發性能更先進的複合材料填充式防護結構。

　　第一關(guan) 要攻克材料問題。“我們(men) 獨辟蹊徑提出了‘基於(yu) 衝(chong) 擊壓力的防護材料評估方法’，定量評估材料防護性能，從(cong) 國內(nei) 幾十種複合材料中篩選出具有防護潛力的兩(liang) 種材料，後續撞擊試驗與(yu) 前期評估結果完全吻合。”閆軍(jun) 說。

　　關(guan) 鍵的第一關(guan) 突破後，他們(men) 又通過數百次數值仿真計算和試驗，掌握了複合材料的重量和位置等參數對防護性能的影響規律。後續，設計師就可以根據需求輕鬆設計出擁有最優(you) 性能的防護結構。“目前，先進防護結構已成功應用於(yu) 天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙的防護，我國空間站防護結構的性能指標達到國際先進水平。”閆軍(jun) 表示。

　　　　（光明日報北京9月18日電）