歷史上和今天的載人空間站，都運行在近地軌道。這裡是大多數人類航天器與有效載荷工作的地方，但軌道上可見的物體中大約70%為空間碎片。空間碎片與高真空、極端溫度、宇宙射線等要素一起，構成了載人航天器的空間環境。
早期的載人航天器設計重點在於克服真空和高低溫，獲得人所需的大氣環境——包括適宜的溫度、濕度和大氣成分，因此主結構都設計為類似壓力容器的“罐子”即密封艙，艙內靠溫濕度控制和生命保障設備營造一個滿足載人條件的小環境。這個金屬罐子同時也具備了一定的屏蔽空間輻射環境和帶電粒子的能力。為了均衡技術難度和研製成本，對空間環境適應性強的設備設施配置到密封艙外，按功能和工作需求集成為類似人造衛星的非密封艙段，與密封艙共同組成完整的載人航天器。
隨着人類航天活動愈加頻繁，空間碎片問題凸顯。近年來，衛星不乏被空間碎片擊中受損、失效甚至解體的案例，中外載人空間站在主動規避碎片的情況下仍然發生過被擊中的情況。
國際社會制定了相應準則，敦促各國在航天器設計、發射和運行中採取措施，減少空間碎片的産生。一些航天團隊提出了機械臂抓取、飛網捕獲、激光推移、離子束推方法等移除空間碎片的方案，但這些技術都處於概念階段，大規模應用為時尚早。空間碎片仍然是載人航天器重要設備、尤其是密封艙面臨的首要破壞性威脅，碰撞幾乎是不可避免的。
作為確保載人安全性的重要方面，空間站針對空間碎片威脅進行了專門設計。這些設計覆蓋材料、部件、系統和任務層面，承載了航天器與空間環境相互作用的載人航天工程系統理念。這些設計為空間站提供了有效應對碎片的盾牌與法則，並將進一步挖掘空間站主動作為、降低碎片撞擊風險的潛力。
擊水中流不畏其險，因為我們不僅有探索宇宙的勇氣，更有追尋、掌握與應用空間規律的智慧。
地球不同軌道上的空間碎片態勢（圖源：Pablo Carlos Budassi/維基百科）
空間站面臨的空間碎片環境
1、人為因素對空間環境的影響
人類早期太空活動需要提防的撞擊，主要來自宇宙天體自然形成的微小流星。對於廣闊的地球軌道空間而言，流星體的數量密度並不大而當時的航天器數量極少，流星體擊中在軌運行航天器的可能性很小。而且，絕大多數流星體都是迅疾地“擦肩而過”，極少會有被地球引力俘獲而長時間停留在地球軌道上的情況。因此，航天器被天然流星體擊中的概率基本可忽略。
今天，對航天器形成撞擊威脅的主要是人造天體形成的空間碎片。有資料表明，隨着人造物體入軌數量的增加以及碎片自身解體與相互碰撞破碎，地球軌道上人類製造的空間碎片從1960年代末的數百片已經激增到目前的上億個。根據歐洲航天局空間碎片辦公室（ESA's Space Debris Office）2023年提供的估算數據，地球軌道上尺寸在10cm以上空間碎片約有36500個,1～10cm之間的約100萬個,1mm～1cm之間的約1.3億個。在討論碰撞及其影響時，微流星和軌道碎片（micro-meteoroid & orbital debris/MMOD)可以被歸為一類，統稱為空間碎片。
北美防空司令部(NORAD)自1957年蘇聯發射第一顆人造衛星普特尼克一號（Sputnik 1）起開始對空間目標進行編號和跟蹤。ESA所屬空間碎片辦公室（Space Debris Office）公開的資料表明，2021年美國空間監視網（Space Surveillance Networks）保持跟蹤、編目的在軌碎片約28600個。
此外，衛星特別是微小衛星的增多和大型、巨型星座的建設運行，導致大量機動能力有限且相互之間完全“陌生”的衛星形成了又一類碰撞危險源，同樣産生與“空間碎片”等效甚至更為嚴重的影響。
空間碎片激增（圖源：JagranJosh/NASA）
從來源上分，載人航天器在300~500km高度的運行軌道上面對的碎片威脅包括以下幾類：
（1）失效衛星和航天器殘骸
失效衛星、火箭末級和碰撞或爆炸形成的星箭殘骸，是真正意義上的“碎片”。這類不受控的碎片形態各異、姿態紊亂，即使觀測到了也很難、或者説不可能準確預測其飛行軌道，只能獲得有一定偏差量的預估數值。
在300~500km高度，大氣對航天器産生的阻力是可觀的，例如空間站每隔2~3個月需要進行軌道維持機動，才能始終保持在一定高度。這些無控的碎片受大氣阻力影響，軌道高度在整體趨勢上會逐漸衰減。但也因如此，更高軌道的碎片也會逐漸降軌到造成更大威脅的高度層。
碎片還會因意外事件突然産生和增多，比如在軌衛星解體。最近的此類事件發生在今年6月26日，一顆已經退役的俄羅斯衛星在軌解體，地面觀測到它突然産生了100多塊碎片。國際空間站上的9名航天員按避險程序緊急撤離到飛船中躲避了約一個小時，碰撞警報解除後才回到空間站恢復正常起居和工作。
碎片撞擊本身也是大量新碎片産生的原因。2009年2月，已退役報廢14年的宇宙2251衛星和在役的銥星33相撞。這一世界上首起兩顆在軌衛星發生碰撞的事件導致兩顆衛星全毀，産生的新碎片超過2200枚。美國科學家唐納德 J 凱斯勒（Donald J. Kessler）1978年提出的“凱斯勒效應”（Kessler Syndrome）即在軌物體碰撞引發的連鎖效應成為現實，似乎已並不遙遠。
宇宙2251衛星和銥星33撞擊事件碎片分析效果圖（圖源：JagranJosh）
（2）非合作關係的在役航天器
互相未知、無合作關係的在役衛星，也可能成為彼此的“空間碎片”。
近年來微小衛星入軌數量激增，尤其是利用電推進作為動力的小衛星主動變軌、迅速機動的能力是非常有限的。有些試驗性的立方星甚至完全沒有變軌能力，在其短暫的試驗周期結束後即形成無控的太空垃圾。
更重要的是，空間站和衛星之間、衛星與衛星之間，互相是不知曉對方的。而且這些航天器的控制權分屬不同國家不同部門，待地面監控發現碰撞危險，還需通過各種協調手續甚至外交渠道，才能讓各自的控制中心相互配合，制定協調的規避方案（比如雙方都機動或一方動另一方不動）並實施避讓。
天上衛星的運行不會等待地面漫長的協調過程。2019年，一顆法國衛星與一顆星鏈衛星有相撞風險，協調未果，法國衛星最終主動避讓。也有協調成功的案例：2021年3 月 30 日，一顆星鏈衛星和 一顆OneWeb衛星運行接近，經兩家公司協商達成一致，由OneWeb衛星實施機動，成功避讓。
“新航天”催生了大規模衛星星座的部署，星座衛星數量從銥星的數十到OneWeb的數千、直至星鏈的數萬。全球主要大型星座計劃部署的衛星數量，甚至超過了目前的空間碎片編目數量。
星鏈在軌衛星已超過6000顆（圖源：satellitemap.space）
（3）載人飛行器本身的直接“貢獻”
人的活動直接影響環境，這種影響伴隨人的足跡進入了太空。
由於操作失誤，航天員將一些物品遺落在了太空中。1965年6月3日，美國第一次（也是世界第二次）出艙活動中，雙子星4號航天員愛德華·懷特（Edward White）剛開艙門就掉落了一隻備用手套。2008 年和2017年，國際空間站都有過航天員在艙外作業中遺失工具的情況。最近報道的一次發生在2023年11 月 2 日，NASA航天員茉莉・莫格貝利（Jasmin Moghbeli）和洛拉爾・奧哈拉（Loral O’Hara）在進行艙外維修時不慎讓一個工具包漂到了太空中。
一些廢棄設備被有意丟棄在軌道上。早期的太空飛行似乎沒有環保概念，畢竟那時的太空是真的空曠。1966年7月20日雙子星10號第2次出艙活動和1966年11月14日雙子星12號第3次出艙活動中，航天員都曾扔掉廢棄設備。
隨着航天活動的發展，出於技術難度考慮，一些空間活動産生的廢棄物沒有靠飛行器回收，而是受控丟棄。1979年8月15日，禮炮6號的蘇聯航天員弗拉基米爾·利亞霍夫（Vladimir Lyakhov）和瓦列裏·柳明（Valeri Ryumin）的出艙任務是丟棄KRT-10射電望遠鏡蝶形天線。1984年5月19日，禮炮7號航天員列奧尼德·齊茲米（Leonid Kizim）和 弗拉基米爾・索洛維約夫（Vladimir Solovyov）在更換了空間站太陽電池陣後，將新太陽陣的包裝箱和舊太陽陣都扔到了軌道上，並專門選擇釋放方向以控制丟棄物的軌道，防止與空間站相撞。最近引起關注的在太空有意扔垃圾事件發生在2021年3月，國際空間站上2.9噸重的舊電池及其托盤被丟棄。這個龐然大物倒是沒有傷害到在軌飛行器，但它再入大氣層後殘余的一枚重約1kg的金屬塊今年3月8日撞穿了美國佛羅裏達州一所房子的屋頂和兩層樓。
還有些特殊的人造物體被有意釋放。2006年11月，俄羅斯航天員米哈伊爾•秋林（Mikhail Tyurin）為了執行俄羅斯航天局的廣告項目，在國際空間站外打出一桿太空高爾夫球。這個特製的高爾夫球內部安裝了定位系統以便地面觀測跟蹤，就像是一顆微型衛星。這是最簡單的“環保措施”，即設法讓人造天體“可見”，使其至少可被跟蹤監視，而不是成為看不見的危險源。對1U立方星的使用限制和要求也是出於這種考慮。
2023年11月2日國際空間站出艙活動中掉落的工具包（圖源：NASA/JSC）
2、空間碎片對載人空間站的影響
2013年的好萊塢電影《地心引力》以空間碎片撞毀國際空間站的場景開頭，去年上映的俄羅斯電影《挑戰》也設置了航天員因空間碎片受傷、需要地面派醫生上天的故事背景。
實際上，空間碎片襲擊空間站造成的損傷已經真實發生在各國載人飛行任務中，其危險程度並不亞於文藝作品。
（1）作為“碎片敏感型”的空間站
相比無人航天器，載人空間站更“怕”空間碎片。
——空間站面臨的空間碎片環境
空間站的軌道高度通常在350km~450km之間。
在星鏈這樣的巨型星座部署之前，地面可觀測編目的空間目標（絕大多數是空間碎片）有大約3/4分佈在300km~1600km的軌道範圍。300km以下大氣阻力大，碎片會迅速墜落；1600km以上則即將進入並非衛星常用軌道的范艾倫輻射帶（Van Allen radiation belts），自然也不會産生太多碎片。再高的碎片集中區就是半地球同步軌道的20000km和地球同步軌道的36000km附近了。
SpaceX星鏈的入軌方案是先用火箭將衛星送到300km附近高度軌道，完成測試、確認健康後再通過電推進抬升軌道，最終進入約550km的工作軌道。這樣，那些未能通過測試、尤其是推進系統發生故障的衛星，很快就會因大氣阻力造成軌道衰減，再入大氣層燒燬。對所有太空探索者來説，失效衛星不會滯留太空成為空間碎片；而對太空探索者公司SpaceX而言，失效衛星的墜落為健康衛星騰出了寶貴的軌道資源，不影響組網。
空間站之所以選擇350km~450km的軌道高度，是因為載人飛行要盡量避開南大西洋上空的輻射帶，不宜過高；為方便地面測控和返回，又希望軌道具有一定的回歸特性。這個高度正好位於碎片密集區間的下緣，雖然密度不是最大，但大部分自然衰減的碎片會經過空間站的工作區間，而星鏈衛星向上爬升也會穿過這一范圍。因此，空間站面臨的空間碎片環境是很複雜的。
——空間站自身結構的“脆弱性”
空間站在體量規模上遠大於一般衛星，表面積大，飛行時間長，被碎片撞擊的概率也更大。
而且，大多數無人飛行器在任意方向投影面積上的關鍵設備/要害部位只是若干局部區域，而載人空間站的主體結構為密封艙，整個投影面積都是危險區，任何一個點的泄漏都將帶來全局性的危險。加之密封艙被打穿這樣的損傷很難修復，被迫放棄或隔離受損艙段的代價都是非常高昂的。因此，空間站密封艙在碎片撞擊這類威脅面前呈現出特有的“脆弱性”。
——載人飛行的安全要求
衛星和無人飛行器若有故障或損傷，可以採取降級使用等方式繼續任務。但對於空間站，一旦存在涉及航天員安全性的風險，後果是不可接受的，處置是不容權衡的。
特別是在出艙活動中，航天員的唯一保護手段即航天服，但資料顯示速度10km/s、尺寸0.5mm的碎片即可穿透標準航天服。再加上泄復壓安全性、太空輻射等對人體的影響，出艙活動雖然技術成熟，仍被各航天國家定義為高風險任務：高度關注空間碎片，且非必要不出艙。
（2）被碎片撞擊過的載人航天器
自航天飛機時代始，空間碎片對載人飛行的影響直接可見。返回地面的航天飛機外表多有被碎片擊中的痕跡。
挑戰者號STS-7任務中舷窗被碎片擊中（左）和奮進號STS-118中散熱器被碎片擊中（右）（圖源：NASA）
近年來國際空間站公布了很多被碎片撞擊的情況，從重要設備到載人飛船都有被擊傷甚至打壞失效的情況。
2016年，一枚小金屬片在穹頂艙窗戶上留下了直徑約7mm的裂痕。
國際空間站穹頂艙窗戶遭空間碎片撞擊（圖源：NASA）
2021年5月12日的例行檢查中，加拿大2機械臂的臂桿被發現一處損傷。所幸空間碎片未擊中要害，只是打穿了結構外殼，不影響機械臂性能。
國際空間站機械臂遭空間碎片撞擊（圖源：NASA/加拿大航天局）
停靠在國際空間站的兩艘俄羅斯飛船疑似先後兩次被碎片擊中，直接導致整船重要功能性能損失，後果比機械臂嚴重得多。
2022年12月14日，聯盟MS-22載人飛船熱控流體回路泄漏，散熱能力失效，飛船失去載人返回能力，後不得不發射一艘新飛船將航天員接回。俄羅斯航天局分析認為是碎片撞擊導致，這一判斷也得到NASA認可。2023年2月11日，進步MS-21貨運飛船也被發現冷卻劑泄漏。這次事件尚無明確證據表明是碎片撞擊所致，但其發生時間距離聯盟MS-22受損不到兩個月且現象類似，新聞報道總是將兩次事故&&在一起，不排除碎片嫌疑。
聯盟MS-22飛船冷卻液泄漏（圖源：NASA TV）
聯盟MS-22飛船損傷痕跡（圖源：Roscosmos）
空間站應對碎片的策略
空間碎片撞擊能量大，飛行器若硬抗需要非常“結實”的結構，代價不菲。而大多數空間碎片只要能夠觀測，其運行規律即可循。因此，空間站對碎片威脅採取躲防結合的對策：對可觀測、跟蹤並預報的碎片，盡可能提前變軌規避；同時加強自身防護措施，對不可觀測的碎片具備一定的防護能力。
規避。以當前的技術能力，特徵尺度≥10cm的碎片可以被地面觀測、編目並預報飛行軌跡。結合空間站飛行軌道及軌控計劃，可以提前預警碎片與空間站的交會風險。空間站變軌機動，躲開來襲碎片。
防護。空間站通過系統設計和防護結構的配置，能夠抵禦約1cm尺寸或更小碎片的直接撞擊，不會産生災難性後果。主要航天國家這方面能力相當。根據NASA標準，國際空間站的防護結構要求能夠經受住1.3cm鋁制球體以7km/s速度且垂直於表面的撞擊。
應急。對於無法觀測又防不住的碎片，空間站要有一系列的專門設計應對破壞性撞擊，包括感知撞擊、重點設備冗余和備份、系統降級進入安全模式、航天員參與定位密封艙漏點並堵漏、航天員緊急撤離和事後恢復受損設備、艙體等。
1、可見可測的碎片——規避
（1）碰撞預警和判定方法
尺寸較大、可觀測的碎片，大多外形不規則且姿態失控，對其進行軌道測定和外推存在較大誤差，外推時間越長誤差越大。進行碎片撞擊預警時必須考慮這些誤差因素，預判盡可能準確以免動輒虛警，還要盡可能早地得到足夠精度的判定，給空間站執行變軌規避留足時間，因此判定方法需簡單方便。工程上常用的方法有兩種：
1）Box區域判定：碎片的測軌、定軌和軌道預報都存在誤差，根據誤差大小選擇適當尺度的Box區域作為判定依據。具體地説，就是在空間站周圍定義一大一小兩個長方體空間，大的作為預警區域，小的作為規避區域。當預報結果表明碎片將進入預警區域時，發出警報，空間站進行變軌準備，地面密切跟蹤該碎片並根據新測定的數據持續外推碎片軌道。後續預報如果表明碎片不再進入預警區域，則警報解除；若在預期交會時刻足夠近（例如空間站實施一次變軌所需時間）時預報結果顯示碎片仍將進入碰撞區域，則決策空間站變軌規避。
2）碰撞概率判定：將測、定軌和預報誤差按概率定義，則可以得到碰撞發生概率。Box區域法只以交會距離作為判據，而碰撞概率分析包含了軌道相對關係、定位和預報誤差模型的因素，對Box區域判斷形成有益的補充。在選擇適當概率閾值的情況下，可以進行綜合判斷。
特別注意的是，規避方案需要保證空間站實施軌道機動後，在新的軌道上也不會與其他碎片發生碰撞。因此在進行碰撞預警的同時要制定空間站變軌方案，並且要對軌控後的新軌道進行倣真，分析是否有其他碎片産生新的碰撞風險。如果有，則需調整變軌方案，直到選出短期內無碰撞風險的新軌道作為軌控目標。
國際空間站“披薩盒”碎片預警區域示意（圖源：NASA）
（2）飛行器相關設計與變軌實施
國際空間站主動規避碎片是常規動作。根據2022年12月NASA空間碎片報告，國際空間站1999年以來實施了32次軌道機動，以避開衛星和可追蹤的空間碎片。這一功能同時分解到了對保障飛行器的要求中，如歐洲貨運飛船ATV的功能需求就包含對接上國際空間站後能為空間站規避碎片提供軌控推力。
有軌控能力的衛星也採取同樣的措施。SpaceX今年7月1日向美國聯邦通信委員會（FCC）提交的《半年度星座狀態報告》顯示，過去6個月內星鏈衛星進行了近50000次碰撞規避機動。規避次數多的原因一方面是星多、避讓目標多，另一方面也是因為這段時間裏SpaceX為提升安全系數，將規避機動閾值又降低了一個量級，即碰撞概率僅為百萬分之一時就會避讓。這個閾值比行業標準低了100倍，因此規避機動會更頻繁。
2、看不見的碎片——防護
以目前大多數國家對空間碎片的觀測和跟蹤能力，小於10cm尺度的碎片很難被有效觀測、穩定跟蹤，只能根據空間碎片環境模型進行估計和開展數值模擬。無法觀測跟蹤，也就無法對這些碎片可能造成的撞擊進行預警，空間站要時刻準備着被這類碎片撞擊。換言之，即使在觀測-預警-規避都完美實施的最理想情況下，空間站也一定會被小於10cm尺度的空間碎片撞擊。利用空間碎片環境模型，結合空間站的幾何構型、飛行軌道及姿態、飛行時間等，可以對站上各部位遭受不同尺度碎片撞擊的概率做出量化評估。
為應對不可避免的碰撞，空間站在設計時也需要通過多種方式對關鍵部位進行防護。保證人員安全總是第一位的，因此密封艙是最關鍵的保護區域，其次是關鍵設備如推進貯箱、管路、重要電子設備、主幹電纜、電源驅動機構等。無論哪個部位被碎片擊中，防護結構都應盡量減小撞擊對空間站的損害。
（1）專用防護結構研製：從材料級到部件級
長期飛行的載人航天器都在碎片防護上做了相應的設計和評估。為了在獲得有效防護的同時盡可能減輕防護結構的重量，空間站專門設計了高效率的防護結構，結合飛行器需求優化防護結構並篩選了防護區域。
——Whipple結構
1947年，美國天體物理學家弗雷德·惠普爾（Fred Whipple）提出一種微流星防護結構，即在距離飛行器外壁1英寸的周圍包上一層1mm厚的金屬片作為“流星防護罩”（meteor bumper）。當流星體的尺寸與這層金屬片厚度相當時，二者的高速相撞會産生爆炸效應，流星體和金屬片的材料都會在極高溫度下氣化和電離。根據動量和能量守恒原理，此時耗散的能量將比流星體的穿透能量大數倍。
試驗證明了Whipple的理論和設計。NASA試驗表明，對於超高速的微流星和軌道碎片，多層的防護結構可以提供更高效的防護。下面第一張圖是7km/s高速鋁球對單層結構的撞擊效果，穿透深度達到了球體直徑的4倍。第二張圖是Whipple類結構，多層結構能夠以小於鋁球直徑的總厚度防住超高速撞擊。航天器出於降低發射重量的需求，通常使用鋁這類輕質材料製造結構，並且厚度不會很大。因此，材料利用效率極高的Whipple結構顯然是非常適合用作防護層的。
單層結構與雙層Whipple結構高速撞擊試驗（圖源：NASA）
採用Whipple結構並利用整流罩內空間盡可能將外層防護罩支高、遠離艙體一定距離，是非常有效的碎片防護手段。當碎片打中防護罩産生爆炸效應後，碎片和被破壞的防護罩都碎裂為更細小的顆粒，伴隨着熔化和氣化形成微粒碎片雲繼續膨脹，並最終作用在航天器艙壁上。
Whipple結構被高速碎片擊中形成微粒碎片雲的過程（圖源：NASA）
從此，這類被定名為Whipple結構的防護結構以及源於此原理的各種優化和改良方案成為航天器青睞的高效防護裝置。下圖左為標準Whipple結構；中為高強度纖維填充式Whipple結構；右為適應充氣式展開艙段的柔性多層結構。當然也有硬質的多層防護結構。
標準Whipple結構及衍生方案（圖源：NASA）
填充式Whipple結構是目前應用較為成熟的一類。它充分利用現代高強度纖維如陶瓷纖維布（Nextel）和高強度複合材料纖維布（Kevlar）的力學與結構特性，在重量、成本、製造難度和防護效果等方面的性能都比較均衡，易於工程實現。它的基本原理是，來襲物體撞擊外層防護罩爆炸破碎形成的微粒碎片雲受到填充層阻擋，Nextel陶瓷纖維布能夠在高溫下保持強度和韌性，進一步耗散碎片雲團的能量，而Kevlar纖維布的比強度高於鋁，可有效減緩碎片雲速度。另外，這兩種填充材料的纖維直徑都很小，自身破碎後也小於均質金屬産生的碎片。綜合這些優勢，該結構最終更有效地減小了來襲物體對艙壁的衝擊和侵徹。
其他的Whipple改進型結構原理相近，都是將應對來襲整塊碎片撞擊的“硬抗”轉化為更有效處理高能量碎片雲團的各種方法，提升總的材料利用效率，或者説達到在實現同樣防護效果的條件下總重量最輕。
——飛行器上的防護結構
空間站普遍採用Whipple類型的防護結構，因各國工業與技術基礎不同而在設計上略有差別。下圖所示為國際空間站上不同國家艙段基於填充式Whipple結構的個性化設計。
國際空間站各艙段填充式Whipple結構應用（圖源：NASA）
空間站進行系統設計時，同時對各艙段的防護能力提出設計要求，來訪飛行器也要對指標進行分析確認，因為組合體中任何一個密封段的泄漏都會影響整個空間站的載人環境。
下圖中紅點所示的分片外殼，為國際空間站Node2（後命名為Harmony/和諧號節點艙）艙外的隕石碎片防護系統MDPS（Meteorite Debris Protection System）。2007年10月23日隨發現號航天飛機發射升空的該節點艙，將美國命運號實驗艙和歐空局哥倫布號實驗艙、日本希望號實驗艙連接在一起。
國際空間站和諧號節點艙隕石碎片防護系統（圖源：ESA）
下圖為歐空局貨運飛船ATV綜合貨運艙（Integrated Cargo Carrier/ICC）外的隕石碎片防護系統布局。
ATV貨運飛船隕石碎片防護系統（圖源：ESA）
國際空間站上的穹頂艙（Cupola）為保護大幅窗戶不被碎片破壞，安裝了可開闔的防護機構。在穹頂艙不開展對地觀測活動時，合攏機構蓋住窗戶。
國際空間站穹頂艙可開闔防護機構及其碎片防護結構（圖源：NASA）
國際空間站上的柔性充氣艙BEAM也利用了Whipple結構原理，選擇多層柔性材料適應充氣式艙體，柔性層之間以開孔泡沫保持間距。下圖可見穹頂艙防護機構合攏的狀態（黃色箭頭處）和BEAM艙的碎片防護層及其結構。
國際空間站BEAM艙碎片防護層及其結構（圖源：NASA）
（2）整體防護設計：從系統級到任務級
裝上防護結構的“盔甲”，航天器就部分具備與碎片正面較量的能力了。但空間站有些關鍵部位無法防護甚至無法局部維修，如大型太陽翼的遠端；某些設備設施太重要，即便被碎片擊壞的概率很小也“賭”不起，如供電主母線短路以及各種氣液泄漏。這些情況都需要系統設計從源頭消解風險。
——系統冗余與布局優化
碎片撞擊造成的損傷是局部的，而系統設計的目標就是避免局部損傷造成全局損失。合理布局能讓重要設備得到盡可能多的保護，系統冗余則可避免“雞蛋放在同一個籃子裏”。空間站的空間足、體量大，特別有利於分佈式的布局和系統冗余。
電源與供配電：太陽電池片串並聯，任意一片損傷或一小串失效不影響整翼發電供電；主母線的正負線拉開間距走線，不會被一個碎片打短路；每個艙的一對太陽翼可以分別獨立供電。中國空間站還特別針對跨艙段供電做了專門設計：正常情況下，如載荷需要可跨艙段調配能源，均衡負載；應急情況下，不僅可以動用艙段間供電能力，還能夠由天舟貨運飛船向核心艙輸電，保證整站的安全供電。
熱控流體回路：前文提到的俄羅斯聯盟MS-22飛船艙外只有一條熱控循環回路，一旦被碎片擊穿發生工質泄漏，就無法繼續工作散熱，進而導致飛船無法按高功率狀態飛行，被迫放棄載人返回。空間站體量比飛船大得多，艙外散熱可以多回路並聯，任何一路泄漏只要及時隔離都不會造成整體失效，只是性能下降，損失部分散熱能力。中國空間站在這方面同樣設計了跨艙段連通回路，與供電（即熱耗）調配相協調，還可以應對某個艙段輻射器散熱能力下降的情況。
載人環境：若某個密封艙段被碎片擊穿泄漏，可以關閉艙門將漏氣艙段隔離，這是多艙段空間站必備的能力。中國空間站進一步加強了環境控制設備冗余，在天和核心艙和問天實驗艙各配置一套再生生保系統。這樣的配置不僅能滿足應急需求，而且與非再生、消耗式生保系統相比能夠在更長期地保持穩定的載人環境，為艙段損傷後的修復爭取了更好的條件。
以系統工程理念設計的中國空間站，三艙一體化設計，統一分配功能，三艙中有兩個具備完整的&&功能，第三個艙仍然備份控制器、計算機等關鍵設備。若核心艙完全失效或被隔離，問天實驗艙可以完全接管空間站控制權。三艙中任何一個被隔離，整站仍然能安全飛行並保持工作和長期駐留航天員的能力。
——救生船與任務級安全措施
空間站運行是體系工程，在應對空間碎片威脅上同樣也有“托底”的任務級措施，停靠在站上的載人飛船和地面的應急救援船就是保證人安全的底線。空間站上的飛船停靠原則是有多少人就要有多少個飛船座位，因此所有送人上去的飛船都要停靠等待，與客輪上的救生艇角色一致。在停靠過程中，如果需要調整對接口，相應飛船的航天員要回到該飛船，隨同飛船一起重新對接，防止因對接失敗造成救生座位少於總人數的危險情形。
若天上停靠的救生艇出了問題，地面需要盡快發射救援飛船。前述俄羅斯聯盟MS-22飛船遭碎片撞擊熱控工質泄漏後失去載人返回能力，最終以低功耗熱耗的無人狀態返回。地面調整了飛行任務，將原本執行下一個乘組發射任務的聯盟MS-23以無人狀態提前發射，對接上國際空間站。天上有了完好的救生艇，返回就不那麼急迫了。原MS-22乘組在軌飛行時間最終延長了6個月，乘組中的NASA航天員弗蘭克·盧比奧（Frank Rubio）還因此創造了單次飛行371天的美國新紀錄。
中國空間站在任務級安全措施上考慮了多重故障下的最壞情況，神舟飛船採取滾動備份方式，備一打一。發射場的下一艘飛船具備發射救援狀態後，前一發才能執行飛行任務，始終保持任務有托底。
值得一提的是，今年6月5日波音公司新飛船星際快車（Starliner）發射後出現故障，原定10天的飛行計劃被延遲到60天以上，至今仍停靠在國際空間站上，尚未確認是否能夠安全返回。這艘飛船滯留天上期間，承擔着載人龍飛船發射任務的獵鷹9號火箭罕見地因為衛星發射失敗停飛，直到故障調查完成後才復飛。兩起意外事件的疊加，使得國際空間站在7月11日至27日期間出現了天上救生船不可用、地面無救援船（除非專門購買俄羅斯聯盟號座位）的空白地帶，事實上已經違背了空間站載人飛行安全原則。這種非常危險的狀態，可以説是任務級安全措施的反面例子。
截至8月15日波音飛船仍停靠在國際空間站（圖源：NASA）
（3）防護評估與驗證：麻繩易從細處斷
空間站的設計狀態確定後需開展倣真評估，得到特定時間段內組合體被碎片擊穿/擊壞的概率，進而從高概率部位識別出防護薄弱環節並研究對策。
幾乎是在國際空間站啟動在軌組裝建設的同時，美國國家研究委員會（National Research Council）應NASA要求成立了一個專業委員會，研究流星體和軌道碎片對國際空間站的影響以及空間站的防護措施。他們評估認為，較早時期研製的俄羅斯星辰號（Zvezda）服務艙和聯盟號（Soyuz）載人飛船、進步號（Progress）貨運飛船的防護能力偏弱。
國際空間站的第三個艙段——星辰號2000年發射入軌，但其基本框架結構來自上世紀80年代中期蘇聯計劃建造的“和平號-2”（Mir-2）空間站的核心艙，因時代限制並未充分考慮空間碎片防護需求。聯盟和進步兩型飛船的設計研製更早，為1960~1970年代定型的産品。
這幾個俄羅斯艙段的暴露面積只佔當時空間站總表面積的15%，但對擊穿概率的貢獻卻是86%。於是，該研究項目提出了為其碎片防護能力在軌補強的方案建議。
其中，星辰號的補救方案是以兩個可展開的防護翼對艙體進行保護，並安裝23塊補強防護板。但這樣的補救方案是難以兼顧多功能的：防護翼可保護的方向有限並且約束了帆板轉動角度，對發電能力可能造成影響。
如果在輻射器設計階段就考慮碎片防護問題，輻射器的面板完全可以充當Whipple結構的外防護罩，其下敷設纖維填充層，並設計好輻射器面板和填充層距離密封艙壁的高度，則可以兼顧散熱和防護功能。在此基礎上，將流體管路和電纜盡可能布局在輻射器底下，在填充層之下緊貼艙壁走線，不僅可以獲得良好的碎片防護效果，溫度環境也能更加穩定。然而，這些都未能納入星辰號的原始設計，導致大面積輻射器及其覆蓋範圍事後沒有好的補強辦法。
國際空間站星辰號服務艙新增防護翼方案（圖源：ScienceDirect）
值得注意的是，這項評估完成之後的大約20年間，國際空間站沒有發生過永久艙段被擊穿或擊壞的情況。到了2022年和2023年，恰恰是停靠其上的進步號和聯盟號飛船——評估中的高風險模塊——先後發生碎片撞擊導致破壞性後果的事件。這20年中，國際空間站的構型發生了變化，空間碎片環境也更加惡劣。當時的評估在量化概率的絕對值上不一定多麼準確，但在同等條件下的相對值是有意義的，當時的倣真結果也是合理並值得參考的。
NASA 2006年報告援引的國際空間站各艙段空間碎片擊穿概率評估
（圖源：ScienceDirect）
（4）及時維修補強：人在現場的優勢
人在太空現場，是載人航天獨有的優勢。如果碎片撞擊對空間站産生損傷，航天員可以設法對受損設備進行維修，並在長期飛行中持續補強防護設施。
2002年，國際空間站航天員通過出艙活動為星辰號服務艙安裝了6塊補強防護板。
航天員出艙為星辰號服務艙安裝部分防護板
（圖源：2nd Orbital Debris Conf. Papers 2023）
根據中國載人航天官方發布，神舟17號和18號兩個乘組已經連續4次完成了碎片撞擊維修相關的出艙活動——
2023年12月21日和2024年3月2日，神舟17號乘組進行了兩次時長分別為7.5小時和8小時的出艙活動，完成了天和核心艙太陽翼維修工作，消除了前期因太空微小顆粒撞擊産生的影響，太陽翼發電性能恢復正常。這是我國航天員首次完成在軌航天器艙外設施的維修任務。航天員湯洪波在返回地面接受媒體採訪時&&，太陽翼維修要避開陽照發電階段，因此很多操作必須在陰影區進行，整個維修時間相對較長。
2024年5月28日和2024年7月3日，神舟18號乘組分別通過8.5小時和6.5小時的出艙活動為空間站的部分艙外管路、電纜及關鍵設備安裝了空間碎片防護裝置，並進行了艙外設備設施巡檢。
這些在軌工作表明我國載人航天已經進入較高水平的應用飛行階段，但同時也説明空間碎片對長期飛行空間站的影響不容忽視。
神舟十八號乘組圓滿完成第一次出艙活動（圖源：新華社）
（5）思考：補短板的代價與時機
思考1：飛船的碎片防護。對於每條船而言，飛行和停靠的時間是比較短的，大多數任務在半年左右，飛行中和停靠空間站期間被碎片擊中的概率很低。但空間站組合體始終有飛船停靠，如果飛船的防護水平弱，則意味着組合體始終有能力薄弱的艙段存在；一旦發生問題，大概率出現在這些短板部分。這是空間站長期飛行需要系統考慮的問題。
思考2：返回式飛行器的難題。不論是飛船使用的燒蝕材料還是航天飛機用的防熱陶瓷，因為有氣動外形的要求，都難以進行大面積的直接防護；一旦在軌受損，又沒有可行的修復方法。好在停靠期間如果出現問題且被發現，可以採取地面應急發射救生船這樣的任務級安全措施。飛船返回飛行時間很短，只要確保返回前狀態良好，風險是可接受的。正因此，國際空間站和中國空間站都要在飛船返回前利用圖像等手段確認其狀態，中國空間站還會以機械臂輔助檢查飛船外觀，確認是否有碎片撞擊損傷情況。
思考3：結構與載荷的發射質量分配。出艙活動補強防護結構是可行和有效的，但顯然代價高昂，並且艙外活動終究是高風險任務。根據傳統的航天器設計思路，發射時的飛行器&&、尤其是結構需要盡可能減輕重量，盡量多裝載荷設備。但空間站的獨有特點和優勢是可以不斷上行、安裝各類設備設施。相對而言，安裝載荷設備、尤其是艙內設備是容易的，風險也小；補強結構是困難的，而且必須由航天員出艙進行，動用機械臂天地協同，其風險、代價和任務組織難度都很大。在空間碎片日益增多的今天，空間站設計應改變策略，將發射重量更多地分配給&&，打造足夠結實的結構，載荷設備則交給後續貨運航班來補充。
3、 防患於未然——可控飛行器協調避讓
不論是碰撞預警後的規避，還是被碎片擊中後的防護，都是事發後的應對。那麼對於潛在的“碎片”，是否可以防患於未然？
隨着大規模星座部署帶來的衛星數量劇增，在役衛星由於相互之間不知曉或來不及規避造成的碰撞概率加大，且後果比普通“碎片”更為嚴重。不過，可控的飛行器只要及時溝通並且採取協調一致的規避措施，總是比應對非合作的空間碎片要容易。換言之，這類問題的難度不在技術，而在協調機制。
2021年3月18日，NASA宣布與SpaceX簽署飛行安全協調協議，不僅確定了雙方在太空安全協調與數據、信息共享方面的協同關係，而且在技術上充分利用了星鏈星座的軌道規劃和自主定軌、變軌能力：星鏈衛星配有GPS接收器用於定軌，帶離子推進系統和自主機動能力；根據協議，SpaceX同意其星鏈衛星將自動或通過地面控制實施主動避讓，以確保NASA的科學衛星和其他任務能夠不間斷運行。
空間站被碎片擊中後的措施與流程
空間碎片是可以預防、預警、規避的，但世界上總有防不勝防的意外。一旦真的被威脅較大的碎片擊中、甚至被擊穿密封艙，空間站將按事件時序和撞擊的嚴重程度逐步開展下列工作：
1、撞擊感知
對於比較嚴重的撞擊，即時感知到是非常重要的，能為後續處置贏得寶貴時間。有效的感知來自對衝擊力和漏氣的實時監測。
中國空間站密封艙結構上專門配置了撞擊感知和結構健康監測系統，全時監測整艙結構狀態。碎片對艙壁的衝擊力達到閾值後，傳感器立即知曉撞擊事件的發生。根據傳感器分佈及響應，可粗略確定撞擊部位。
撞擊發生時不一定擊穿艙壁，因此艙內壓力需要持續監測。對於大的泄漏，以大氣總壓力作為泄漏判據。若發生微小泄漏，以氮氣分壓作為判據，氮分壓異常下降則觸發泄漏預警。這是因為空間站內航天員總在消耗氧氣、産生二氧化碳，電解制氧系統也在工作，大氣總壓力始終是波動的，但空氣中的氮氣是不消耗的。
2、漏點定位
只有撞擊沒有壓力下降，説明撞擊雖嚴重但未造成密封艙壁貫穿。但只要艙壓報警，無論是否感知到撞擊，都需要盡快定位具體漏點。
如果有撞擊且有泄漏，根據撞擊傳感器的粗略定位，可以直接到定位範圍附近尋找漏點。密封艙內空氣外泄到真空中，會在漏孔附近産生超聲波。國際空間站配置了超聲波檢測儀，用於尋找準確的漏氣位置。
如果僅有泄漏並未感知到撞擊，就要立即關閉各艙段間艙門，將整站連通的大空間隔斷為若干密封段，通過觀察各密封段的壓降判定泄漏位置。國際空間站多次因故障和結構老化出現艙內氣壓下降問題，都是以這種方式先定位到泄漏艙段，再仔細尋找具體泄漏點。
3、漏率評估
一旦發現泄漏，就要立即根據漏氣的速率並結合剩餘氣壓以及存貯的氣體評估空間站可以堅持的時間。這一評估結果將用於決策是按部就班尋找漏點並維修，還是需要動用儲備氣瓶補氣並同時緊急搶修，亦或隔離並暫時放棄受損艙段。
這項工作與漏點定位同步進行。一旦漏率被判定大於閾值，則觸發最高優先級的決策，終止尋找漏點及堵漏，撤出人員並隔離漏氣艙段，避免局部損傷將整站陷於災難之中。當然，漏率小就可以近似“正常”地處置了。例如國際空間站2018年8月29日發現微小泄漏，時值美國時間夜裏，空間站上的航天員們都在睡覺。地面判斷泄漏率很小，於是決定不打擾航天員休息，直到他們第二天正常起床才告知他們並組織尋找漏點，頗有點藝高人膽大之風。
4、漏點維修
完全找到結構上的泄漏點並進行處置，需要拆除附近設備。因此空間站在設計時就要考慮設備斷電和維修狀態下的布局問題，確保艙內壁任一部位都可以在有限時間內由航天員使用配備工具“清理”出來。航天員根據漏孔的具體情況選擇堵漏方法，完成後再恢復設備安裝狀態。
前面提到的2018年8月29日國際空間站泄漏事件，通過艙段隔離確定問題出在聯盟MS-09飛船，隨後成功找到了一個2mm的漏孔。航天員們拆除軌道艙隔板後露出了漏孔，然後用環氧樹脂、紗布和特殊膠水將漏孔堵死。
在壓力泄漏較大的情況下，需要用站上存貯的高壓氣瓶向艙內補氣，維持足夠的壓力，保證人可以在此環境中工作。航天員甚至可以戴上氧氣面罩進行搶修——這實際上是權衡安全風險，在保證人員安全的前提下盡可能地挽救空間站。
聯盟MS-09飛船被發現2mm漏孔（圖源：NASA）
5、艙段封閉
如果漏率過大，即使補氣也沒有足夠時間讓航天員完成搶修，這時必須決策放棄受損艙段。對於多艙段的空間站，可以關閉艙段間的密封門，將受損段隔離，人撤離到完好的艙段。
這種情況屬於萬不得已。但只要整站的安全保住了，受損艙段的維修和恢復就有機會從長計議。
6、緊急撤離
這是最極端的情況。在封閉艙段也無效的情況下，航天員可以撤離到救生艇——停靠空間站的載人飛船上，啟動緊急分離與撤離程序。若受損的是飛船本身則不需要緊急撤離，但需要地面發射救生飛船來接人，如聯盟MS-23。
空間站有能力主動作為
前文所述讓碎片話題顯得有些緊張，似乎我們即便開展了再多未雨綢繆的工作，仍然可能遭遇不知道何時到來的碎片撞擊。面對充滿不確定性的太空環境，空間站真的只能適應環境而無力主動作為嗎？不是的。
1、太空環境保護從空間站做起
執行任務過程中，空間站本身會因有意無意的行為産生空間垃圾碎片。這些恰好位於同高度軌道的碎片會威脅空間站自身安全，大件廢棄物（如國際空間站的電池）還可能因為無控隕落傷及地面，因此空間站首先能為太空環境做的工作就是“保護環境，從我做起”。
（1）空間站運行中的環保設計
軌道環保工作的關鍵是不亂扔垃圾。它不僅是航天員們的行為，更是空間站的設計要求。
日常工作、尤其是出艙活動中的工具、設備需要進行防掉落設計，避免工具等小件物品遺失。氣閘艙內加強設備設施固定，清理控制多餘物，避免開艙門後物品漂出艙外。
空間站的功能設計要便於廢棄物收集整理，並合理管理上下行物資，充分利用貨運飛船裝載廢棄物。在這方面，半開放和全開放式貨運飛船是有必要的，既可以上行大型設備，也可裝載大件廢棄設施（如電池組、更換下來的太陽翼等），帶着它們受控離軌。
（2）空間站退役後的離軌處置
空間站規模都在百噸以上，再入隕落過程中很難完全在大氣層燒蝕乾淨，殘留物體掉落地面無疑是安全風險。空間站這樣的複雜構型在大氣中自然衰減、無控再入的理論落點偏差是以千公里計的，其運行軌道傾角對應的南北緯度之間地區理論上都可能是墜落點。不僅如此，龐大的空間站在再入過程中解體後，最終到達地面的殘骸可能分佈在數千公里的範圍。因此，為了避免空間站退役後自身成為碎片危險源，必須進行受控離軌設計。
2001年3月23日，和平號空間站按設計參數和任務計劃，在約5個小時中執行了3次制動點火，最終所有碎片墜落到預定的南太平洋空曠海域。和平號的建造開創了多艙段組合式空間站的新紀元，其運行充分發揮人的作用，不僅取得大量科研成果，而且將運行時間從5年設計壽命延長到了15年。它的退役又成功驗證、實施了大型航天器安全乾淨的離軌處置，壽終正寢，善始善終。
單體飛行器的受控隕落是空間站受控離軌的基礎，如我國每年1~2艘貨運飛船積累了很好的工程實踐經驗。但對於多艙段複雜構型的空間站，仍然需要進行專門設計。
NASA已簽發一份價值8.43億美元的合同，由SpaceX開發名為“美國離軌航天器”（USDV）的飛行器用於國際空間站離軌。根據目前披露的消息，USDV質量估計超過30噸，包括16噸推進劑；接受離軌操作的國際空間站總重約460噸。USDV到達國際空間站並檢查完畢後，空間站軌道自然衰減至330公里，最後一批宇航員就會返回地球。之後軌道繼續衰減大約6個月，空間站在USDV幫助下受控離軌。NASA估計它再入大氣層後仍未燃盡的碎片尺寸可能從微波爐到轎車大小不等，最後墜入一片長約2000公里的狹窄海域。
和平號空間站從南太平洋上空再入（圖源：NASA）
2、以空間站為&&觀測碎片
世界上已有航天機構發射了用於空間碎片在軌監測的衛星。而空間站作為長期在軌飛行的太空基地，天然具備保障相關監測設備在軌運行、為空間碎片觀測提供有益幫助的條件。
（1）空間碎片的觀測手段
空間碎片監測分為地基和天基兩種模式，觀測手段包括雷達和光學。地基主要依靠各種地面站，優勢是技術成熟、成本相對較低，而且在地面保障條件下對設備尺寸、功率等的制約較小。但地基觀測的弱點也是明顯的：只有全球布站才可能實現較好的連續監視、跟蹤和精確測量，光學觀測更是只有當測站所在地處於晨昏時段才能獲得好的觀測效果，並且還會受到大氣和氣象條件的干擾。因此，地面站的觀測效率是相對比較低的。
與地面觀測受到的地域、觀測時間時機限制相比，天基觀測覆蓋範圍要廣得多，完全沒有大氣影響，而且可以從不同方位對目標進行觀測。加上現在的衛星都有全球定位與導航設備，實時精確定軌對觀測定位碎片非常有利。我國地面站多在國土範圍內，天基觀測是很好的補充。
傳統的天基觀測系統受衛星規模限制，用於觀測和信息處理及傳輸的資源有限，要獲得好的觀測效果需要很大投入。美國自20世紀90年代開始研製、部署天基空間態勢感知衛星，2010年開始建設天基太空監視系統（Space Based Space Surveillance/SBSS），空間目標監測進入天基時代。據稱SBSS系統可將美國空間目標監測能力提高50%，覆蓋中高低各類軌道或彈道目標，並具有目標特性探測能力。
到目前，美國已經建立了空、天、地一體的全域覆蓋監測網，在服務軍事目的同時也致力於獲取完整準確的空間碎片編目及模型。ESA和加拿大等也開展了相關研究，併發射了觀測衛星。
（2）空間碎片的“中間尺寸”
如前文所述，空間站對看得見的大尺寸碎片進行規避，對看不見的小碎片只能防護。問題在於，這兩個對策目前並不閉合：看得見的碎片尺寸在10cm以上，而防得住的碎片只達到1cm尺寸或更小量級；從1cm到10cm的“中間尺寸”，實際上成了只能靠概率“聽天由命”的殘余風險。
因此，空間碎片防護一方面要不斷增強防護能力，抬高可防護的上限；另一方面加強觀測能力，降低可觀測的下限。對於後者，空間站可以貢獻力量，上下努力壓縮殘余風險對應的“中間尺寸”，直至觀測和防護能力銜接。
（3）空間站的觀測方式
空間站可利用各艙段的載荷適配器安裝不同觀測方向的多個碎片監測設備，構建一個天基觀測站。這個觀測站支持監測技術和設備的飛行驗證，也可以直接參與空間碎片監測任務。其工作模式包括：
——天基補充地基
利用空間站上的觀測信息補充地基觀測的不足。例如發現地基觀測不到的碎片，補充編目；對在編碎片積累觀測數據，補充完善相關信息，進一步提高觀測精度和目標特性準確度。
——天地協同觀測
1993年，NASA約翰遜航天中心（Johnson Space Center）和洛克希德工程與科學公司（Lockheed Engineering and Sciences Company）的研究者們曾提出一個有意思的方案：在國際空間站（當時還叫“自由”號，Space Station Freedom/SSF）上安裝天基雷達形成電磁籬笆；地面雷達提供碎片的軌道預測信息，空間站上（沿軌道面）的電磁籬笆在預測位置探測碎片實際穿越軌道面的時間、俯仰角、距離及距離變化率等數據並傳回地面，計算處理出更新更精確的碎片軌道，最後據此生成空間站規避預警信息。
空間碎片地面雷達探測系統（圖源：SemanticScholar）
空間站“電磁籬笆”碎片探測系統（圖源：SemanticScholar）
該方案現在不一定適用了，但這種天地配合、協同一體的工作模式是值得探討的。以現在的天地通信能力和計算處理水平，大量數據的實時交互與計算分析比30年前要強大和便捷得多。空間站和地面站的數據及其中的有效信息不僅是簡單疊加，而且是可以迭代增強的。
——天基觀測網
為了更加全面觀測空間碎片，很多研究也提出了用多個觀測&&組網工作的設計，包括同高度和不同高度的多觀測點組網。
空間站可以與觀測衛星組網。作為觀測網的一個節點，空間站不僅可以提供多方向的觀測數據，而且可以利用自身的信息處理及天地通信能力成為觀測數據匯集、處理和中轉的信息節點，提高監測效率。
（4）空間站作為觀測&&的優勢和不足
空間站作為觀測&&的優勢很明顯：
1）保障資源豐富。與衛星&&相比，空間站能支持尺寸、重量、功耗都大得多的觀測設備，可以設計並配置多&設備對多個方向多個角度同時進行觀測，還可以進行微波、可見光、紅外等不同體制的同步觀測。此外，空間站的高性能天地數據鏈路也是非常有力的保障。
2）長期穩定飛行。一般的中低軌道衛星由於軌道衰減等因素，壽命通常在8年左右。空間站則可以通過推進劑補加連續飛行15年甚至更長時間，從而獲得長期的觀測數據積累。
3）人在現場。空間站上的設備可維護、可維修、可升級、可替換、可增配，這對於電子信息等迅速發展的設備是非常有利的。利用這一優勢，很多技術和産品還可以先開展驗證，改進更替後再正式服役。
空間站的劣勢也是有的，其最大弱項是不可能為了碎片觀測去設計和改變軌道；相比專門用於觀測的衛星，效率無法達到最高。另外，如果空間站要承擔星座節點作用，也需要增加星-站之間的直接通信能力。
未來深空飛行中的碎片防護
錢學森在1962年出版的《星際航行概論》中提出“星際航行碼頭”構想，即把人造衛星或空間站作為人類深空探索和星際旅行的起點或中轉站。當人類空間站承擔起這一使命，未來載人航天與今天空間站所面臨的空間碎片環境又不同了。
首先，空間環境中基本沒有人造物體和碎片了，航天器面對的將是真正的微流星體。其撞擊概率會比近地碎片小得多，但因為飛行器和微流星體相對速度更高，且深空飛行路徑上的探測預警能力遠低於近地空間，撞擊後果可能更為嚴重。其次，脫離了地球磁場保護，再加上以月和年計的飛行時間，載人飛行器對防輻射的要求大大高於近地空間站，這就要求飛行器的防護結構需要有足夠的密度。
綜合考慮對微流星體和宇宙輻射的防護，深空載人飛行器的設計將與近地空間站有非常大的差異，以至於很多業內同行懷疑現有的飛行器結構形式根本無法在幾個月到一兩年的深空飛行中有效保護航天員免受過量輻射危害。在討論輻射防護時，一位同行朋友曾提出一個設想：俘獲一顆小行星，將其裝上控制系統和推進裝置，挖個洞作為人的庇護所，以改造後的這顆小行星充當星際飛行器。這樣的飛行器當然兼顧了宇宙輻射和微流星的防護。
未來的深空飛行是怎樣的？其設計尚無藍圖，但一定會很有意思。
到了實現星際移民的那一天，我們的子孫在回首太空探索艱險歷程時也許會想起中國人熟悉的一句詩詞：
——曾記否，到中流擊水，浪遏飛舟？
