Mảnh vỡ không gian và tàu vũ trụ của con người Hơn 27.000 mảnh vụn quỹ đạo, hay "rác không gian", được theo dõi bởi các cảm biến của Mạng lưới giám sát không gian toàn cầu (SSN) của Bộ Quốc phòng. Nhiều mảnh vỡ - quá nhỏ để có thể theo dõi, nhưng đủ lớn để đe dọa con người và các sứ mệnh của robot - tồn tại trong môi trường không gian gần Trái đất. Vì cả mảnh vỡ và tàu vũ trụ đều đang di chuyển với tốc độ cực cao (khoảng 15.700 dặm / giờ trong quỹ đạo Trái đất thấp), nên một tác động của một mảnh vụn quỹ đạo nhỏ với tàu vũ trụ cũng có thể tạo ra những vấn đề lớn. Dân số các mảnh vỡ không gian ngày càng tăng làm tăng nguy cơ tiềm ẩn đối với tất cả các phương tiện không gian, bao gồm cả Trạm vũ trụ quốc tế và các tàu vũ trụ khác có con người trên tàu, chẳng hạn như SpaceX's Crew Dragon. NASA rất coi trọng mối đe dọa va chạm với các mảnh vỡ không gian và có một bộ hướng dẫn lâu đời về cách đối phó với từng mối đe dọa va chạm tiềm ẩn đối với trạm vũ trụ. Các hướng dẫn này, một phần của cơ quan hỗ trợ ra quyết định lớn hơn được gọi là quy tắc bay, chỉ rõ khi nào khoảng cách dự kiến của mảnh vỡ làm tăng xác suất va chạm đủ để có hành động né tránh hoặc các biện pháp phòng ngừa khác để đảm bảo an toàn cho phi hành đoàn.. Mảnh vỡ không gian Các mảnh vỡ không gian bao gồm cả mảnh vỡ quỹ đạo thiên thạch tự nhiên và nhân tạo (do con người tạo ra). Các thiên thạch nằm trong quỹ đạo quay quanh mặt trời, trong khi hầu hết các mảnh vỡ nhân tạo nằm trong quỹ đạo quay quanh Trái đất (do đó có thuật ngữ mảnh vỡ quỹ đạo). Mảnh vỡ quỹ đạo là bất kỳ vật thể nào do con người tạo ra trên quỹ đạo Trái đất không còn phục vụ một chức năng hữu ích. Các mảnh vỡ như vậy bao gồm tàu vũ trụ không hoạt động, các giai đoạn xe phóng bị bỏ rơi, các mảnh vỡ liên quan đến sứ mệnh và các mảnh vỡ phân mảnh. Có khoảng 23.000 mảnh vụn lớn hơn một quả bóng mềm quay quanh Trái đất. Chúng di chuyển với tốc độ lên tới 17.500 dặm / giờ, đủ nhanh để một mảnh vụn quỹ đạo tương đối nhỏ có thể làm hỏng vệ tinh hoặc tàu vũ trụ. Có nửa triệu mảnh vụn có kích thước bằng một viên bi hoặc lớn hơn (lên đến 0, 4 inch, hoặc 1 cm) hoặc lớn hơn, và khoảng 100 triệu mảnh vụn có kích thước khoảng 0, 04 inch (hoặc một milimét) và lớn hơn. Thậm chí còn có nhiều mảnh vụn có kích thước micromet nhỏ hơn (đường kính 0, 000039 một inch). Ngay cả những vết sơn nhỏ cũng có thể làm hỏng tàu vũ trụ khi di chuyển với vận tốc này. Một số cửa sổ của tàu con thoi đã được thay thế vì bị hư hại do vật liệu được phân tích và chỉ ra là vết sơn. Trên thực tế, các mảnh vỡ quỹ đạo có kích thước milimet đại diện cho rủi ro kết thúc sứ mệnh cao nhất đối với hầu hết các tàu vũ trụ robot hoạt động trong quỹ đạo Trái đất thấp. Năm 1996, một vệ tinh của Pháp đã bị bắn trúng và bị hư hại bởi các mảnh vỡ từ một tên lửa của Pháp đã phát nổ một thập kỷ trước đó. Vào ngày 10 tháng 2 năm 2009, một tàu vũ trụ không còn tồn tại của Nga đã va chạm và phá hủy một tàu vũ trụ thương mại Iridium của Mỹ đang hoạt động. Vụ va chạm đã bổ sung hơn 2.300 mảnh vỡ lớn, có thể theo dõi và nhiều mảnh vỡ nhỏ hơn vào kho rác vũ trụ. Vụ thử nghiệm chống vệ tinh năm 2007 của Trung Quốc, sử dụng tên lửa để phá hủy một vệ tinh thời tiết cũ, đã thêm hơn 3.500 mảnh vỡ lớn, có thể theo dõi và nhiều mảnh vỡ nhỏ hơn vào vấn đề mảnh vỡ. Theo dõi mảnh vỡ Bộ Quốc phòng duy trì một danh mục vệ tinh có độ chính xác cao về các vật thể trong quỹ đạo Trái đất. Hầu hết các vật thể trong danh mục đều lớn hơn một quả bóng mềm (khoảng 10 cm). NASA và DoD hợp tác và chia sẻ trách nhiệm về việc xác định đặc điểm của môi trường vệ tinh (bao gồm các mảnh vỡ quỹ đạo). DoD's Space Surveillance Network theo dõi các vật thể rời rạc có đường kính nhỏ tới 2 inch (5 cm) trong quỹ đạo Trái đất thấp và khoảng 1 yard (1 mét) trong quỹ đạo không đồng bộ địa lý. Hiện tại, khoảng 27.000 vật thể được xếp vào danh mục chính thức vẫn đang ở trên quỹ đạo và hầu hết chúng đều có kích thước 10 cm và lớn hơn. Sử dụng các cảm biến đặc biệt trên mặt đất và kiểm tra các bề mặt vệ tinh trả về, NASA xác định theo thống kê phạm vi dân số của các vật thể có đường kính nhỏ hơn 4 inch (10 cm). Rủi ro va chạm được chia thành ba loại tùy thuộc vào quy mô của mối đe dọa. Đối với các vật thể từ 4 inch (10 cm) trở lên, các đánh giá kết hợp và diễn tập tránh va chạm có hiệu quả trong việc chống lại các vật thể mà Mạng lưới giám sát không gian có thể theo dõi. Các vật thể nhỏ hơn mức này thường quá nhỏ để theo dõi các đánh giá kết hợp và tránh va chạm. Các tấm chắn mảnh vỡ có thể có hiệu quả trong việc chịu tác động của các hạt nhỏ hơn nửa inch (1 cm) đối với các mô-đun của Hoa Kỳ trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Lập kế hoạch và phản ứng với mảnh vỡ NASA có một tập hợp các hướng dẫn lâu đời được sử dụng để đánh giá xem liệu mối đe dọa của một chuyến bay gần như vậy có đủ để đảm bảo hành động né tránh hoặc các biện pháp phòng ngừa khác nhằm đảm bảo an toàn cho Trạm vũ trụ quốc tế và phi hành đoàn của nó hay không. Khi các dự đoán cho thấy bất kỳ vật thể được theo dõi nào sẽ đi qua đủ gần để cần quan tâm và chất lượng của dữ liệu theo dõi được coi là đủ chính xác, các trung tâm Kiểm soát Sứ mệnh ở Houston và Moscow sẽ làm việc cùng nhau để phát triển một khóa học thận trọng của hành động. Đôi khi những cuộc chạm trán này được biết trước rất nhiều và có thời gian để di chuyển Trạm vũ trụ quốc tế một chút, được gọi là "hoạt động tránh mảnh vỡ" để giữ vật thể bên ngoài hộp. Trong những trường hợp khác, dữ liệu theo dõi không đủ chính xác để đảm bảo cho một cuộc điều động như vậy hoặc đường chuyền gần không được xác định kịp thời để thực hiện việc điều động. Trong những trường hợp đó, các trung tâm điều khiển có thể đồng ý rằng cách hành động tốt nhất là chuyển phi hành đoàn lên tàu vũ trụ Soyuz của Nga hoặc phi thuyền thương mại của Hoa Kỳ được sử dụng để vận chuyển con người đến và đi từ nhà ga. Điều này cho phép có đủ thời gian để cách ly những phi thuyền đó khỏi trạm bằng cách đóng các cửa sập trong trường hợp có va chạm gây hại. Phi hành đoàn có thể rời khỏi nhà ga nếu vụ va chạm làm mất áp suất trong mô-đun hỗ trợ sự sống hoặc làm hỏng các bộ phận quan trọng. Tàu vũ trụ đóng vai trò như những chiếc xuồng cứu sinh cho các thành viên phi hành đoàn trong trường hợp khẩn cấp. Mission Control cũng có tùy chọn thực hiện các biện pháp phòng ngừa bổ sung, chẳng hạn như yêu cầu phi hành đoàn đóng cửa sập giữa một số mô-đun của nhà ga, nếu khả năng xảy ra va chạm là đủ lớn. Điều khiển tàu vũ trụ để tránh mảnh vỡ quỹ đạo Các cuộc diễn tập tránh mảnh vỡ được lên kế hoạch khi xác suất va chạm từ một tổ hợp đạt đến giới hạn được đặt ra trong các quy tắc bay được sử dụng để vận hành trạm vũ trụ và tàu vũ trụ được sử dụng để vận chuyển người và hàng hóa đến và đi từ trạm. Đối với trạm vũ trụ, nếu xác suất va chạm lớn hơn 1 trên 100.000, một cuộc điều động sẽ được tiến hành nếu nó không gây ảnh hưởng đáng kể đến các mục tiêu của sứ mệnh. Nếu nó lớn hơn 1 trên 10.000, một cuộc điều động sẽ được tiến hành trừ khi nó sẽ dẫn đến rủi ro bổ sung cho phi hành đoàn. Các hoạt động tránh mảnh vỡ thường nhỏ và diễn ra từ một đến vài giờ trước thời điểm kết hợp. Các cuộc điều động như vậy với trạm vũ trụ cần khoảng 5 giờ để lập kế hoạch và thực hiện bằng cách sử dụng các máy đẩy của trạm của Nga hoặc các hệ thống đẩy trên một trong những tàu vũ trụ được cập cảng. Trạm Vũ trụ Quốc tế đã thực hiện 29 cuộc diễn tập tránh mảnh vỡ kể từ năm 1999, trong đó có 3 cuộc diễn tập vào năm 2020. NASA đã thực hiện quy trình đánh giá và tránh va chạm kết hợp cho con người bay vào vũ trụ bắt đầu với sứ mệnh tàu con thoi STS-26 vào năm 1988. Trước khi phóng phần tử đầu tiên của Trạm Vũ trụ Quốc tế vào năm 1998, NASA và DoD đã cùng nhau phát triển và thực hiện một sự kết hợp tinh vi hơn và có độ trung thực cao hơn quá trình đánh giá cho các sứ mệnh bay không gian của con người. Năm 2005, NASA đã thực hiện một quy trình tương tự đối với các tài sản robot được chọn như vệ tinh của Hệ thống quan sát Trái đất ở quỹ đạo Trái đất thấp và Hệ thống vệ tinh theo dõi và chuyển tiếp dữ liệu trong quỹ đạo không đồng bộ địa lý. Phi đội Kiểm soát Không gian số 18 của Lực lượng Vũ trụ Hoa Kỳ (18 SPCS) chịu trách nhiệm thực hiện các đánh giá chung cho tất cả các tài sản không gian được NASA chỉ định theo lịch trình đã thiết lập (cứ 8 giờ một lần đối với các phương tiện bay của con người và từ Thứ Hai đến Thứ Sáu hàng ngày đối với các phương tiện robot). 18 SPCS thông báo cho NASA (Trung tâm Không gian Johnson cho chuyến bay của con người và Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard cho các sứ mệnh robot) về các liên từ đáp ứng các tiêu chí đã thiết lập. Lực lượng Không gian giao nhiệm vụ cho Mạng lưới Giám sát Không gian để thu thập thêm dữ liệu theo dõi về một đối tượng đe dọa để cải thiện độ chính xác của đánh giá chung. NASA tính toán xác suất va chạm, dựa trên khoảng cách trượt và sự không chắc chắn do Lực lượng Không gian cung cấp. Dựa trên các quy tắc bay cụ thể và phân tích rủi ro chi tiết, NASA quyết định xem có cần thiết phải thực hiện động tác tránh va chạm hay không. Nếu cần phải điều động, NASA sẽ cung cấp dữ liệu quỹ đạo sau khi điều động theo kế hoạch cho Lực lượng Không gian để sàng lọc các liên hợp ngắn hạn. Quá trình này có thể được lặp lại nếu quỹ đạo mới được lên kế hoạch khiến phương tiện của NASA có nguy cơ va chạm trong tương lai với cùng một hoặc một vật thể không gian khác.
