2007年8月，美国航天飞机奋进号在轨道上挨了一枪。一块太空碎片击穿了它的散热板，入口只有5.5毫米，比一颗黄豆还小，出口却有入口的两倍大。奋进号平安飞回了地面，那个洞后来成了太空碎片问题最有名的一张证件照。

航天飞机2011年退役，太空里的碎片却越攒越多。NASA在2021年估算，近地轨道上比10厘米大的碎片约有3.4万块，1厘米到10厘米之间的约有90万块，比1厘米还小的约有1.28亿块。它们以每秒7至8千米的速度绕地球飞，一粒油漆屑撞上来，也能在航天器表面凿出坑。

航天器怎么防这些东西？主流答案已经用了70多年，叫惠普尔防护屏，思路简单得有点意外：在航天器外壁前面再挂一层薄板，中间留出一段空隙。碎片撞上薄板时先被撞得粉碎，变成一团细屑和气体，飞过空隙再撞到内壁上，冲击力被摊到一大片面积上，内壁就扛得住了。几十年来它改过很多版，有的多加几层薄板，有的在层与层之间塞填充物，原理没变，都是先把碎片打散，再把力分摊。

现在，中国大连理工大学的研究者给这层防护屏想出了一种新夹层：一排排装满水的铝制鸡蛋。这项研究发表在2026年的《应用物理学杂志》（Journal of Applied Physics）上。

蛋壳是科学家研究了很久的材料。它主要由碳酸钙晶体组成，晶体嵌在蛋白质构成的骨架里，内侧还衬着一层薄薄的胶原膜。这种结构跟牙釉质和贝壳类似，特点是不容易一碎到底。早在20世纪50到60年代，航空工业分析飞机金属外壳为什么开裂时，就拿蛋壳当过参考模型。

蛋壳有多硬，做过饭的人都有体会。掰开一颗鸡蛋，要在正中间使上恰到好处的一下力，多一分壳就碎成渣，少一分壳不开。压碎一颗鸡蛋大约需要2.5千克的力，但这个数字取决于力从哪个方向来，以及力是集中在一点上，还是摊在整个壳面上。

有一个经典的物理表演，叫踩鸡蛋。把整箱鸡蛋摆好，人赤脚站上去，蛋一个也不碎。诀窍有两条：让每颗蛋尖头朝上，因为蛋尖是整颗蛋最抗压的部位；再把脚放平，让体重均匀落在所有蛋上，不让任何一颗单独受力。美国麻省理工学院的机械工程师佩德罗·雷斯就是做了这个表演之后，开始研究蛋壳的。他在2012年发表论文，说明了蛋的卵形跟它的刚度之间的关系。刚度指的是一个东西受力时有多不容易变形，它跟强度有关，但不是一回事。两颗蛋一颗有细裂纹，一颗没有，有裂纹的那颗强度更低，更容易破，但两颗的刚度一样。

蛋壳的物理并没有到此讲完。2025年，雷斯的同事塔尔·科恩带领团队重新检验了一个流传多年的说法：从高处丢鸡蛋，竖着丢最不容易碎。结果发现，在需要吸收撞击能量的场合，横着放的蛋在同样的力之下能压缩得更多，吸收的能量也更多，从同一高度丢下去，横着的蛋反而碎得更少。

大连理工大学的团队想解决的，正是吸收撞击能量的问题。他们借用了踩鸡蛋的思路，把蛋壳的形状和力学性质搬进了惠普尔防护屏。研究者用3D打印做了3种铝制结构：光秃秃的铝板；两块铝板中间夹一层装满水的铝球；两块铝板中间夹一层装满水的铝蛋壳。他们先用计算机模拟超高速撞击，再用轻气炮把弹丸打向这些打印件，看哪种结构最扛撞。轻气炮是专门模拟太空碎片撞击的设备，能把小弹丸加速到每秒几千米。

装水的蛋壳阵列赢了。它扛住了很高的载荷，把弹丸的速度削掉了将近65%，而只用铝板的方案只削掉51%。蛋壳里的水在其中起了关键作用：受到撞击时，水在壳里来回晃荡，把撞击能量耗散掉，冲击波也就传不下去。

研究者还试了蛋壳的不同摆法，最有效的一种是让每颗蛋竖着放，尖头顶住上面那块铝板。这跟踩鸡蛋的诀窍是同一回事。

论文合著者、大连理工大学的王宇新（Yuxin Wang）说：“单颗蛋壳在局部受力下很容易破，但蛋壳阵列的防护机制完全不同。这些蛋壳单元协同变形，把局部的冲击载荷转化成整个结构上分散的能量耗散，从而显著提升了目标板的抗冲击性能。我们希望这项研究能让更多人关注仿生防护结构。”

这项研究刚起步，设计还要打磨，材料吸收能量的本事也还有提升空间。但下一代惠普尔防护屏的夹层里，可能真的会摆上一排竖着放的蛋。

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图一：装满水的铝制蛋壳阵列结构的三维图，可见铝板上的蛋壳排列。为了看清几何形状，图中省去了盖在蛋壳上方的第二块铝板，图源：Wang et al., 2026图二：NASA用计算机生成的太空碎片增长示意图，图源：NASA图三：一颗卫星在较高轨道上解体成多块碎片的示意图，图源：ESA/ID&Sense/ONiRiXEL/CC BY-SA 3.0 igo图四：航天飞机奋进号在STS-118任务中散热板遭受的严重撞击，入口约5.5毫米，出口有入口的两倍大，图源：NASA

信源：Ouellette, Jennifer. "The Secret to Protecting Next-Gen Spacecraft Might Be Eggshells." Ars Technica, 8 Sept. 2026