空间碎片，是指人类空间活动的产物。包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等，是空间环境的主要污染源。 自从1907年苏联人造卫星发射以来，开展空间活动时间较长的美、俄两国，所产生的空间碎片约占总数的45%和48%，我国产生的约占1.2%。 没人能够数清空间碎片的确切数目。人类目前只能对直径10厘米以上的碎片进行跟踪监测，这类碎片目前共有9600多个，世界上只有美国和俄罗斯有能力对其进行全部监测，美国国家航空航天局为每个碎片都进行了编号。 小于1厘米的碎片据估计有数千万乃至数亿，航天器已经根本无法避免与其相撞。
高度在2000千米以下的近地轨道的空间碎片平均速度约为36000千米/小时，以这种速度，即使是很小的空间碎片也会对正常运行的航天器造成毁灭性的破坏。
与空间碎片的碰撞已经导致数百万美元的损失。例如，2009年2月10日，一颗美国通信卫星Iridium 33被1960年代建造的已失效的俄罗斯卫星Cosmos 2251击中，因此被摧毁。
此外，此类灾难还会产生更多碎片，这些碎片可能继续摧毁轨道上的更多的航天器，一连串的破坏最终可能在地球周围形成碎片带。这种最坏情况的连锁反应场景被称为“凯斯勒效应”或“凯斯勒综合症”，这是美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒在1978 年所预测的。
据美国国家航空航天局（NASA）估计，目前大约有500,000大理石大小的碎片和超过1亿块1毫米或更小的碎片绕地球运行。此外，由于制造和发射卫星的价格比以往任何时候都便宜，因此诸如SpaceX，亚马逊，OneWeb和Telesat等公司计划在未来几年内将“巨型星座”发射到近地轨道，每个将由数百个微型卫星组成。
2017年的一项研究表明，与此类巨型星座发生的碰撞可能会大大加剧凯斯勒效应的风险。实际上，欧洲航天局必须在9月2日移动其风神地球观测卫星，以免与SpaceX Starlink卫星发生碰撞，SpaceX Starlink卫星是今年5月同时发射的60颗此类卫星之一。
为了凯斯勒效应的可能性做准备，科学家分析了当空间碎片占地球低轨道主导时，卫星如何继续生存和运行。先前的工作表明，可以使用称为Whipple盾的防御装置来保护卫星。 一层相对较薄的覆盖物覆盖在航天器的主壁上，该覆盖层能够碎裂并分散了进入的碎片。这会将冲击的能量散布在较大的区域，使其更易于承受冲击。但是，研究人员说，Whipple防护罩只能防止0.4英寸（1厘米）宽或更小的碎片。
对于大块空间碎片，地面雷达和望远镜可以远程跟踪其运动，从而帮助科学家预测其轨迹。然后，可以指导卫星如何最佳机动以防止撞击。但是，这种“远程回避”策略是有限的，因为NASA和国防部无法跟踪尺寸小于2英寸（5厘米）的物体。
科学家们专注于卫星如何处理碎片，这些碎片太小而无法从地面追踪，但又大到可以穿透Whipple盾。他们建议，机载红外热像仪可能会帮助卫星快速检测数十公里远范围内这种中等大小碎片产生的微小热量。
但是，即使卫星能够检测到数十公里之外的太空垃圾，鉴于轨道碎片的运行速度，卫星也只有几秒钟的时间来躲避碰撞。研究人员建议使用固体推进剂的火箭，因为它们具有高推力，重量轻且可靠，并且可以在不到一秒钟的时间内激活。
△配备基于凝胶的推进器和红外摄像头以追踪太空垃圾的概念cubesat的插图。
为了验证他们的想法，科学家们提议开发一种cubesat卫星 - 一种仅约10厘米宽，带有16个固体推进剂和一个热红外摄像机，用能够透过红外线的陶瓷做为Whipple防护罩的立方体卫星
每一种常见的固体推进剂火箭只能使用一次。研究人员提出的躲避系统具有多个推进器的部分原因是，如果有必要，它可以帮助卫星规避多个潜在的碰撞。
另外，也有一些火箭使用固体凝胶作为推进剂，而每枚火箭都可以点火多次-“这可能会增加卫星躲避碎片的次数，” 研究人员说。