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无论空间站是否具备军事用途，都是一个国家重要的太空资产，面临着来自自然和人为的种种威胁，为此，美苏在空间站发展之初就研究和制定了多种防御和防护计划。随着空间站在太空探索和应用的发展，特别是空间站军事地位的日益突出，空间站的防护将成为人们关注的焦点。
空间站面临威胁分析
总体来讲，空间站面临的威胁可以分为自然和人为两大部分。自然威胁有微流星、陨石、空间射线等，人为威胁可以分为有意和无意两类。例如，空间碎片是人们在开发太空资源时无意中产生的垃圾，而对航天器的军事或竞争性破坏则是人为有意的威胁。无论威胁来自哪里，空间站都必须具备对其的防御和防护能力。
空间碎片及陨石空间站在太空中时刻都可能面临着大小各异的陨石与空间碎片的威胁。目前，环地球运行轨道上的空间碎片总数已经超过4 000万个，总质量已达数百万千克，而大于10厘米、地面望远镜和雷达能观测到的空间碎片总数已超过1万个。可以这样说，目前太空中大于10厘米的人造物94％是无用的空间碎片，只有约6％是仍在工作的航天器。众多的“碎片级”太空垃圾来源于各种航天器、仪器、运载工具的解体。而导致解体的原因有多种，如剩余燃料爆炸、电池爆炸及军事活动的有意爆炸等。到目前为止，各种航空仪器的解体事件共发生了近200次，产生了万余块碎片。比如1961年6月29日，运载“子午仪”卫星的运载火箭发生爆炸，产生了296块可跟踪的碎片，使当时的空间物体数量增加了4倍。这些金属废料具有很高的动能，在太空中的运行速度可达每秒16千米。一个在较低轨道上运行的卫星与太空碎片相遇时的平均碰撞速度为每秒10千米，一个直径只有1厘米大小的颗粒就能释放一颗手榴弹爆炸的能量。毫米级和微米级空间碎片尽管看起来微不足道，但是对于航天器的威胁不应忽视。毫米级空间碎片有可能穿透数毫米厚的舱壁，导致航天器彻底失效；微米级碎片虽然不会立即影响其工作，只是在航天器表面留下不大的撞击坑，但是日积月累，形成“千疮百孔”，航天器表面材料应有的性能也将改变甚至丧失，例如辐射器表面形成的“蚀坑”使其辐射和吸收热量的能力改变，可能导致温度控制失灵。
1996年7月，法国一颗名叫“樱桃”的军用卫星被一块太空垃圾击中，而这块公文包大小的垃圾是10年前法国“阿丽亚娜”火箭末级爆炸后产生的残骸，碰撞使卫星严重倾斜，曾经一度失去控制。更多的撞击事件是由小的碎片造成的。从空间回收的航天器表面上通常是伤痕累累。1983年6月美国航天飞机“挑战者”号以每秒5 000米的相对速度与0，2毫米宽的含钛油漆碎片相撞，在舷窗上产生了一个4毫米直径的深坑：1999年6月“发现者”号航天飞机返回后发现机身上有64处撞击痕迹，其中舷窗受到50次撞击。再如，在这些碎片的作用下，著名的“哈勃”望远镜已经伤痕累累，外表遍布凹坑和划痕。2007年6月在太空行走的俄罗斯宇航员发现国际空间站外壳上和太阳能电池板有多个弹孔大小的洞，美俄为此采取了紧急措施。由于空间站需要在太空长时间运行，少则数年，长则十余年，因此这些已经成为“太空垃圾”的空间碎片对空间站的威胁是时时刻刻的。
太空辐射与空间碎片相比，太空辐射对于空间站设备仪器和人员的威胁更是无时不在、无处不在的。宇宙中存在着各种射线，对人员的伤害是毋庸置疑的，对电子设备也存在着程度不同的干扰和破坏。世界各国航天员在飞行中都随身带有辐射计，以便随时掌握辐射剂量。苏联“联盟”35号飞船飞行了175天，航天员所接受的辐射剂量竟达到7雷姆，这引起了航天医学专家们的重视。美国的“阿波罗”飞船中的航天员，在一次飞行当中，眼睛出现了闪光感，专家们认为这是宇宙辐射的高能粒子作用在视网膜引起的生物效应。航天员于航天当中接受的剂量多少还与轨道高低有关系，轨道高，接受的剂量便大：轨道低，接受的剂量就小。像美国“天空实验室”空间站的航行高度要比苏联“礼炮”号空间站的高度高，在太空实验室里的航天员所接受的辐射剂量，平均要比“礼炮”空间站里航天员要多。太空射线的辐射对空间站中的电子元器件也会产生电离作用使其效能降低或报废。
动能硬攻击目前的小型空间站重18-20吨，中型空间站100吨左右，大型空间站在400-500吨以上，都是空间的庞然大物。这些庞然大物目标体积很大，容易被击毁，特别是在执行侦察、指挥和通信中继等军事任务时，要求在低轨道上运行，更容易被发现和击毁。小型空间站的易损性比卫星大10倍，大型空间站的易损性比卫星大百倍。业余的航天爱好者用肉眼或简单的望远镜就能准确发现和跟踪空间站。例如，我国天宫一号发射不久，日本天文爱好者就宣布用普通望远镜发现了天宫的轨迹。如果从地面打军用卫星(特别是低轨道侦察卫星)，用探空火箭或中程导弹即可，更不用说美国、俄罗斯和印度已经掌握反卫星技术。此外，利用报废但可控卫星撞击或阻塞空间站轨道，也是未来可能用于攻击空间站的方法，因为它大多逐渐迁移到空间站运行的低轨道空间。2009年2月11日，一颗已经报废的俄罗斯军用通信卫星与美国一颗商用通信卫星在西伯利亚北部上空约790千米处相撞，这是人类太空史上首次发生的两颗大型卫星相撞事件。实际上早在冷战时期，苏联就曾开发了攻击卫星(即所谓的“太空地雷”)以攻击美国在轨卫星。可见，空间站面临着来自地面和太空的动能硬攻击威胁。
轨道拦截利用先进的空间交会和对接技术实现与目标飞行器的接近与对接，就可以拦截甚至捕获卫星或空间站，这也是空间站面临的重大威胁。美国空军在60年代提出的“载人轨道实验室”(MOL)计划中，空间站能进行卫星检查和拦截，测定轨道轰炸系统的精度。美国在2006年启动了“初期自动机器人技术”(FREND)项目，旨在研制、验证空间自动机器人技术，通过立体成像技术和多自由度机器人的有机结合，实现自动捕获没有安装对接装置的空间物体。虽然美国宣称其主要目的是航天器抢救、维修，但该技术与非合作目标的对接能力就使其可接近拦截捕获或破坏空间站等目标。以后衍生的美国“轨道快车”计划可以利用自主空间运输和机器人(AS—TRO)从补给星中取出燃料，通过自主交会接近目标卫星，然后由ASTRO上的机械臂捕获目标卫星，并将其拉近；当AS—TRO与目标卫星间的距离不足10厘米时，由ASTRO上的对接机构固定住目标卫星上的目标部位，完成“软对接”。接着，在ASTRO与目标卫星之间建立传输数据的链路，两者的燃料口实现对接，形成密封的管路，对目标卫星进行在轨加注。这种项目的军事意义显而易见。
其它除了上述威胁外，空间站还可能面临着诸如激光、电磁脉冲、电子干扰等诸多威胁。激光不但可以破坏空间站上使用的光学望远镜中的电子感光元件，而且可能伤害望远镜使用人员的视力，特别是随着激光技术的发展，其可以通过热融破坏空间站结构，造成这一威胁的还包括微波武器。通过专用的电磁脉冲发生装置可以在空间站附近产生短暂但强烈的电磁脉冲流，通过空间站天线等部件耦合进入电器设备，使其烧毁或降低效能，导致空间站失控。电子干扰是所有人为威胁中最容易实施的，通过对空间站无线通信、探测雷达等无线电设备的电子干扰使空间站与地面失去联系或失去对周围环境的感知能力。
可见，空间站面临的卫星种类繁多，技术机理复杂，因此在空间站发展伊始，美苏就设计过形形色色的防护措施，其中有些技术至今仍在使用。
空间站的防御与防护
从美苏空间站的防护措施来看，不分针对自然威胁还是针对人为威胁，这些措施通常是可以相互发挥作用的，大致可分为主动防御和被动防护两类。
加装主动防御性武器这是典型的主动防御措施。虽然空间站空间狭小，对载荷要求苛刻，但为了提高防御能力，美苏都曾在这方面做过尝试。1970年以后，苏联同时进行了两个空间站计划：军用的“钻石”计划和民用的“礼炮”计划。由于保密要求，“钻石”空间站对外也借用“礼炮”系列的名称，如“礼炮”2号、“礼炮”3号和“礼炮”5号，其实都是“钻石”空间站。原来的主要任务是进行军事侦察，但苏共中央委员会要求将其建成“太空堡垒”，除了进行军事侦察外，还要完成太空作战任务。为l此，苏联科学家在“钻石”空间站内设计安装了1门23毫米机关炮，能对敌人的卫星、飞船和拦截导弹进行打击。当然，在当时的技术条件下，这种武器的瞄准能力较差，必须移动整个空间站才能使火炮对准目标。有消息称，苏联在一次太空飞行中使用这种机关炮进行了试射，结果非常成功，不仅安全性和可靠性好，而且能准确击中目标。这种武器不但可以防御，还可以实施进攻。以后，苏联在“和平”号空间站后部的光谱舱内安装了专用火控传感器系统，准备装备“奥克塔瓦”型拦截火箭。它可以由舱前端指挥位置的航天员进行操作，分为可在底部弹射的3枚小型火箭和由压力舱顶部气闸弹射的1枚大型火箭，通过空间站前部的光学和雷达瞄准跟踪系统，可击毁接近的空间目标，甚至进行弹道导弹拦截。光谱舱原定于1991年9月发射，进行一个月的秘密试验，然后与“和平”号对接，但该计划随着苏联的解体被搁浅。
攻击告警与探测要实现对空间站的防御就必须具备对攻击威胁的感知和探测，这种告警和探测系统可以是空间站自身携带的，也可以是地面部署的。空间站携带光学或雷达探测器可以对敌方反卫星手段和反卫星武器进行识别、探测和报告，对己方系统受到的威胁进行预警，并进一步评估和定位，确认其威胁的类型以及危险程度，然后再决定采取哪些措施进行防御，空间站威胁预警技术是对卫星进行主动防御的前提。
前面提到的苏联“和平”号空间站为配合光谱舱中的拦截火箭工作，就设计安装了告警和瞄准系统。其中，里拉光学传感器可识别弹道导弹弹头和卫星，确认目标后启动舱上的“布顿”雷达跟踪系统。该系统设计用于跟踪弹道导弹再入和卫星，跟踪数据将传递给拦截火箭以击毁目标。PIM-K则是改进的多光谱探测装置，用来分辨弹道导弹的再入段载具和诱饵。美国在1986年开始研究空间飞行器的主动防护措施，即“星载攻击报告系统”，之后又启动了“微型攻击报告系统”和“轻型攻击报告系统”的概念研究工作。另外，当时的弹道导弹防御局也于1991年开始进行“卫星攻击告警与评估飞行试验”，用来测试传感器对预定环境中模拟威胁的告警能力。
1999年，美国空军空间司令部倡议实施“卫星威胁预警与攻击告警”计划，其目标是探测、识别对卫星的射频和激光干扰及大功率微波和激光攻击，描述威胁特征和攻击类型，评估卫星系统受影响程度，警示卫星及地面站注意并做出反应。此外，美国还建有庞大的地面告警观测系统。例如，美国空军的“快速攻击识别、探测与报告系统”(RAIDRS)在美国航天器受到袭击时，能够使美军对情况有一个全面的了解。RAIDRS首个面向计算机的软件部分于2008年嵌入卫星地面控制站。这样，地面站能够更好地操作和解读从航天器上下载的数据，并由此做出决策，确定航天器是被袭击还是受太空环境的影响。
我国为了保护天宫一号在轨运行的安全性，科技工作者制定了专门的预警机制，分别使用地面和太空观测系统对其进行连续不问断的观测，以防御空间碎片撞击和其它意外的发生。
轨道高速机动轨道机动是空间站具备的基本能力之一。但为应对可能威胁，空间站需要具备高速机动能力，以便躲避那些可观测到的大的空间碎片和探测到的导弹或卫星攻击。～方面由于空间站运行轨道相对固定，易于被敌方空间目标监视系统捕获、定位和跟踪。如果空间站利用轨道机动技术不定期地改变运行轨道，则可以有效降低被敌方空间目标监视系统捕获、定位和跟踪的几率，以保障正常工作。另一方面空间站在发现导弹攻击或存在卫星碰撞危险后，可以紧急机动变轨躲避，例如，“和平号”空间站1999年8月报废，2001年3月，俄罗斯通过飞船先后三次发射助推器，帮助“和平号”矫正姿势后进入大气层焚毁。
对站体进行全面加固对空间站进行全面加固是其应对威胁的根本途径。目前的加固主要包括结构加固、抗核加固等几大类。
首先，结构加固使空间站具备了一定的抗碎片、导弹，甚至子弹撞击的能力。空间站的结构大多采用铝、镁、钛等轻合金和增强纤维复合材料，外部由烧蚀材料层和不锈钢蜂窝夹层组成防热外壳，内部是铝蜂窝夹层结构的密封舱体，用多根锻铝纵梁加强，这是空间站防护的最后一道屏障。因此优选表面材料、改变结构和增加厚度是提高空间站抵御外部攻击的根本途径。我国的天宫一号自身带有防护板，可遮挡微小碎片对飞行器的撞击，而其自身2～3毫米厚的特殊金属外衣也能起到很好的防护作用。增加舱壁的厚度对防止空间辐射也非常有效。例如，对于太阳质子事件来说，当质量屏蔽的厚度由2克／厘米。增加到10克／厘米。时，造血器官所受到的辐射剂量减少5倍。但加装护层也有很多局限，会对空间站实现自身功能造成影响，且重量增加也就需要更大推力的火箭才能完成发射。
其次，抗核加固是冷战时期美苏航天器的普遍做法，为了防止高空核爆炸对卫星及星上电子设备造成高压击穿、器件烧毁、电磁加热、浪涌冲击和瞬时干扰等破坏。虽然美苏在空间站上没有专门的设计，但双方在类似的飞行器中都采用了类似措施。例如，美国第一代的“军事星”就采用了抗核加固措施。“军事星”计划是20世纪80年代初冷战时期美国针对苏联制定的一项庞大研制计划，旨在建立一个在核战中和核战后均能生存、三军通用、抗干扰能力强、具有可靠性和高保密性的军用通信卫星系统。为了确保在核战条件下的生存能力，这些卫星采用先进的抗核加固和抗干扰技术。如果要将空间站用于军事目的，抗核加固措施是不能不考虑的措施。抗核加固实际就是加强飞行器外舱，以阻绝核爆炸产生的X和R射线对人员的伤害；屏蔽电子元器件，以避免核电磁脉冲对电器的破坏等。
实际上，我国天宫一号在多元备份方面一定程度上实现了加固的目的。例如，其中500余台大小设备经过地面的大量试验，科研人员在参考同类设备实际飞行结果数据的基础上，针对各种可能出现的故障提前制定了几百种预案，从系统到分系统到单机，各级、各层面上都做了备份，保证“天宫一号”各部件的正常运转。在一些关键设备的控制上，还设计了“双保险”，比如无人期间设备自动控制，有人时还可以让航天员参与进行人工控制。这些措施可以在一定程度上避免各种撞击和类似核爆的故障影响。
激光与电子干扰防护前面提到的结构加固和抗核加固措施对抗击强激光同样有效，因此这里的激光防护主要是针对空间站上的光学仪器的激光攻击。美国在开展激光武器研制的同时就己开展了激光的防护研究。早在1989年，美国政府就对所有装备部队和正在研制的武器系统做出了必须具备抗激光防护能力的明确规定。根据美国国防部的计划，西屋电气公司研制成功氧化钒防激光涂层，用来保护卫星上的红外探测器免受激光武器的破坏。当强激光照射到卫星上镀有氧化钒膜的红外敏感窗时，具有光开关特性的薄膜立即防止激光通，过，保护光电传感器。据称，这种薄膜由二氧化钒和三氧化二钒组成，厚度达1微米，可正常工作25年。有报道称，这种被称为“眼睑”技术的防护措施已经应用于“锁眼”－12光学侦察卫星。
针对航天器无线电系统面临的射频干扰，美国采用了天线抗干扰、扩频抗干扰、星上处理和扩展频段等技术进行防护。例如，美国的“国防卫星通信系统”3的多波束天线(含19个发射波束和61个接收波束)能够根据敏感器探测到的干扰源位置，通过波束形成网络，控制每个波束的相对幅度和相位，使天线在干扰方向上的增益为零。该系统在1966年还采用了扩频多址技术，并将这一技术扩展到了目前使用的“军事星”、“租赁卫星”和“舰队卫星通信系统”上。美国“军事星”2有8副可控点波束天线和2副调零点波束天线(能针对上行链路干扰自动调零)，还有6副分布式用户覆盖天线。“军事星”系列还采用了星上处理技术，使上、下行链路之间去耦，上行干扰不再对下行链路产生作用，同时设法避免转发器被推向饱和。这些技术有些已用于美国和苏联的空间站无线通信，对空间站抗电子干扰发挥了重要作用。
加装防护屏网空间碎片危害航天器的最主要特征是超高速撞击现象。对于毫米级空间碎片，采用设置防护屏的防护结构方案被证明是现实有效的措施。苏联和俄罗斯曾研制了飞行器专用的防护屏，选择相应的材料制作，并制成网状，重量轻、保护性能好，以每秒5千米速度飞行的太空碎片与其碰撞后会瞬间变成粉末。在网状的防护屏上还涂了一层特殊材料，当太空碎片与其发生碰撞时，碰撞产生的能量使其与太空垃圾发生爆炸式的化学反应，类似坦克的反应装甲，大大促进了太空碎片变成粉末的过程。网状防护屏还能使与其碰撞的太空碎片横向面积增大，降低碰撞的强度。因此，研究人员将这种保护法称为力学一化学保护法。据悉，研究人员用速度达每秒7千米、直径1厘米大小的铝球粉向防护屏幕射击的地面试验中获得了成功。我国目前的天宫一号也设计有防护板，可以阻挡一定大小的碎片撞击，使空间站得到保护。
空间站在轨修复对空间站的在轨修复是战时空间站防护能力的重要体现，美国和苏联都曾进行过类似的试验与实践。美国已进行的航天器在轨修复工作均需要航天员的参与。1984年和1992年在航天飞机上，美国航天员对轨道上出现故障的卫星进行了在轨修复的试验。美国航天员曾在1991年、1993年、1997年和2002年分别前往“哈勃”太空望远镜执行了在轨维修工作。美国目前正在大力发展服务于在轨航天器的修复技术。前面提到的“轨道快车”计划中的ASTRO即是这类航天器，其不仅可以将燃料输送给目标星，还可以输送轨道更换单元，对目标星进行电池更换、部件升级等维修工作。美国“天空实验室”计划实施中也多次进行过在轨修复工作。
部署周边防御体系空间站的防护不可能是孤立的，需要天地之间、天天之间密切的配合。例如，美国和苏联，俄罗斯都建有庞大的地面观测和指控体系，目前美国正在开发对航天器防护的天基防御体系。美国空军在2002年提出天基防御性空间对抗武器技术概念，即用以保护大型重要航天器的专用微卫星技术。微卫星装有空间监视装置、攻击告警装置和针对威胁的对抗装置。这种保护大型航天器的微卫星概念将局部空间区域的态势感知，针对攻击的诱骗、阻挡或拦截等主动防御功能集于一体，是一种主动型的防御性空间对抗武器技术。它的提出、研制和以后的实际使用，对空间对抗的作战样式和空间对抗武器技术：的发展都可能有重要的意义和影响。
总之，对空间站的防护与防御能力是整个空间站应用能力的重要组成部分，在军用空间站方面尤为重要。相信空间站防御能力也将随着对航天器攻击能力的发展而“道高一丈”。