推動全球協(xié)同清理空間碎片的建議

● 文 | 中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院 楊少鮮 李其飛

自20世紀60年代初以來，空間碎片（也稱“太空垃圾”）數(shù)量呈指數(shù)級增長，已威脅空間的可持續(xù)利用，全球商業(yè)航天的興起將使這一態(tài)勢更加惡化。2018年6月18日，美國總統(tǒng)特朗普簽署了“3號航天政策令”——國家太空交通管理政策，以加強太空安全性，并持續(xù)保持在太空中的領先地位、卓越水平和行動自由。目前，有關國際空間組織制定的空間碎片減緩指南和準則，僅能抑制碎片增長速度卻無法轉(zhuǎn)變增長趨勢。全球協(xié)同、主動清理將是確?？臻g長期可持續(xù)利用的必然選擇和唯一出路。

一、空間碎片治理是全球面臨的共同挑戰(zhàn)

1.空間碎片急劇增長加劇碰撞風險

當前地球軌道上的空間碎片呈現(xiàn)數(shù)量多、增速快的特點。2016年美國航空航天局（NASA）估計，地球軌道上有超過1億個顆粒大小（＜1cm）的人造物體、50萬個左右彈珠大?。?～10cm）的物體、2.3萬個接近或超過壘球大?。ǎ?0cm）的物體[1]。超過10cm的物體中只有約5%是在軌運行航天器，其余95%都是空間碎片，包括失控的空間站、遺棄的衛(wèi)星、用廢的火箭碎片、遺失的航天員工具等。美國空間碎片研究專家唐納德·凱斯勒（Donald Kessler）對2020年后LEO區(qū)域10cm以上碎片數(shù)量增長作出預測，如果不采取任何措施照此速度增長，70年后碎片數(shù)量將達到發(fā)生碎片鏈式撞擊效應的臨界值，之后近地空間將徹底不可用，即發(fā)生“凱斯勒災難”[2]。日益增多的空間碎片將加劇碰撞風險，隨之帶來更多的碎片，威脅在軌航天器安全運行。近地軌道上物體運行速度是6.92km/s，大型碎片撞擊意味著可以形成數(shù)以千計的殘留物，并對在軌航天器造成致命損壞；小型碎片撞擊累計效應可能會影響航天器的工作。歐洲航天局（ESA）估算，引起在軌航天器失效或喪失部分功能的碰撞次數(shù)將從2015的2次/年增長到2075年的10次 /年[2]。

2.全球小衛(wèi)星發(fā)射計劃帶來新挑戰(zhàn)

質(zhì)量500kg以下的小衛(wèi)星因成本少、質(zhì)量小、準入門檻低、便于規(guī)?；圃觳渴鸬忍攸c，近年來得到快速發(fā)展。2017年，全球共發(fā)射小衛(wèi)星310顆，占同期入軌航天器總數(shù)70.5%，發(fā)射數(shù)量翻倍增長，達到歷史最高發(fā)射水平[3]。美國太空探索技術公司（SpaceX）、一網(wǎng)公司（OneWeb）、波音公司、三星集團等眾多公司計劃發(fā)射數(shù)以千計的小衛(wèi)星，未來必將加劇空間交通擁堵，增強碰撞風險。相較于航天器25年的壽命要求，小衛(wèi)星壽命樂觀估計也僅有15年左右，增加了空間碎片產(chǎn)生速度。機構間空間碎片協(xié)調(diào)委員會（IADC）、NASA、ESA對巨型微小衛(wèi)星星座數(shù)量激增帶來的碎片環(huán)境分析指出，按照目前趨勢，2050年LEO區(qū)域10cm以上碎片數(shù)量將超過5萬個，2100年將超過10萬個，使得衛(wèi)星碰撞數(shù)增加6倍。

3.美俄中成為制造空間碎片最多的國家

商業(yè)內(nèi)幕網(wǎng)站基于空間碎片（Space-Track.org）網(wǎng)站數(shù)據(jù)（截至2017年10月），對能夠檢測追蹤的空間碎片做了統(tǒng)計，顯示美、俄、中是制造空間碎片最多的3個國家，也是近5年航天器發(fā)射數(shù)量排名前三的國家。中國以3475個空間碎片位列第三，僅次于美國的3999個和日本的3961個，這主要是由于2007年中國在用一枚導彈摧毀報廢衛(wèi)星試驗時產(chǎn)生了2300塊可追蹤的空間碎片。[4]

4.減緩管理已不能滿足碎片治理需求

應對空間碎片撞擊風險的途徑主要包括碎片減緩、太空交通管理和主動清理。其中，減緩管理已基本形成一套國際規(guī)則框架，比如2002年IADC發(fā)布《IADC空間碎片減緩指南》，2007年聯(lián)合國外空委通過《空間碎片減緩準則》。美俄中等很多國家據(jù)此也頒布了相關規(guī)則和標準。但現(xiàn)行的單純減緩措施并不能令既有空間碎片消失，同時也不適應小衛(wèi)星這樣一個新生事物的減緩管理要求，亟需完善補充。2017年第七屆歐洲空間碎片大會首次提到，空間碎片減緩措施只能抑制碎片增長速度，主動清除碎片已被證明是扭轉(zhuǎn)碎片增長的必要措施，并將“主動移除和修復”作為一個獨立議題。太空交通管理方面，美國率先走在了前面，其全球首創(chuàng)的太空交通管理政策已發(fā)布，該政策將建立“現(xiàn)代太空交通管理架構”，未來有望在全球推廣。

二、國際各界密切關注空間碎片主動清理

1.政界：積極研發(fā)布局空間碎片主動清理技術

空間碎片主動清理技術方案多樣，如機械臂捕獲、柔性飛網(wǎng)捕獲、魚叉捕獲、激光移除、離子束推移、靜電力增阻、太陽帆移除、磁場發(fā)生器捕獲等，各有優(yōu)劣。以美國為代表的航天大國在主動清理技術多元化研究方面起步較早，部分已從概念研究階段進入關鍵研究和驗證階段。2009年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）提出了綜合電動力系繩、飛網(wǎng)捕獲等技術的碎片清理技術驗證計劃——電動碎片清除器。2011年，NASA和康奈爾大學組建團隊提出一種激光清除碎片方案。2017年，美國航空航天公司的“膜航天器”項目獲NASA第二輪資助，致力于提供一種低成本的碎片移除解決方案；DARPA發(fā)起了一項名為“同步衛(wèi)星維修機器人”（RSGS）的公私合作伙伴研究項目，力圖開發(fā)一款衛(wèi)星維修航天器，修復那些原本被設計為一次性使用的衛(wèi)星，以減少碎片數(shù)量，同時降低航天任務成本。我國也已展開積極探索，2016年遨龍一號首次在軌驗證，裝載的一臺機械臂可清理廢棄衛(wèi)星大小的碎片。

2.商界：陸續(xù)誕生一批專注碎片清理的新興企業(yè)

碎片清理蘊含著新的業(yè)務領域和商機，吸引了一些初創(chuàng)企業(yè)提前入局。2016年科技網(wǎng)站BI發(fā)布的全球太空十大創(chuàng)業(yè)公司榜單中，有3家瞄準的是碎片清理和修復市場。美國諾瓦克斯公司（NovaWurks）致力失效衛(wèi)星修理，是DARPA長期合作單位，通過發(fā)射微小衛(wèi)星張網(wǎng)捕獲失效衛(wèi)星并在太空進行修理再用，已成功與國際空間站對接，并進行了在軌實驗論證。英國有效空間解決方案公司（Effective Space Solutions）力圖提供成本折中的清理方案，即通過發(fā)射微小衛(wèi)星捕獲“僵尸衛(wèi)星”，再將其拉到“墓地軌道”。新加坡宇宙尺度公司（Astroscale）力圖提供成本低、可行性高的清理方案，通過發(fā)射具有粘性表面的衛(wèi)星，靠撞擊收集碎片。

3.軍界：關注空間碎片本身及清理工具軍事化應用

與強調(diào)自律和審慎的減緩管理措施不同，空間碎片清理技術具有主動性和兩面性，既可以用于主動移除碎片，也可以被用于攻擊他國在軌衛(wèi)星或航天器等軍事用途。2016年聯(lián)合國外空委的一份工作報告顯示，國際社會在研討碎片減緩和清理問題的同時，已注意到主動清理技術帶來的外空軍事化威脅。此外，空間碎片也可以用于迷惑、監(jiān)視他國。

三、空間碎片主動清理涉及兩大關鍵問題

1.關于“能否清理”“誰來清理”的法律問題

空間碎片的法律概念和所有權、管轄權的規(guī)定尚存國際立法空白，主動清理權利和國際責任仍存爭議[5-6]。所有權不明可能導致主動清理被視為太空軍事活動，引發(fā)外空軍事化的爭議及違反和平利用外層空間原則甚至禁止使用武力原則的合法性爭端[7]。對于不同類型的空間碎片，主動清理合法性的側(cè)重點也不同，比如對于清除失效的衛(wèi)星，關注點更多是誰有權利對其進行清除，因為這可能涉及衛(wèi)星上所載的技術信息、知識產(chǎn)權等問題；對于清除碰撞、自毀、解體而產(chǎn)生的碎片，關注點更多是誰是清除責任主體及如何履行清除責任。2018年3月，美國在《國家太空戰(zhàn)略》中提出，對太空體系關鍵組成部分的任何有害干擾或攻擊，將招致美國在其選定的時間、地點、方式和作戰(zhàn)域上給予有準備的反擊。此外，對于如何分配碎片清理后的軌位資源、清理過程因不可抗力造成第三方損失由誰賠償?shù)葐栴}，各方面也存在分歧。

2.關于“如何清理”的技術和成本問題

上述法律問題不解決將直接影響碎片清理市場的形成，相關技術和裝置也只能囿于試驗性質(zhì)的布設和測試，很難得到國際社會的認可并展開大量實用化的空間碎片清理實踐。一旦碎片清理責任主體或付費主體等國際規(guī)則明確后，碎片清理市場將快速形成，主動清理技術、費用、效率等將成為問題焦點。采用不同方案清除不同尺寸的碎片所花費的代價不同，清理成本與效益需要權衡，空間碎片清除的交易市場、軌位資源的價格評估體系等也需要建立。

四、政策建議

1.近期：加強空間碎片主動清理相關法律依據(jù)研究

建立一套空間碎片清理國際法規(guī)范是一項巨大而長期的工程，近期，我國可加強對現(xiàn)有國際空間法和代表性國家（如美日等空間碎片制造國）所建立的相關法律或條約的研究梳理，結合主動清理技術發(fā)展階段和需要，及時調(diào)整我方在清理本國空間碎片、清理他國空間碎片上的立場，尋找利于自己立場的法律依據(jù)。同時，提前做好政策儲備和試驗，在國內(nèi)率先謀劃出臺本國空間碎片清除標準或手冊、太空交通管理政策、小衛(wèi)星空間碎片減緩規(guī)定等，通過明確技術準則和安全標準盡量減少碎片，待政策成熟再逐步推向國際。

2.中期：開展國際合作破除空間碎片清理的法律障礙

在禁止使用武力以及和平利用外層空間的法律原則框架下，本著消除潛在有害干擾、凈化外空環(huán)境的原則，聯(lián)合世界航天大國共同建立碎片清理國際合作機制。相關方在互信合作基礎上，借鑒國際法關于船舶殘骸清除制度等類似規(guī)則，制定能夠為國際社會所接受、具備引導和約束作用的空間活動行為規(guī)則框架，對現(xiàn)行的國際空間法進行現(xiàn)代化的解釋，盡可能為開展碎片清除商業(yè)運營掃清法律障礙。同時在碎片清理實踐中提高操作的透明度，避免國際社會對碎片清理的軍事化爭議。

3.遠期：建立互信、合作、透明、和平的全球治理體系

作為航天大國，我國要在重要場合積極倡議建立互信、合作、透明、和平的全球空間碎片治理體系，爭取國際規(guī)則制定的話語權。一是倡議在IADC下建立多國可信賴的、專門統(tǒng)籌空間碎片清理的權威工作組，管理模式可借鑒國際海底管理局經(jīng)驗，空間碎片清理交易市場建立可借鑒全球碳排放交易市場。工作組作為碎片清理的“太空警察”，應具有中立性，應負責定期發(fā)布權威準確的碎片檢測數(shù)據(jù)，應監(jiān)督、購買或提供有償空間碎片清除服務等。二是倡議建立空間碎片清除國際基金組織，主要空間碎片制造大國作為重要參與方按比例按責任注資，共同開展空間碎片清理相關的科研和實踐活動等。

4.長期：積極引導軍民各界協(xié)同布局空間碎片清理市場

空間碎片主動清理方案涉及不同學科和技術的交叉融合，需要協(xié)同突破。同時廣闊的市場前景也是軍民口企業(yè)切入商業(yè)航天的一個突破口。雖然目前空間碎片清理技術的商業(yè)應用尚存法律障礙，但是政府仍需超前布局、長期鼓勵軍民口單位聯(lián)合研發(fā)相關技術，創(chuàng)新試驗太陽帆、充氣展開囊等新型清理方式，防止在未來陷入被動，同時也帶動空間科學、光電子學等基礎學科以及高精度探測、先進控制與推進、新型材料等高新技術的創(chuàng)新發(fā)展。