● 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(jì)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(hào)航天政策令”——國家太空交通管理政策，以加強(qiáng)太空安全性，并持續(xù)保持在太空中的領(lǐng)先地位、卓越水平和行動(dòng)自由。目前，有關(guān)國際空間組織制定的空間碎片減緩指南和準(zhǔn)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(dòng)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(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)前地球軌道上的空間碎片呈現(xiàn)數(shù)量多、增速快的特點(diǎn)。2016年美國航空航天局（NASA）估計(jì)，地球軌道上有超過1億個(gè)顆粒大小（＜1cm）的人造物體、50萬個(gè)左右彈珠大?。?～10cm）的物體、2.3萬個(gè)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(yùn)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(yù)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(dá)到發(fā)生碎片鏈?zhǔn)阶矒粜?yīng)的臨界值，之后近地空間將徹底不可用，即發(fā)生“凱斯勒災(zāi)難”[2]。日益增多的空間碎片將加劇碰撞風(fēng)險(xiǎn)，隨之帶來更多的碎片，威脅在軌航天器安全運(yùn)行。近地軌道上物體運(yùn)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(jì)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(jì)效應(yīng)可能會(huì)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(jì)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(zhǔn)入門檻低、便于規(guī)模化制造部署等特點(diǎn)，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(dá)到歷史最高發(fā)射水平[3]。美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、一網(wǎng)公司（OneWeb）、波音公司、三星集團(tuán)等眾多公司計(jì)劃發(fā)射數(shù)以千計(jì)的小衛(wèi)星，未來必將加劇空間交通擁堵，增強(qiáng)碰撞風(fēng)險(xiǎn)。相較于航天器25年的壽命要求，小衛(wèi)星壽命樂觀估計(jì)也僅有15年左右，增加了空間碎片產(chǎn)生速度。機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)（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(gè)，2100年將超過10萬個(gè)，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(jì)，顯示美、俄、中是制造空間碎片最多的3個(gè)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(gè)空間碎片位列第三，僅次于美國的3999個(gè)和日本的3961個(gè)，這主要是由于2007年中國在用一枚導(dǎo)彈摧毀報(bào)廢衛(wèi)星試驗(yàn)時(shí)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(yīng)對空間碎片撞擊風(fēng)險(xiǎn)的途徑主要包括碎片減緩、太空交通管理和主動(dòng)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(zhǔn)則》。美俄中等很多國家據(jù)此也頒布了相關(guān)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)也不適應(yīng)小衛(wèi)星這樣一個(gè)新生事物的減緩管理要求，亟需完善補(bǔ)充。2017年第七屆歐洲空間碎片大會(huì)首次提到，空間碎片減緩措施只能抑制碎片增長速度，主動(dòng)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(dòng)移除和修復(fù)”作為一個(gè)獨(dú)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(gòu)”，未來有望在全球推廣。

二、國際各界密切關(guān)注空間碎片主動(dòng)清理

1.政界：積極研發(fā)布局空間碎片主動(dòng)清理技術(shù)

空間碎片主動(dòng)清理技術(shù)方案多樣，如機(jī)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(dòng)清理技術(shù)多元化研究方面起步較早，部分已從概念研究階段進(jìn)入關(guān)鍵研究和驗(yàn)證階段。2009年，美國國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）提出了綜合電動(dòng)力系繩、飛網(wǎng)捕獲等技術(shù)的碎片清理技術(shù)驗(yàn)證計(jì)劃——電動(dòng)碎片清除器。2011年，NASA和康奈爾大學(xué)組建團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(xiàng)名為“同步衛(wèi)星維修機(jī)器人”（RSGS）的公私合作伙伴研究項(xiàng)目，力圖開發(fā)一款衛(wèi)星維修航天器，修復(fù)那些原本被設(shè)計(jì)為一次性使用的衛(wèi)星，以減少碎片數(shù)量，同時(shí)降低航天任務(wù)成本。我國也已展開積極探索，2016年遨龍一號(hào)首次在軌驗(yàn)證，裝載的一臺(tái)機(jī)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(yùn)含著新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域和商機(jī)，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(zhǔn)的是碎片清理和修復(fù)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(jìn)行修理再用，已成功與國際空間站對接，并進(jìn)行了在軌實(shí)驗(yàn)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(guān)注空間碎片本身及清理工具軍事化應(yīng)用

與強(qiáng)調(diào)自律和審慎的減緩管理措施不同，空間碎片清理技術(shù)具有主動(dòng)性和兩面性，既可以用于主動(dòng)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(bào)告顯示，國際社會(huì)在研討碎片減緩和清理問題的同時(shí)，已注意到主動(dòng)清理技術(shù)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(dòng)清理涉及兩大關(guān)鍵問題

1.關(guān)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(quán)、管轄權(quán)的規(guī)定尚存國際立法空白，主動(dòng)清理權(quán)利和國際責(zé)任仍存爭議[5-6]。所有權(quán)不明可能導(dǎo)致主動(dòng)清理被視為太空軍事活動(dòng)，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(dòng)清理合法性的側(cè)重點(diǎn)也不同，比如對于清除失效的衛(wèi)星，關(guān)注點(diǎn)更多是誰有權(quán)利對其進(jìn)行清除，因?yàn)檫@可能涉及衛(wèi)星上所載的技術(shù)信息、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問題；對于清除碰撞、自毀、解體而產(chǎn)生的碎片，關(guān)注點(diǎn)更多是誰是清除責(zé)任主體及如何履行清除責(zé)任。2018年3月，美國在《國家太空戰(zhàn)略》中提出，對太空體系關(guān)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(shí)間、地點(diǎn)、方式和作戰(zhàn)域上給予有準(zhǔn)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(guān)于“如何清理”的技術(shù)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(guān)技術(shù)和裝置也只能囿于試驗(yàn)性質(zhì)的布設(shè)和測試，很難得到國際社會(huì)的認(rèn)可并展開大量實(shí)用化的空間碎片清理實(shí)踐。一旦碎片清理責(zé)任主體或付費(fèi)主體等國際規(guī)則明確后，碎片清理市場將快速形成，主動(dòng)清理技術(shù)、費(fèi)用、效率等將成為問題焦點(diǎn)。采用不同方案清除不同尺寸的碎片所花費(fèi)的代價(jià)不同，清理成本與效益需要權(quán)衡，空間碎片清除的交易市場、軌位資源的價(jià)格評估體系等也需要建立。

四、政策建議

1.近期：加強(qiáng)空間碎片主動(dòng)清理相關(guān)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(xiàng)巨大而長期的工程，近期，我國可加強(qiáng)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(guān)法律或條約的研究梳理，結(jié)合主動(dòng)清理技術(shù)發(fā)展階段和需要，及時(shí)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(shí)，提前做好政策儲(chǔ)備和試驗(yàn)，在國內(nèi)率先謀劃出臺(tái)本國空間碎片清除標(biāo)準(zhǔn)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(shù)準(zhǔn)則和安全標(biāo)準(zhǔn)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(jī)制。相關(guān)方在互信合作基礎(chǔ)上，借鑒國際法關(guān)于船舶殘骸清除制度等類似規(guī)則，制定能夠?yàn)閲H社會(huì)所接受、具備引導(dǎo)和約束作用的空間活動(dòng)行為規(guī)則框架，對現(xiàn)行的國際空間法進(jìn)行現(xiàn)代化的解釋，盡可能為開展碎片清除商業(yè)運(yùn)營掃清法律障礙。同時(shí)在碎片清理實(shí)踐中提高操作的透明度，避免國際社會(huì)對碎片清理的軍事化爭議。

3.遠(yuǎn)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(quán)。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(quán)威工作組，管理模式可借鑒國際海底管理局經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)具有中立性，應(yīng)負(fù)責(zé)定期發(fā)布權(quán)威準(zhǔn)確的碎片檢測數(shù)據(jù)，應(yīng)監(jiān)督、購買或提供有償空間碎片清除服務(wù)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(zé)任注資，共同開展空間碎片清理相關(guān)的科研和實(shí)踐活動(dòng)等。

4.長期：積極引導(dǎo)軍民各界協(xié)同布局空間碎片清理市場

空間碎片主動(dòng)清理方案涉及不同學(xué)科和技術(shù)的交叉融合，需要協(xié)同突破。同時(shí)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(gè)突破口。雖然目前空間碎片清理技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用尚存法律障礙，但是政府仍需超前布局、長期鼓勵(lì)軍民口單位聯(lián)合研發(fā)相關(guān)技術(shù)，創(chuàng)新試驗(yàn)太陽帆、充氣展開囊等新型清理方式，防止在未來陷入被動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)空間科學(xué)、光電子學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科以及高精度探測、先進(jìn)控制與推進(jìn)、新型材料等高新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。