美国“高层大气研究卫星”陨落事件分析

朱鲁青（北京空间科技信息研究所）

□□美国航空航天局（NASA）发布消息称，已报废的“高层大气研究卫星”（UARS）在没有人为控制的情况下，于美国东部时间2011年9月23日坠入地球大气层。该卫星国际编号为1991－063B，已于2005年报废。

1 UARS概况及解体过程

UARS特性

UARS质量为6.5t，是1991年从发现号航天飞机上发射的卫星。2005年，UARS因燃料耗尽而报废。UARS项目耗资约7500万美元，旨在通过测量气体浓度和分布状态，研究地球大气层及其与太阳的交互作用。

UARS再入风险评估

2005年6月，UARS虽因燃料耗尽而报废，但卫星上仍有6台仪器可以工作。2005年12月，卫星利用最后剩余的推进剂降轨进入短寿命处置轨道。2010年10月26日，“国际空间站”与废弃的UARS近距离相遇，为避免与卫星发生相撞，“国际空间站”实施了轨道机动。

目前，美国战略司令部所属的联合空间运行中心负责对失控外空物体进行跟踪，并对外发布外空物体跟踪和撞击预测信息，信息发布的时间间隔为4天、3天、2天、1天、12h、6h、2h。在最后2h才能确定卫星的再入时间（误差在25min左右），并将再入地点确定在12000km范围内。

因在设计时UARS还没有实施空间碎片减缓标准，因此NASA对UARS再入非常关注。早在2002年就对UARS再入风险进行了详细的评估，为后续的卫星坠落处置作好了充分的准备。目前，公布的各种风险评估数据和报道均基于2002年进行的UARS再入风险评估研究的结论。

UARS特性

2002年NASA对UARS再入风险进行了详细评估。

· 再入后残存的潜在危险物体：26个；

· 残存物体的总质量：532kg；

· 预计人员伤亡风险：1∶2800（2011年修正为1∶3200）。

UARS再入大气的高度为122km，将在78km处开始解体。该高度也是大部分卫星发生解体的高度。78km之后，卫星上的主要部件将与卫星主体分离，分别坠落地球表面。

根据NASA的建议，机构间空间碎片委员会（IADC）将UARS列入其2011年IADC再入风险物体监测目录，根据IADC的监测和风险评估结果，认为UARS的再入风险没有达到IADC对危险物体的定义。

航天器解体的典型过程

由于受残存大气的影响，低轨道上的失控卫星或其他失控航天器，其轨道高度以每天数百米的速度逐渐衰减。当降低到100～120km左右高度时，由于大气密度较大，轨道高度迅速降低，同时卫星在气动热作用下加热，此时可以认为卫星再入大气层。在气动热和气动力的双重作用下，卫星发生解体，解体的一般过程如下。

（1）太阳翼、天线等星上大型设备的分离解体

在进入大气层初期，太阳翼、大型天线等设备在大气阻力作用下开始撕裂，与卫星本体分离。这个过程一般发生在100km高度左右。

（2）星体解体

随着卫星温度继续升高，在高温和大气阻力的双重作用下，卫星结构失效，星体内外部设备陆续与卫星发生分离。若卫星携带有较多剩余燃料，甚至可能发生爆炸，从而加快解体速度。解体高度一般在80km左右。

（3）二次解体

解体后的碎片在坠落过程中继续加热烧蚀，还有可能再次发生解体。根据经验，星体解体和二次解体一般均在80km高度左右完成。

大如旅行巴士的UARS结构图

UARS落地后的碎片

（4）到达地面或烧尽

碎片在坠落过程中熔化或燃烧，质量逐渐减小，一些较大的部件则会残留一部分，直到撞击地面。若撞击到人员、财物，则会构成伤害。其他大部分碎片在到达地面前就已经烧尽，不会撞击地面。还有一些质量更小的碎片，在烧尽前已经降到较低速度，不再烧蚀，最终飘落到地面。

由于阻力不同，面积/质量的比值较大的碎片飞行距离较近，反之则飞行较远。所有的碎片沿卫星的轨迹方向散布在一个狭长的区域。散落区域长度一般在数千千米内，宽度约数百千米。

2 相关国际法规、惯例和损害赔偿案例

截止目前，美国战略司令部空间监测网监测目录中共有36700个外空物体，已监测到21800个人造物体再入大气。这些航天器中的绝大部分在进入大气层时已经解体并燃烧殆尽，因此对地面仅造成了很小的威胁。但实际上，平均每天都有1个航天器返回，同时每星期还有1～2个半径大约为1m、面积大于1m2的航天器再入，而这种航天器有着较大的残存可能性。

外空物体损害赔偿制度

空间活动是高风险活动，当出现外空物体因发生事故或其他原因造成损害时，需要为外空物体造成损害的赔偿责任制定有效的国际规则和程序。1967年的《外空条约》确立了国家责任和赔偿责任原则，1971年又缔结了《外空物体所造成损害之国际责任公约》（简称《责任公约》），建立了外空物体损害赔偿制度。《责任公约》于1971年11月29日联合国大会通过，1972年3月29日开放签署，1972年9月1日生效。中国于1988年12月加入该公约。

因没有变轨机动能力及太阳黑子活动频繁引起大气膨胀，美国“天空实验室”（Skylab）于1979年7月坠入大气层

根据《责任公约》的规定，发射国对其发射的外空物体对第三国所造成的损害负有赔偿责任。发射国不但包括发射外空物体的国家，还包括促使发射外空物体的国家和从其领土上发射外空物体的国家，所有这些国家对外空物体造成的损害负有共同的赔偿责任。发射国对其外空物体在地球表面或给飞行中的飞机造成损害，应负有赔偿的绝对责任；对在地球表面以外的其他地方造成损害，除飞行中的飞机外，只承担过失赔偿责任。损害赔偿额应按国际法和公正合理的原则来确定，以便对损害所作的赔偿能使提出赔偿要求的自然人或法人、国家或国际组织把损害恢复到未发生前的原有状态。赔偿损害的要求，应通过外交途径向发射国提出。在通常情况下，赔偿损害的要求须于损害发生之日起，或判明应负赔偿责任的发射国之日起1年内向发射国提出。若赔偿要求未能在上述期限内通过外交途径解决，有关各方应于任一方提出请求时，成立求偿委员会。

归还发射到外空物体的协定

外层空间营救制度是空间法的一项重要制度，是就营救航天员和归还外空物体等问题制定的专门的国际公约，其内容包含在《营救航天员、送回航天员和归还射入外层空间的物体的协定》（简称《营救协定》）中。1967年12月19日联合国大会通过该协定，1968年4月24日开放签署，1968年12月3日生效。中国于1988年12月加入该协定。其中，关于归还发射到外空物体的相关协议包括以下几方面。

· 每个缔约国获悉或发现外空物体或其组成部分返回地球，并落在该国所管辖的区域内、公海，或不属于任何国家管辖的其他任何地方时，应通知发射当局和联合国秘书长。

· 每个缔约国若在其管辖的区域内发现外空物体或其组成部分时，应根据发射当局的要求，并如有请求，在该当局的协助下，采取它认为是切实可行的措施，来保护该外空物体或其组成部分。

· 射入外空物体或其组成部分若在发射当局管辖的区域以外发现，应在发射当局的要求下归还给该发射当局的代表，或交给这些代表支配。如经请求，这些代表应在物体或其组成部分归还前，提出证明资料。

· 如果缔约国有理由认为在其管辖的区域内出现的外空物体或其组成部分是危险的和有害的时候，则可以通知发射当局在该缔约国的领导和监督下，立即采取有效措施，消除可能造成危害的危险。

· 履行保护和归还外空物体或其组成部分的义务所花费的费用，应由发射当局支付。

德国“伦琴卫星”（ROSAT）于2011年10月23日失控坠入地球大气层

苏联宇宙－954卫星坠落索赔案例

1978年1月，苏联的核动力源卫星—宇宙－954坠入加拿大境内，对加拿大的环境造成了损害。加拿大依据《责任公约》向苏联政府索赔600万加元。双方经过谈判，最终确定赔偿额为300万加元。

1977年9月18日，苏联将宇宙－954卫星发射入轨，并正式通知联合国秘书长。1978年1月24日，该卫星在重返大气层时进入加拿大西海岸夏洛特皇后群岛北部的上空。在卫星再入和解体过程中，卫星残片坠落到加拿大西北部4.6km2的区域内。卫星解体产生的大量放射性碎片给该地区造成了“永久性”的放射性污染。宇宙－954卫星的坠落事件引起了加拿大人的万分恐慌和愤怒，给其他国家也投下了巨大的阴影。据加拿大报纸报道，加拿大政府为搜集卫星碎片耗费了1700万加元。在美国的支持下，加拿大共搜集了65kg的卫星残片。由于加拿大和苏联都是《责任公约》的缔约国，在进行了一系列外交交涉后，1979年1月23日，加拿大根据1972年《责任公约》对苏联卫星进入其领空和卫星的有害放射性残片散落在其领土上所引起的损害提出赔偿要求。

加拿大认为，苏联在该卫星可能进入和即将进入加拿大上空大气层时没有通知加拿大，苏联也没有就加拿大提出的有关该卫星的问题做出及时、全面的答复。在所搜集的卫星残片中，大多具有放射性，其中有些残片的放射性是非常致命的。根据《责任公约》，苏联作为发射国对该卫星给加拿大造成的损害负有绝对赔偿责任。危险的放射性残片对加拿大的领土和环境造成了放射性危害，此外，卫星进入加拿大领空和放射性残片散布在其领土上还侵犯了其主权。加拿大向苏联提出600万加元的赔偿。苏联则明确拒绝承担赔偿责任。苏联认为，由于设计了使卫星上的核反应堆在重返大气层时完全烧毁的功能，因此其残片不应具有严重危险，在坠落地区引起环境污染的可能性很小。卫星坠落并没有造成加拿大人员伤亡，也未造成实际财产损失，因此没有发生《责任公约》范围内的“损害”。

因燃料耗尽，礼炮－7（Salyut－7）空间站于1991年2月失控坠入大气层

本案件争论的焦点在于是否发生了《责任公约》所定义的损失。按照《责任公约》第1条，导致赔偿责任的外空物体所引起的损害是指生命损失、身体受伤或其他的健康损害，以及国家、自然人、法人的财产或国际政府间组织的财产损失或损害。至于像放射性物质引起的环境污染是否也属于《责任公约》定义的损害，则不明确。正因为《责任公约》有这一缺漏，苏联才拒绝承担责任。由于核动力卫星所含放射性物质对人体和环境均有危害，所以宇宙－954卫星坠落事件引起了国际社会对在外层空间使用核动力源问题的严重关切，这直接导致联合国外层空间委员会（COPUOS）制定这方面的法律规定。1992年，联合国大会通过了《关于在外层空间使用核动力源的原则》。

1981年4月2日，双方通过协商达成协议，苏联最后同意“善意性”支付加拿大300万加元，作为加拿大清理卫星残片的费用，但仍拒绝负有赔偿责任，认为加拿大声称的损害不属于《责任公约》范畴内的损害。

3 结论和建议

1）UARS已于2011年9月23日坠落地球，未造成地球上的人员伤亡。截至目前，还没有发生过外空物体再入造成人员伤亡的事件。

2）根据欧洲航天局（ESA）、NASA制定的空间碎片标准规定，卫星碎片再入大气造成人员伤亡的概率应小于1∶10000。但UARS设计时还没有实施上述标准。为此，NASA 对UARS再入进行了充分的风险评估，使卫星坠落发生时，NASA能从容应对。

3）外空物体再入是每个月都会发生的常规性事件。美国对外空物体的再入监测和预报已经形成了一个常规的机制，美国空间监测网在卫星再入前按照4天→3天→2天→1天的时间间隔向用户和公众发布卫星再入信息，从卫星再入前24h进入最高级别的监测状态，开始以12h→6h→2h的时间间隔进行信息通报。根据美国目前的监测能力，在卫星再入前1h，卫星再入时间和再入地点的预报精度可达到1/3轨。如果物体有可能落入美国或北美，美国战略司令部将告知美国联邦应急管理局和加拿大公共安全部门，启动相应处理机制。我国亦通过美国卫星陨落事件的相关准备和处置过程等实践，变例外和应急为例行和常规，对此类事件形成一种例行化、常规化的处理机制。

4）此次UARS坠落，美国没有像2008年2月USA－193卫星坠落时那样采用导弹拦截击毁，也再一次验证了2008年2月美国用导弹击落再入卫星的真正目的是为了进行反卫星武器试验。

5）鉴于目前我国空间目标监视能力明显不足，在对目标的分辨能力以及实时跟踪能力等方面远远落后于美国，并落后于俄罗斯、欧洲等国家和地区，建议加大投入，重视和加强对空间目标（包括碎片）监测技术的研究和基础设施的建设。

6）我国于1988年12月加入了《责任公约》和《营救协定》。作为缔约国，在处理外国卫星坠落我国境内的问题时，应严格按照国际法的条款，对所造成的损害积极主动地准备赔偿预案；同时也要遵照《营救协定》的内容，对再入残骸进行处置时采取必要的策略。■