推动全球协同清理空间碎片的建议

● 文 | 中国电子信息产业发展研究院 杨少鲜 李其飞

自20世纪60年代初以来，空间碎片（也称“太空垃圾”）数量呈指数级增长，已威胁空间的可持续利用，全球商业航天的兴起将使这一态势更加恶化。2018年6月18日，美国总统特朗普签署了“3号航天政策令”——国家太空交通管理政策，以加强太空安全性，并持续保持在太空中的领先地位、卓越水平和行动自由。目前，有关国际空间组织制定的空间碎片减缓指南和准则，仅能抑制碎片增长速度却无法转变增长趋势。全球协同、主动清理将是确保空间长期可持续利用的必然选择和唯一出路。

一、空间碎片治理是全球面临的共同挑战

1.空间碎片急剧增长加剧碰撞风险

当前地球轨道上的空间碎片呈现数量多、增速快的特点。2016年美国航空航天局（NASA）估计，地球轨道上有超过1亿个颗粒大小（＜1cm）的人造物体、50万个左右弹珠大小（1～10cm）的物体、2.3万个接近或超过垒球大小（＞10cm）的物体[1]。超过10cm的物体中只有约5%是在轨运行航天器，其余95%都是空间碎片，包括失控的空间站、遗弃的卫星、用废的火箭碎片、遗失的航天员工具等。美国空间碎片研究专家唐纳德·凯斯勒（Donald Kessler）对2020年后LEO区域10cm以上碎片数量增长作出预测，如果不采取任何措施照此速度增长，70年后碎片数量将达到发生碎片链式撞击效应的临界值，之后近地空间将彻底不可用，即发生“凯斯勒灾难”[2]。日益增多的空间碎片将加剧碰撞风险，随之带来更多的碎片，威胁在轨航天器安全运行。近地轨道上物体运行速度是6.92km/s，大型碎片撞击意味着可以形成数以千计的残留物，并对在轨航天器造成致命损坏；小型碎片撞击累计效应可能会影响航天器的工作。欧洲航天局（ESA）估算，引起在轨航天器失效或丧失部分功能的碰撞次数将从2015的2次/年增长到2075年的10次 /年[2]。

2.全球小卫星发射计划带来新挑战

质量500kg以下的小卫星因成本少、质量小、准入门槛低、便于规模化制造部署等特点，近年来得到快速发展。2017年，全球共发射小卫星310颗，占同期入轨航天器总数70.5%，发射数量翻倍增长，达到历史最高发射水平[3]。美国太空探索技术公司（SpaceX）、一网公司（OneWeb）、波音公司、三星集团等众多公司计划发射数以千计的小卫星，未来必将加剧空间交通拥堵，增强碰撞风险。相较于航天器25年的寿命要求，小卫星寿命乐观估计也仅有15年左右，增加了空间碎片产生速度。机构间空间碎片协调委员会（IADC）、NASA、ESA对巨型微小卫星星座数量激增带来的碎片环境分析指出，按照目前趋势，2050年LEO区域10cm以上碎片数量将超过5万个，2100年将超过10万个，使得卫星碰撞数增加6倍。

3.美俄中成为制造空间碎片最多的国家

商业内幕网站基于空间碎片（Space-Track.org）网站数据（截至2017年10月），对能够检测追踪的空间碎片做了统计，显示美、俄、中是制造空间碎片最多的3个国家，也是近5年航天器发射数量排名前三的国家。中国以3475个空间碎片位列第三，仅次于美国的3999个和日本的3961个，这主要是由于2007年中国在用一枚导弹摧毁报废卫星试验时产生了2300块可追踪的空间碎片。[4]

4.减缓管理已不能满足碎片治理需求

应对空间碎片撞击风险的途径主要包括碎片减缓、太空交通管理和主动清理。其中，减缓管理已基本形成一套国际规则框架，比如2002年IADC发布《IADC空间碎片减缓指南》，2007年联合国外空委通过《空间碎片减缓准则》。美俄中等很多国家据此也颁布了相关规则和标准。但现行的单纯减缓措施并不能令既有空间碎片消失，同时也不适应小卫星这样一个新生事物的减缓管理要求，亟需完善补充。2017年第七届欧洲空间碎片大会首次提到，空间碎片减缓措施只能抑制碎片增长速度，主动清除碎片已被证明是扭转碎片增长的必要措施，并将“主动移除和修复”作为一个独立议题。太空交通管理方面，美国率先走在了前面，其全球首创的太空交通管理政策已发布，该政策将建立“现代太空交通管理架构”，未来有望在全球推广。

二、国际各界密切关注空间碎片主动清理

1.政界：积极研发布局空间碎片主动清理技术

空间碎片主动清理技术方案多样，如机械臂捕获、柔性飞网捕获、鱼叉捕获、激光移除、离子束推移、静电力增阻、太阳帆移除、磁场发生器捕获等，各有优劣。以美国为代表的航天大国在主动清理技术多元化研究方面起步较早，部分已从概念研究阶段进入关键研究和验证阶段。2009年，美国国防高级研究计划局（DARPA）提出了综合电动力系绳、飞网捕获等技术的碎片清理技术验证计划——电动碎片清除器。2011年，NASA和康奈尔大学组建团队提出一种激光清除碎片方案。2017年，美国航空航天公司的“膜航天器”项目获NASA第二轮资助，致力于提供一种低成本的碎片移除解决方案；DARPA发起了一项名为“同步卫星维修机器人”（RSGS）的公私合作伙伴研究项目，力图开发一款卫星维修航天器，修复那些原本被设计为一次性使用的卫星，以减少碎片数量，同时降低航天任务成本。我国也已展开积极探索，2016年遨龙一号首次在轨验证，装载的一台机械臂可清理废弃卫星大小的碎片。

2.商界：陆续诞生一批专注碎片清理的新兴企业

碎片清理蕴含着新的业务领域和商机，吸引了一些初创企业提前入局。2016年科技网站BI发布的全球太空十大创业公司榜单中，有3家瞄准的是碎片清理和修复市场。美国诺瓦克斯公司（NovaWurks）致力失效卫星修理，是DARPA长期合作单位，通过发射微小卫星张网捕获失效卫星并在太空进行修理再用，已成功与国际空间站对接，并进行了在轨实验论证。英国有效空间解决方案公司（Effective Space Solutions）力图提供成本折中的清理方案，即通过发射微小卫星捕获“僵尸卫星”，再将其拉到“墓地轨道”。新加坡宇宙尺度公司（Astroscale）力图提供成本低、可行性高的清理方案，通过发射具有粘性表面的卫星，靠撞击收集碎片。

3.军界：关注空间碎片本身及清理工具军事化应用

与强调自律和审慎的减缓管理措施不同，空间碎片清理技术具有主动性和两面性，既可以用于主动移除碎片，也可以被用于攻击他国在轨卫星或航天器等军事用途。2016年联合国外空委的一份工作报告显示，国际社会在研讨碎片减缓和清理问题的同时，已注意到主动清理技术带来的外空军事化威胁。此外，空间碎片也可以用于迷惑、监视他国。

三、空间碎片主动清理涉及两大关键问题

1.关于“能否清理”“谁来清理”的法律问题

空间碎片的法律概念和所有权、管辖权的规定尚存国际立法空白，主动清理权利和国际责任仍存争议[5-6]。所有权不明可能导致主动清理被视为太空军事活动，引发外空军事化的争议及违反和平利用外层空间原则甚至禁止使用武力原则的合法性争端[7]。对于不同类型的空间碎片，主动清理合法性的侧重点也不同，比如对于清除失效的卫星，关注点更多是谁有权利对其进行清除，因为这可能涉及卫星上所载的技术信息、知识产权等问题；对于清除碰撞、自毁、解体而产生的碎片，关注点更多是谁是清除责任主体及如何履行清除责任。2018年3月，美国在《国家太空战略》中提出，对太空体系关键组成部分的任何有害干扰或攻击，将招致美国在其选定的时间、地点、方式和作战域上给予有准备的反击。此外，对于如何分配碎片清理后的轨位资源、清理过程因不可抗力造成第三方损失由谁赔偿等问题，各方面也存在分歧。

2.关于“如何清理”的技术和成本问题

上述法律问题不解决将直接影响碎片清理市场的形成，相关技术和装置也只能囿于试验性质的布设和测试，很难得到国际社会的认可并展开大量实用化的空间碎片清理实践。一旦碎片清理责任主体或付费主体等国际规则明确后，碎片清理市场将快速形成，主动清理技术、费用、效率等将成为问题焦点。采用不同方案清除不同尺寸的碎片所花费的代价不同，清理成本与效益需要权衡，空间碎片清除的交易市场、轨位资源的价格评估体系等也需要建立。

四、政策建议

1.近期：加强空间碎片主动清理相关法律依据研究

建立一套空间碎片清理国际法规范是一项巨大而长期的工程，近期，我国可加强对现有国际空间法和代表性国家（如美日等空间碎片制造国）所建立的相关法律或条约的研究梳理，结合主动清理技术发展阶段和需要，及时调整我方在清理本国空间碎片、清理他国空间碎片上的立场，寻找利于自己立场的法律依据。同时，提前做好政策储备和试验，在国内率先谋划出台本国空间碎片清除标准或手册、太空交通管理政策、小卫星空间碎片减缓规定等，通过明确技术准则和安全标准尽量减少碎片，待政策成熟再逐步推向国际。

2.中期：开展国际合作破除空间碎片清理的法律障碍

在禁止使用武力以及和平利用外层空间的法律原则框架下，本着消除潜在有害干扰、净化外空环境的原则，联合世界航天大国共同建立碎片清理国际合作机制。相关方在互信合作基础上，借鉴国际法关于船舶残骸清除制度等类似规则，制定能够为国际社会所接受、具备引导和约束作用的空间活动行为规则框架，对现行的国际空间法进行现代化的解释，尽可能为开展碎片清除商业运营扫清法律障碍。同时在碎片清理实践中提高操作的透明度，避免国际社会对碎片清理的军事化争议。

3.远期：建立互信、合作、透明、和平的全球治理体系

作为航天大国，我国要在重要场合积极倡议建立互信、合作、透明、和平的全球空间碎片治理体系，争取国际规则制定的话语权。一是倡议在IADC下建立多国可信赖的、专门统筹空间碎片清理的权威工作组，管理模式可借鉴国际海底管理局经验，空间碎片清理交易市场建立可借鉴全球碳排放交易市场。工作组作为碎片清理的“太空警察”，应具有中立性，应负责定期发布权威准确的碎片检测数据，应监督、购买或提供有偿空间碎片清除服务等。二是倡议建立空间碎片清除国际基金组织，主要空间碎片制造大国作为重要参与方按比例按责任注资，共同开展空间碎片清理相关的科研和实践活动等。

4.长期：积极引导军民各界协同布局空间碎片清理市场

空间碎片主动清理方案涉及不同学科和技术的交叉融合，需要协同突破。同时广阔的市场前景也是军民口企业切入商业航天的一个突破口。虽然目前空间碎片清理技术的商业应用尚存法律障碍，但是政府仍需超前布局、长期鼓励军民口单位联合研发相关技术，创新试验太阳帆、充气展开囊等新型清理方式，防止在未来陷入被动，同时也带动空间科学、光电子学等基础学科以及高精度探测、先进控制与推进、新型材料等高新技术的创新发展。