空间交通管理的体系框架探讨

黄宇民，郭世亮，汪夏，李帅，任迪

（1.钱学森空间技术实验室，北京100094；2.中国航天科技集团有限公司研发部，北京100037）

1 引言

从第一颗人造地球卫星发射入轨开始，国际上就开始探讨如何避免卫星、运载的碰撞与安全问题。随着商业航天的迅猛发展，越来越多的航天器进入太空，太空正变得越来越拥挤；大量空间碎片、巨型卫星星座严重影响着地球和空间的有序、安全和繁荣可持续。

空间交通管理作为一个正式的术语第一次正式出现是在20世纪80年代，捷克航天专家Perek Lubos教授在 “Traffic Rules for Outer Space”［1］一文中首次给出了空间交通管理的概念。虽然目前国际上对空间交通管理的概念和核心构架还没有一致的定义，但从空间交通管理的现有概念及其发展来看，空间交通管理的核心目标是确保空间活动的安全性和外空的长期可持续发展。

我国正处于航天大国向航天强国迈进的关键时期，空间活动无论是频次还是空间资产的数量都在快速增长，空间安全已经成为国家安全的重要组成，如何消除空间安全威胁和风险、确保空间活动的安全和长期可持续性是我们必须面对的问题。

本文从空间交通管理体系框架角度开展研究，借鉴陆地、海洋、空中交通管理体系框架设计，提炼出其主要包括：管理的依据 （法律法规等）；数据／信息的获取、处理分发与共享；技术／工具的应用；相关基础设施支撑；管理部门等五大部分。

2 他山之石——其它领域交通管理的借鉴

目前，空间交通管理的概念一直很模糊，在国际上没有统一的、各方达成共识的概念，对此在某种程度上要归咎于技术和政治方面的原因。有很多学者对空间交通管理与陆地、海洋、空中的交通管理做了对比研究，探讨其中的共性，借鉴陆地、海洋、空中的交通管理成熟经验，来构架空间交通管理的概念和体系框架。我们也从基本概念和体系框架方面对陆地、海洋、空中的交通管理框架进行介绍。

2.1 基本概念

（1）管理

管理在辞海中的定义为管理学中指社会组织中为实现预期目标进行的以人为中心的协调活动。其目的是实现预期目标；本质是协调，使个人的努力与集体的预期目标相一致。协调必定产生在社会组织中。个人与集体之间以及各成员之间意见和行动的不一致，使协调成为社会组织必不可少的活动。协调的中心是人。社会文化背景、历史传统、社会制度、人的价值观、物质利益、精神状态、素养、信仰等，都对协调活动产生重大影响。协调的方法是多样的，需要定性的理论和经验，也需要定量的专门技术［2］。

在 “科普中国”科学百科词条里的定义：管理是指一定组织中的管理者，通过实施计划、组织、领导、协调、控制等职能来协调他人的活动，使别人同自己一起实现既定目标的活动过程。它是人类各种组织活动中最普通和最重要的一种活动［3］。

（2）交通管理

辞海中的定义为交通管理是国家对社会交通事务的组织、指挥、协调、控制和监督的总称。按管理类型，分交通行政管理、交通环境管理、交通经济管理、客货运输管理、客货安全管理等；按交通方式，分水路运输管理、公路运输管理、铁路运输管理、民航运输管理、管道运输管理、邮电通信管理等；按管理内容，分交通设施管理、交通资费与价格管理、交通安全管理等。狭义的交通管理指国家通过行政机关对道路交通秩序与交通安全的管理，即运用行政、法规、宣传和工程技术、设施等手段，协调人、车、路在交通活动中的相互关系，使交通安全、畅通、低公害、低能耗［2］。

在 “科普中国”科学百科词条里的定义：交通管理是按照交通法规的要求、规定和道路交通的实际状况，运用教育、技术等手段合理地限制和科学地组织、指挥交通。正确处理道路交通中人、车、道之间的关系，使交通尽可能安全、通畅、公害小和能耗少［3］。

2.2 陆地、海洋、航空的交通管理框架

（1）陆地交通管理框架

陆地交通管理的框架示意图［4］见图1。

图1 陆地交通管理框架示意图Fig.1 System configuration of LTM

陆地交通管理系统包括四个层次，即物理层、专业层、行业层以及综合层。

（2）海洋交通管理框架

海洋交通管理的框架示意图［5，6］见图 2、图3。

图2 海上船舶交通管理系统框架示意图Fig.2 System configuration of MTM

图3 VTS系统是指船舶交通管理系统示意图Fig.3 Vessel traffic system（VTS）

海上交通管理系统的目标是将先进的计算机技术、信息技术、网络技术、自动控制技术等有效地融合起来，并与交通规划、交通工程和管理相结合，运用于整个交通管理系统而建立起来的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合智能控制和管理系统。系统主要包括智能信息采集系统、综合管理信息系统、海上交通模型、动态监测和优化决策系统、虚拟仿真实验、远程应用与信息发布、系统集成技术几个板块。

（3）空中交通管理框架

图4 空中交通管理框架示意图Fig.4 System configuration of ATM

空中交通管理系统框架包括在航空通信、导航、监视系统等基础设施的支撑下，由空中交通管理服务系统、空中交通流量管理系统以及空域管理系统构成。其中，航空通信、导航、监视系统基础设施涵盖通信、导航、监视三个方面的内容，空中交通管理服务系统包括空中交通管制、飞行情报服务、航空气象服务、告警服务四个方面的内容。

2.3 其它领域交通管理的主要基础

从交通管理的概念及其它领域交通管理的空间体系中，我们可以认识到实时交通管理需要的共性管理基础包括：

管理部门：包括交通部、民航局、海洋局等；

管理依据：包括管理的理论、国家法律、法规、政策、共识等；

支撑管理的基础设施：包括天地一体化监测网、指挥调度平台等；

管理对象的数据／信息：包括对象的数量、位置、方向、速度等；

支撑管理的技术／工具：包括获取技术、处理技术、指控技术等。

这是所有交通管理体系框架的共性具有的五大部分，显然，作为交通管理其中一类的空间交通管理的体系框架，也必然应包含这五大部分。

3 对空间交通管理的几点认识

虽然空间交通管理与陆地、海洋、空中的交通管理有其共性部分，但是空间交通管理与陆地、海洋、空中的交通管理却有着本质的区别。汽车、飞机、舰船在行驶路径和速度控制方面都具有极大的灵活性，能够设立航道控制或道路规则。而在外层空间运行的航天器就没有这么简单了。在外层空间运行的航天器机动能力有限，有些航天器，如哈勃太空望远镜和大部分微纳卫星基本没有轨道机动能力，同时技术、政治、法律等方面的因素也使空间交通管理面临更大的挑战。因此，空间交通管理问题与上述领域的交通管理问题相比具有非常不同的特点。

3.1 空间交通管理的独特性

空间交通管理的独特性，主要体现在以下几个方面：

（1）目前空间交通管理中，政治、军事因素是主导。在陆地、海洋、空中的交通管理中，成熟的商业运输起着决定的因素，所有的管理必须服务于此。虽然，近期商业航天取得了空前的大发展，但是，在航天领域依然是由各国政府主导航天技术的发展，因此，目前的空间交通管理起主导作用的依然是各国的政治、军事因素。

（2）空间交通管理是在 “国际公域”中的交通管理。陆地、海洋、空中的交通管理中虽然也有 “国际公域”（如南极、公海及其上空）的管理，但是，陆地、海洋、空中交通管理区域的绝大部分是各国的领土、领海、领空中的交通管理。空间交通管理与陆地、海洋、空中交通管理最大的不同是其完全是在各国主权管辖外的 “国际公域”中的交通管理，必然是多方博弈、互相制衡的产物。

（3）空间交通管理需要 “自律”和 “他律”，首先要有 “自律”意识。从交通管理的概念中可以看出，实施交通管理的目的是为了处理交通中各管理对象之间的关系，使交通尽可能安全、通畅、公害小和能耗少。因此，需要全社会“自律”和 “他律”。在空间交通管理中，目前的国际法体系不健全，存在许多缺项，因此，各国的 “自律”极为重要。

（4）实力决定一切。从空间技术的发展历程和空间法律法规体系的构建历程来看，各国的空间技术实力是其在空间交通管理领域内话语权、主导权、博弈与相互制衡的决定因素。

3.2 空间交通管理的权力模型

在上述研究的基础上，我们提出了空间交通管理的权力模型，如图5所示，即各国的空间发展权和空间资源利用权被话语权所主导，话语权受制于自主权 （主导权），国家的软硬实力支撑自主权 （主导权）的权力模型。

图5 空间交通管理的权力模型示意图Fig.5 Power model of STM

3.3 空间交通管理体系的可信能力模型

（1）建设空间交通管理体系的目的

建设空间交通管理体系的目的是保证空间活动有序、安全、繁荣／可持续。

（2）实现空间交通管理的保证

实现空间交通管理必须有以下两方面的保证：一是真能落地并取得了各方共识的 （对内、对外）顺畅的管理模式；二是可信的能力。

（3）可信能力模型［7］

我们提出空间交通管理的可信能力模型，如图6所示。

图6 空间交通管理的可信能力模型示意图Fig.6 Credible capability model of STM

目前，空间领域面临着空间资源枯竭和空间秩序失序的重大危机，现有的三 “空”能力模型框架 （自由进入空间、高效利用空间、有效控制空间）无法支撑危机的解决。

在三 “空”能力模型框架基础上，提出增加“可信管理空间”，统揽 “三空”能力的能力模型框架。其中，进入空间是人类所有太空活动的能力基础和前提；利用空间是社会信息化发展的必然和目标；控制空间是单级思维下的绝对空间安全的理念体现；有效管理空间是我们基于人类命运共同体和全球治理观念指导下的、统揽未来的空间系统发展、保障空间安全的新的理念。

控制空间与有效管理空间既有区别，又有联系，在一定条件下，可以相互转化。

可信包括自信、互信和他信，可以表现为能力、表述、行为、责任和义务等方面。可信能力则需要不断展示，长期奋斗，才能取得效果。

（4）研究空间交通管理就是协调和设计关系

研究空间交通管理就是协调和设计空间交通的行为主体、空间活动、管理部门和管理依据的关系，如图7所示，体现在空间交通管理部门根据何种管理依据对行为主体的空间活动进行有效管理。

图7 空间交通管理设计和协调的关系示意图Fig.7 Relations to be coordinated and designed in STM

3.4 空间交通管理的主要管理基础

空间交通管理的主要管理基础包括：（1）管理部门：统筹协调国内外关系的权威机构和工作机制等； （2）管理依据：管理理论、公约、法律、法规、政策、共识、机制等；（3）支撑管理的基础设施：监测网络、指挥控制平台等；（4）管理对象的数据／信息：空间物体、环境、资源等方面的数据和信息等；（5）支撑管理的技术／工具：能够协调、处理各种关系和管控危机的技术／工具等。

图8 空间交通管理框架示意图Fig.8 System configuration of STM

3.5 空间交通管理发展的阶段性

我们提出了空间交通管理发展的阶段性，如图9所示。目前看，国内处于从自我约束到强制性约束的过渡期，而国际上，自我约束都很难做到。

图9 空间交通管理的发展阶段示意图Fig.9 Development phases of STM

4 当务之急需开展的几项任务

作为工业部门，不可能将空间交通管理体系框架中的这五个管理基础的方面都讲清楚 （特别是管理部门的设计、管理依据的研究），只能围绕数据／信息、技术／工具、基础设施建设等几个方面，探讨后续需要做什么，该怎么做，如图10所示。

图10 空间交通管理急需的研究项目示意图Fig.10 Twelve tasks to be solved for STM urgently

其中：

（1）机制1项：空间交通管理体系及软环境研究及演进机制；

（2）数据／信息2项：空间目标及环境模型库的构建及其长期演化趋势研究，空间天气与空间碎片环境、空间系统之间的相互作用机理、损害机制和灾难事件的效应研究；

（3）基础设施3项：天地一体化空间目标监测系统、空间态势生成与空间交通管理应用服务平台、海量 （数十万量级的）航天器智能指挥、管理、调度平台；

（4）管理技术／工具6项：空间暗弱小目标的全空域精准态势感知、特征探测与智能识别技术，全域频谱网络化智能自主感知、自主协同技术，航天器空间态势智能自感知与决策技术，信息智能化处理与融合技术，空间事态处置与服务技术，空间环境全球监测与治理技术。

5 结语

空间环境日益恶化，空间资源争夺更加激烈，来自空间领域的威胁和挑战不断加剧。空间交通管理作为外空治理的新焦点、新手段和新高地，对于维护外空安全、促进外空活动长期可持续发展、推动构建外空人类命运共同体具有重要战略意义。空间交通管理体系框架研究是一项复杂的系统工程，亟需在国家层面进行顶层设计和统筹发展，强化能力引领，先行发展相关技术和规则，打造专业化智库，全面提升空间交通管理的软硬实力。