失控的太空碎片

问题症结

“自进入太空时代以来，人类对航天器和卫星就存在一种‘用完即弃’的倾向，跟将用过的塑料制品丢进海里一样。”阿斯特罗斯凯尔英国分公司董事总经理尼克·谢夫表示。这家公司致力于开发清除太空碎片的技术并实施相关任务，总部位于日本。

将卫星送入地球轨道曾经是一件惊天动地的事。不过，自1957年首颗人造卫星“斯普特尼克1号”升空以来，航天技术逐渐成熟，发射卫星的难度降低，成本也随之下降，卫星发射数量因此飙升。截至2022年底，全球在轨卫星数量约6000颗，预计到2030年将增至6万颗，其中就包括太空探索技术公司计划发射的4.2万颗“星链”卫星。

如今，在晴朗的夜晚，如果你抬头望天，或许会看到一串明亮的光点划过天空。这些光点其实是“星链”卫星。它们按照特定的排列方式分布，构成了一个巨型星座网络，旨在向全球提供更快速的互联网接入服务。

目前，针对太空活动的法律法规仍较为零散。现行的主要国际法是《外层空间条约》，该条约于1967年生效，距今已有50多年。

现在，地球轨道上堆满了太空垃圾。欧洲航天局2022年9月发布的数据显示，直径超过10厘米的太空碎片约有3.7万件，直径为1～10厘米的碎片则超过100万件。这些碎片极其危险且难以追踪。美国卫讯公司全球事务与法规负责人约翰·詹卡说：“现有的监测系统很难观测到这些碎片的具体位置和轨迹，因此卫星无法及时躲避。而且，目前的技术手段也无法为卫星提供有效的防护装置。”

太空碎片不仅是单颗卫星或航天器的安全隐患，还可能对整个太空环境构成威胁。太空运营商很担忧所谓的“凯斯勒效应”，这是美国科学家唐纳德·凯斯勒于1978年提出的理论。他认为，随着卫星数量的增加，卫星碰撞的概率也会随之上升；一旦发生碰撞，就会产生碎片，而这些碎片又有可能与其他卫星发生碰撞，产生更多的碎片。当碎片数量达到某个临界点，一次碰撞就有可能引发不可控的连锁反应，导致整个近地轨道瘫痪。

美国卫讯公司在2022年发表的一篇综述性文章中描述了这一情景：“如果太空碎片的数量达到临界点，这些碎片将以不可控的速度增加。若不能及时干预，我们将无奈地见证太空时代的终结，人类被困于地球之上，被自己制造的垃圾包围，无法再轻易进入外太空。”文章还指出，“不仅太空探索会骤然中止，就连导航系统、天气预报和气候监测系统乃至卫星宽带都会遭到破坏”。

卫星不仅数量在增加，尺寸也在变大，这同样是个问题。“我们发射了成千上万颗卫星，越来越多的大型卫星也进入了近地轨道。”詹卡说，“这种趋势可能会带来意想不到的碰撞风险。”

那么，解决方案是什么？太空探索技术公司的对策是：主动控制、自动避让、主动销毁。具体来说，就是动态调整“星链”卫星的轨道位置；利用自动防撞系统让卫星做出快速反应；当卫星失效或即将退役时，启用“离轨”程序将其推离近地轨道。

虽然操控卫星有助于降低碰撞风险，但若只依赖这一种手段，依然无法彻底解决问题。“因为太空环境是动态的，存在误差、扰动和不确定性，你无法确定碰撞是否真的会发生。”英国南安普顿大学航天学教授休·刘易斯说。只要卫星数量继续增长，风险就必然存在。

协作处理

卫星用途不同，其所处的轨道高度也不同。比如，近地轨道卫星距离地表160～2000千米，适用于地球观测、军事侦察等任务；而高地球轨道卫星距离地表约3.6万千米，更适合天气监测。卫星使用特定的无线电频段与地面站进行通信，而这些频谱资源是有限的。为了确保通信信号的稳定，运营商在发射卫星前，必须向国际电信联盟申请使用这些资源的权利。

“总体而言，‘星链’在规避碰撞方面的表现优于大多数卫星。”美国非营利组织安全世界基金会项目规划主任伊恩·克里斯坦森说。他还提到，“星链”采用的规避标准优于行业标准，其自动防撞系统可独立判断风险并自主调整轨道。

“关键在于如何实现不同卫星之间的协作。”克里斯坦森补充道，“比如，亚马逊公司正在推进‘柯伊伯计划’，其他运营商也准备在近地轨道部署大量卫星。我们需要找到办法，确保各卫星运营商能够共享位置，彼此协调运行，避免发生碰撞。”他指出，在全球范围内，缺乏一个统一的协调机制来管理各国和各企业的卫星网络与太空活动。在这种情况下，让不同的卫星运营商自发地合作和共享数据是一项巨大的挑战。

“我们希望直接迈向最终目标，而不是花10～30年走弯路。”地球与太空可持续发展倡议顾问委员会成员迈克尔·程说。他正与其他非营利组织积极推动航天工业开发“互操作”系统，目的是让不同的卫星运营商采用统一的硬件、软件和通信协议，使不同卫星能够兼容、共享位置并协同调整轨道。

迈克尔·程还担任谷歌旗下通信公司阿利瑞亚的首席产品官。为增强通信系统的稳定性，阿利瑞亚开发了一款名为“时空”的网络编排工具。该工具可实时监测移动天线的位置和方向，自动追踪卫星的运行轨迹，并在多颗卫星之间寻找最佳通信路径，确保数据传输的连续性，必要时还能切换到更优的连接线路。

如果太空系统能够实现资源共享和设计标准化，太空活动的整体效率将提高，成本将降低，同时还能促进太空的可持续发展。通过这些措施，我们可以减少发射到太空的卫星数量，避免不必要的重复建设，缓解太空轨道的拥堵状况，并减少太空垃圾的产生。

迈克尔·程还提到，未来的巨型星座卫星（如“星链”）在退役或报废时，会在大气层中烧毁，这个过程可能对地球的臭氧层构成新的威胁。2024年发表在《地球物理研究快报》上的一项研究称，由于高温燃烧，退役卫星表面的材料会转化为纳米级氧化铝颗粒，这些颗粒进入大气层后，可能会在平流层中滞留数十年。它们会破坏臭氧分子，削减臭氧层的厚度。

要实现太空探索的可持续发展，就必须在某些关键领域建立标准化的规则和操作流程，让全球的太空活动更加统一和可控。阿斯特罗斯凯尔公司首席执行官冈田光信将当前的太空环境比作20世纪初的公路交通状况：随着汽车数量的激增，交通变得拥堵，事故增多。当时同样缺乏系统的交通管理机制。

2024年9月，阿斯特罗斯凯尔公司获得了英国航天局提供的数百万美元合同资金，用于进一步开发“创新捕获清理太空任务”项目。该公司计划使用配备机械臂的航天器来清除轨道上的废弃卫星和太空碎片。

面对太空环境的持续性威胁，有人或许会建议彻底停止发射卫星。但南安普顿大学刘易斯教授认为，太空服务已成为经济体系的重要组成部分，终止发射卫星并不现实。他提出了一个关键问题：“如何在确保太空环境不受污染的前提下，继续利用卫星和太空技术为人类服务？”

这一问题不仅关乎当下，更关乎未来。刘易斯说：“我们要为后代留下一份‘太空遗产’，让未来的人类也能安全地使用太空资源。”