空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)相關(guān)法律、政治及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題分析

朱魯青 關(guān)丹 （北京空間科技信息研究所）

空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)相關(guān)法律、政治及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題分析

朱魯青 關(guān)丹 （北京空間科技信息研究所）

近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到空間碎片問(wèn)題的嚴(yán)重性，特別是在低地球軌道，不能對(duì)其置之不理或者僅采取簡(jiǎn)單的減緩手段。對(duì)空間環(huán)境演化預(yù)測(cè)的研究表明，目前的減緩措施并不能夠充分保證人類在空間的安全出入以及對(duì)近地軌道環(huán)境的長(zhǎng)期使用。如果希望可持續(xù)地開(kāi)展空間活動(dòng)，就需要考慮空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)（ADR）。該技術(shù)目前尚未實(shí)施。其中不僅有技術(shù)可行性的原因，還涉及法律、政治及經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。另外，在當(dāng)前有限的資金形勢(shì)下，空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)的成本問(wèn)題也無(wú)法忽視。

1 面臨的非技術(shù)層面的挑戰(zhàn)

法律和政治方面的挑戰(zhàn)

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，科學(xué)家們提出自由探索外層空間。然而，目前空間碎片已嚴(yán)重威脅到了空間的可持續(xù)利用，空間碎片成為運(yùn)行航天器面臨的主要危害。碎片的連鎖碰撞效應(yīng)使得對(duì)運(yùn)行航天器的碰撞預(yù)警和碰撞規(guī)避機(jī)動(dòng)次數(shù)增加。同時(shí)，空間碎片也會(huì)導(dǎo)致地球上生命和財(cái)產(chǎn)受到威脅。但目前還沒(méi)有國(guó)際上一致公認(rèn)的關(guān)于“空間碎片”的定義。

目前采取的碎片監(jiān)測(cè)和減緩技術(shù)都是解決空間碎片問(wèn)題的被動(dòng)措施，被動(dòng)措施應(yīng)該與主動(dòng)碎片清除措施相結(jié)合。但是由于碎片定義的模糊、責(zé)任歸屬的復(fù)雜性和許可證條例等問(wèn)題，使得公共機(jī)構(gòu)和商業(yè)企業(yè)在空間碎片清除方面的活動(dòng)面臨著高風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前，國(guó)際空間法條款無(wú)法有效處理空間碎片的產(chǎn)生和減緩問(wèn)題，1967年生效的《外空條約》第9條的“空間環(huán)境保護(hù)條款”甚至沒(méi)有提到空間碎片。由于沒(méi)有明確的“空間碎片”定義，使得無(wú)法確定哪些空間物體可以被清除。即便可以區(qū)分空間碎片，但適用于空間物體的國(guó)際條例使得碎片清除問(wèn)題復(fù)雜化。1972年生效的《責(zé)任公約》第3條規(guī)定：任一發(fā)射國(guó)的空間物體在地球表面以外的其他地方，對(duì)另一發(fā)射國(guó)的空間物體，或其所載人員或財(cái)產(chǎn)造成損害時(shí)，只有損害是因前者的過(guò)失或其負(fù)責(zé)人員的過(guò)失而造成的條件下，該國(guó)才對(duì)損害負(fù)有責(zé)任。

通過(guò)對(duì)《責(zé)任公約》的深入分析，目前還沒(méi)有任何國(guó)家層面的法律條款來(lái)阻止空間碎片的產(chǎn)生和強(qiáng)制要求采取空間碎片減緩措施。而且，一旦出現(xiàn)空間碎片造成的損害，各國(guó)通常會(huì)通過(guò)協(xié)商和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償來(lái)避免履行全部責(zé)任，從而減輕了相應(yīng)的責(zé)任。《外空條約》第7條規(guī)定：發(fā)射或促使發(fā)射空間物體的國(guó)家，或從其領(lǐng)土或設(shè)施發(fā)射空間物體的國(guó)家，要承擔(dān)國(guó)際責(zé)任，對(duì)發(fā)射物體在地球、天空或外空，包括月球和其他天體使另一國(guó)受到損害，應(yīng)負(fù)賠償責(zé)任。《責(zé)任公約》第3條和《外空條約》第7條所構(gòu)建的責(zé)任框架不便于促進(jìn)碎片的清除，因?yàn)樾枰_定每塊碎片的發(fā)射國(guó)，碎片清除方必須與發(fā)射國(guó)進(jìn)行協(xié)商，發(fā)射國(guó)是唯一對(duì)碎片具有所有權(quán)和控制權(quán)的一方。另外，有一種可能就是發(fā)射國(guó)放棄空間物體，在確定這個(gè)事實(shí)之后，該空間物體的清除可以不得到發(fā)射國(guó)的許可，但發(fā)射國(guó)還保留對(duì)該空間物體造成的損害的賠償責(zé)任。

考慮到目前空間碎片的數(shù)量眾多，上述方法已不大可行，尤其是在商業(yè)領(lǐng)域，商業(yè)航天在航天活動(dòng)中越來(lái)越重要。另外，一些空間物體具有重要或秘密用途，或是《國(guó)際武器貿(mào)易條例》（ITAR）清單中的物品。《國(guó)際武器貿(mào)易條例》特別規(guī)定，不經(jīng)過(guò)美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)，航天器和相關(guān)部件不能向外國(guó)公司或外國(guó)轉(zhuǎn)移。該條例同樣適用于美國(guó)的空間物體和使用美國(guó)技術(shù)的空間物體。實(shí)際上大部分空間物體都屬于《國(guó)際武器貿(mào)易條例》受控項(xiàng)目，只有極少的項(xiàng)目不受《國(guó)際武器貿(mào)易條例》限制。但這不是空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)無(wú)法開(kāi)展的唯一原因。如果空間碎片天基主動(dòng)清除活動(dòng)引起第三方的損害，那么攜帶使用空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)航天器的發(fā)射國(guó)將承擔(dān)損害賠償責(zé)任。承擔(dān)賠償責(zé)任也是發(fā)放給私人公司空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)許可證的條件之一。由于空間環(huán)境擁擠以及缺乏空間態(tài)勢(shì)感知和空間交通管理的能力，空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)是有風(fēng)險(xiǎn)的，因此，此類許可證的發(fā)放受到很大阻力。目前的國(guó)際空間法公約和文件無(wú)法建立一個(gè)適用于空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)的法律制度，即便是新簽署的《空間碎片減緩指南》也沒(méi)有明確要求各國(guó)對(duì)所產(chǎn)生的空間碎片承擔(dān)責(zé)任。

基于上述考慮，為了促進(jìn)空間碎片的主動(dòng)清除，國(guó)際社會(huì)需要采取以下措施：

1）明確對(duì)空間碎片的定義，從而使空間活動(dòng)的執(zhí)行者可以繼續(xù)推進(jìn)空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)相關(guān)實(shí)踐和技術(shù)的開(kāi)發(fā)；

2）明確一個(gè)具有前瞻性的法律制度，明確責(zé)任分擔(dān)的公私合作方式；

3）提升開(kāi)展空間碎片天基主動(dòng)清除的技術(shù)能力；

4）開(kāi)發(fā)更精確的監(jiān)測(cè)能力，以便對(duì)空間碎片進(jìn)行分類和信息共享，建立透明和信任措施，成立機(jī)構(gòu)來(lái)跟蹤和保存軌道碎片數(shù)據(jù)；

5）開(kāi)發(fā)更高效的空間交通管理系統(tǒng)，降低空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)

對(duì)空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)方案進(jìn)行分析和權(quán)衡應(yīng)考慮商業(yè)和經(jīng)濟(jì)因素。首先是技術(shù)的成本結(jié)構(gòu)；其次是該項(xiàng)活動(dòng)所提供的價(jià)值。后一個(gè)問(wèn)題應(yīng)注重政策方法，目前有幾個(gè)不同的方案可完成此項(xiàng)工作。比如：空間發(fā)射運(yùn)行的國(guó)際稅費(fèi)或許可制度。稅費(fèi)管理機(jī)構(gòu)通過(guò)購(gòu)買(mǎi)商業(yè)供應(yīng)商的技術(shù)服務(wù)來(lái)進(jìn)行碎片清除。另外，如果能明確某一需要清除碎片的所有人，碎片所有人可以通過(guò)付費(fèi)來(lái)清除該碎片。另外一種方案可能包括那些位于危險(xiǎn)區(qū)域的資產(chǎn)，可以通過(guò)向商業(yè)空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)支付“時(shí)費(fèi)用”或直接針對(duì)某一特定的威脅付費(fèi)來(lái)保護(hù)其空間資產(chǎn)。

在確定誰(shuí)付費(fèi)之后，需要確定付費(fèi)金額。在特定的付費(fèi)體系下，為進(jìn)行價(jià)值評(píng)估，了解利益相關(guān)方對(duì)該活動(dòng)價(jià)值的認(rèn)定是非常重要的。根據(jù)碎片清除活動(dòng)的成本，以及潛在目標(biāo)之間的綜合考慮和候選方案，可以確定技術(shù)成本和價(jià)值。如果空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)活動(dòng)成本小于估算的價(jià)值，或小于候選方案（如碰撞規(guī)避機(jī)動(dòng)）的成本，那么該清除活動(dòng)就值得開(kāi)展，相關(guān)利益方將利用相應(yīng)支付機(jī)制來(lái)購(gòu)買(mǎi)該服務(wù)。

碎片清除的價(jià)值也可以通過(guò)確定碎片對(duì)附近空間資產(chǎn)造成的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)衡量。在這種情況下，價(jià)值的估算取決于多個(gè)因素，包括誰(shuí)是利益相關(guān)方、時(shí)間范圍及處理風(fēng)險(xiǎn)的方式。由于碎片及其潛在的增長(zhǎng)（災(zāi)難性的風(fēng)險(xiǎn)和簡(jiǎn)單的任務(wù)受到限制的風(fēng)險(xiǎn)），價(jià)值確定必須考慮碰撞風(fēng)險(xiǎn)。另外，還必須考慮面臨風(fēng)險(xiǎn)的空間資產(chǎn)的時(shí)間折損（包括現(xiàn)在和未來(lái)的空間資產(chǎn)），和在不同時(shí)間點(diǎn)降低風(fēng)險(xiǎn)的成本（空間物體處于完整狀態(tài)下清除碎片的成本，或在碰撞或解體事件之后碎片更為分散時(shí)進(jìn)行碎片清除）。這種風(fēng)險(xiǎn)不僅適用于直接面臨碰撞風(fēng)險(xiǎn)的空間資產(chǎn)，同時(shí)也適用于概率小、時(shí)間折損大，但仍有可能面臨未來(lái)碰撞及后續(xù)效應(yīng)影響的空間資產(chǎn)。

空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)面臨的另一個(gè)重要障礙是開(kāi)發(fā)實(shí)用的技術(shù)和制定連貫的技術(shù)發(fā)展路線圖。為使碎片清除服務(wù)的利益相關(guān)方信服，必須考慮建造一個(gè)驗(yàn)證樣機(jī)。無(wú)論是私有企業(yè)資助的還是政府國(guó)防部門(mén)或空間機(jī)構(gòu)支持的驗(yàn)證機(jī)任務(wù)，都需要解決一些技術(shù)問(wèn)題，建立一個(gè)基線任務(wù)成本并解決運(yùn)行方面的問(wèn)題。一旦驗(yàn)證機(jī)通過(guò)方案驗(yàn)證，不僅未來(lái)應(yīng)用更加實(shí)際，提供了技術(shù)開(kāi)發(fā)的成本參考，同時(shí)還可以建立適用的管理框架，使商業(yè)化運(yùn)行成為可能。

假設(shè)已經(jīng)解決了法律或政策方面的問(wèn)題，而且不會(huì)對(duì)商業(yè)化空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)進(jìn)行限制，那么，技術(shù)方案的主要商業(yè)目標(biāo)是：

1）明確利益相關(guān)方的價(jià)值定位；

2）考慮一定時(shí)間范圍的損耗，對(duì)多個(gè)空間資產(chǎn)建立風(fēng)險(xiǎn)模型；

3）辨識(shí)候選方案，并對(duì)這些方案進(jìn)行權(quán)衡分析。

2 技術(shù)系統(tǒng)評(píng)估

打分法

打分法是對(duì)系統(tǒng)性能中重要指標(biāo)進(jìn)行跟蹤。利用打分法針對(duì)特定指標(biāo)對(duì)空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估。該方法最終就是選取衡量指標(biāo)和權(quán)重。所選指標(biāo)體現(xiàn)了空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)的價(jià)值。該方法應(yīng)特別考慮法律和政策方面的指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的指標(biāo)，對(duì)不同空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行分析。

技術(shù)項(xiàng)目打分法

根據(jù)打分法，在法律框架（LF）、政策框架（PF）、技術(shù)框架（TF）、經(jīng)濟(jì)框架（EF）4個(gè)框架下對(duì)空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行打分評(píng)估。該指標(biāo)和框架構(gòu)成的體系代表了技術(shù)任務(wù)考慮的所有因素。該體系同時(shí)也給出了一個(gè)“完美”線路，從中可以看出所有指標(biāo)需要達(dá)到的最佳得分。

政策和法律框架

由于政策框架和法律框架聯(lián)系緊密，所以一并考慮。選擇的5個(gè)指標(biāo)分別是：國(guó)家、戰(zhàn)略、合作類型、法律框架和武器化的可能性。

（1）國(guó)家

空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目所屬國(guó)家非常重要，因?yàn)樯婕暗教眨枰紤]許多問(wèn)題。通常，項(xiàng)目所屬國(guó)家不僅影響到項(xiàng)目所使用的技術(shù)和可用的經(jīng)濟(jì)資源，同時(shí)也顯示了在現(xiàn)有國(guó)際空間法框架下可以離軌的物體。

在特定的資源和法律框架下，如果項(xiàng)目是由美國(guó)或俄羅斯單獨(dú)發(fā)起的，由于上述原因，項(xiàng)目的得分較低。該分?jǐn)?shù)還與低地球軌道碎片所屬國(guó)有關(guān)。由于俄羅斯和美國(guó)碎片數(shù)量比其他國(guó)家的總和還要多好幾倍，因此，由美國(guó)或俄羅斯參與的國(guó)際項(xiàng)目通常可以獲得較高的分值。

（2）戰(zhàn)略

如果該項(xiàng)目是由航天局或類似機(jī)構(gòu)支持，在詳細(xì)戰(zhàn)略規(guī)劃下開(kāi)展的關(guān)于碎片處理的項(xiàng)目，那么該項(xiàng)目就具有較高的價(jià)值。詳細(xì)的戰(zhàn)略規(guī)劃將保證和承諾應(yīng)對(duì)法律、技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)方面的挑戰(zhàn)。

（3）合作類型

合作指標(biāo)將側(cè)重空間碎片清除項(xiàng)目國(guó)際合作的重要性。因此，對(duì)國(guó)際項(xiàng)目而言，多國(guó)合作的項(xiàng)目分值較高，而雙邊合作項(xiàng)目基本得不到分?jǐn)?shù)。參加國(guó)數(shù)量多不僅能夠降低總體的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行成本，同時(shí)也影響到可被清除的空間物體。

（4）法律框架

應(yīng)研究在現(xiàn)有國(guó)際空間法框架下開(kāi)展空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)的可能性。由于“空間碎片”定義不明確，以及責(zé)任和許可條例的復(fù)雜性，使得公共和私有領(lǐng)域開(kāi)展碎片清除要面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)，因此主動(dòng)碎片清除目前并沒(méi)有得到推進(jìn)。空間碎片定義、責(zé)任和許可等問(wèn)題的解決將為項(xiàng)目執(zhí)行提供條件。

（5）武器化的可能性

空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)具有雙重應(yīng)用性，如果用于軍事目的將違反《外空條約》和國(guó)際空間法條款。

技術(shù)框架

技術(shù)成熟度（TRL）是用來(lái)評(píng)估所發(fā)展技術(shù)（設(shè)備、材料、部件、軟件、工作流程等）的技術(shù)成熟程度。設(shè)備和航天器分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度分為1～9個(gè)等級(jí)。TRL1～4級(jí)為革命性的或創(chuàng)新技術(shù)，用于任務(wù)評(píng)估之前或評(píng)估期間；TRL5～9級(jí)為可獲得的技術(shù)，用于任務(wù)確定階段。當(dāng)TRL等級(jí)太低時(shí)，必須考慮項(xiàng)目可能延期或成本超支。

經(jīng)濟(jì)框架

雖然前面已經(jīng)討論了經(jīng)濟(jì)和商業(yè)挑戰(zhàn)需要考慮的一些問(wèn)題，但在本研究的第一階段，我們將重點(diǎn)考慮3個(gè)主要的指標(biāo)。下一研究階段，將對(duì)經(jīng)濟(jì)框架下各個(gè)不同的方面進(jìn)行詳細(xì)和全面的分析。

運(yùn)行方案

根據(jù)上述討論，如果僅僅是私有或公共倡議，將不能完全應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。因此，公私合作的方式是空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目較好的解決方案。

單項(xiàng)任務(wù)的成本估算

單項(xiàng)任務(wù)成本估算（ECM）是衡量任務(wù)總成本（不包括研發(fā)階段成本）的一個(gè)指標(biāo)。單項(xiàng)任務(wù)成本包括制造、發(fā)射和運(yùn)行成本。雖然這一項(xiàng)很難獲得最高分，空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目可能會(huì)開(kāi)展很多年，以減緩軌道碎片數(shù)量增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此，必須降低單項(xiàng)任務(wù)成本估算。單項(xiàng)任務(wù)成本估算中包含的某些成本，如制造成本會(huì)隨著任務(wù)的開(kāi)展逐漸降低，但對(duì)于傳統(tǒng)任務(wù)（空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)任務(wù)作為專用有效載荷）來(lái)說(shuō)，發(fā)射成本將一直占據(jù)總成本的大頭。因此，每項(xiàng)空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)任務(wù)都應(yīng)探索降低發(fā)射成本的方法，尋找創(chuàng)新的方式來(lái)開(kāi)展空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)任務(wù)，如搭載發(fā)射等。

每千克碎片離軌成本估算（ECD）是衡量任務(wù)能力的成本指標(biāo)。事實(shí)上，空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)項(xiàng)目有時(shí)被認(rèn)為效率低、成本高。碎片離軌成本估算將確定所分析任務(wù)的成本效益。

3 案例研究

清潔空間－1項(xiàng)目介紹

選擇瑞士空間中心的清潔空間－1 （CleanSpace－1）項(xiàng)目作為案例進(jìn)行研究。該項(xiàng)目旨在論證未來(lái)用小衛(wèi)星開(kāi)展空間碎片清除，計(jì)劃最早于2018年發(fā)射一顆空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)衛(wèi)星。首顆清潔空間－1衛(wèi)星樣機(jī)將使瑞士的2顆廢棄衛(wèi)星離軌。一旦發(fā)射，清潔空間－1衛(wèi)星將用于清除630～750km軌道高度的目標(biāo)衛(wèi)星。為完成碎片清除任務(wù)，清潔空間－1將利用小型電發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行軌道調(diào)整，該發(fā)動(dòng)機(jī)目前還處于研制階段。碎片的抓捕機(jī)構(gòu)正在研制中，它可使以28000km/h速度運(yùn)動(dòng)的物體穩(wěn)定。一旦清潔空間－1衛(wèi)星捕獲目標(biāo)，2顆衛(wèi)星將離開(kāi)原有軌道，再入地球大氣層燒毀。

瑞士清潔空間－1衛(wèi)星示意圖

清潔空間－1任務(wù)評(píng)估

清潔空間－1由瑞士空間中心研制。瑞士空間中心隸屬于瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院，具有教育培訓(xùn)的職能，其成員單位包括工業(yè)界和學(xué)術(shù)界。該機(jī)構(gòu)由瑞士教育部支持，但并不完全屬于政府所有，因此并不在國(guó)家的決策范圍內(nèi)。其成員也不僅僅局限于瑞士工業(yè)界或大學(xué)，但參與該項(xiàng)目的成員以瑞士公司為主。該中心的19個(gè)成員單位和幾所大學(xué)決定由該中心啟動(dòng)納衛(wèi)星技術(shù)開(kāi)發(fā)，用來(lái)清除空間碎片。清潔空間－1項(xiàng)目于2012年2月15日向公眾公布，用于驗(yàn)證衛(wèi)星對(duì)接、捕獲技術(shù)及運(yùn)行方案。但2013年6月，瑞士空間中心提供的報(bào)告并沒(méi)有明確該項(xiàng)目將要清除的目標(biāo)碎片，以及清潔空間－1的外形尺寸，也沒(méi)有解釋該項(xiàng)目如何克服敏感技術(shù)帶來(lái)的安全問(wèn)題。

由于瑞士采取中立的外交政策，因此，瑞士雖然不是一個(gè)航天大國(guó)，但卻是一個(gè)適合啟動(dòng)涉及安全和復(fù)雜法律問(wèn)題、倡議空間碎片天基主動(dòng)清除技術(shù)的國(guó)家。但該項(xiàng)目的得分結(jié)果卻不理想（36分中得到7分），其主要原因是缺少與航天大國(guó)的合作，另外該項(xiàng)目的目標(biāo)僅局限于納衛(wèi)星。

該打分方案目前只是一個(gè)初步的方法，后續(xù)還將進(jìn)一步增加指標(biāo)，加以完善。

王曉宇/本文編輯

Conceptualizing a Legally， Politically and Economically Viable Active Debris Removal Option