太空交通管理迫在眉睫
——致彭斯副總統(tǒng)和國家航天委員會的一封公開信

編譯/ 藍天翼

太空交通管理迫在眉睫
——致彭斯副總統(tǒng)和國家航天委員會的一封公開信

編譯/ 藍天翼

▲ 近地空間大約有7500噸的垃圾

在佛羅里達召開首屆IAA空間態(tài)勢感知會議時，筆者在空間評論上看到了一篇名為《就太空交通管理致彭斯副總統(tǒng)和國家太空委員會的一封公開信》的文章，向副總統(tǒng)彭斯和新成立的國家太空委員會呼吁盡快成立聯(lián)邦太空交通部門統(tǒng)籌管理美國太空交通并引領國際相關組織，現(xiàn)將文章部分摘譯如下。

統(tǒng)籌太空交通管理（STM）面臨多種多樣的太空活動，所有權歸屬和責任劃分都很復雜，急需一個統(tǒng)一的聯(lián)邦部門來管理。美國應該率先做出積極的姿態(tài)，起到領導示范的作用，讓其他國際組織有序地加入進來。太空交通管理的問題與多個美國政府部門的現(xiàn)有和未來職能密切相關。

太空交通管理的任務主要包括：

空間態(tài)勢感知 (SSA)：SSA技術主要由美國空軍研發(fā)與執(zhí)行，現(xiàn)在商業(yè)公司和民間公司也在積極開發(fā)這項技術。未來，我們需要一個統(tǒng)一的系統(tǒng)來監(jiān)控所有的太空物體，追蹤這些太空物體的位置和軌道，避免碰撞。目前，美國空軍、美國聯(lián)邦航空管理局、國務院和商務部等部門和組織都在進行這些工作。但是需要有一個統(tǒng)一的辦公室來快速有效監(jiān)控所有太空物體和實時預測潛在的碰撞。

軌道碎片區(qū)域的安全操作：目前，美國空軍正在政府和商業(yè)組織的協(xié)助下監(jiān)控太空中的系統(tǒng)和碎片，但是，這項工作目前由不同的單位分工負責。在實際工作中，美國宇航局負責移除太空碎片（但是并無相關的預算資金來完成這項工作）；美國聯(lián)幫航空管理局負責商用發(fā)射的安全問題（但是軌道飛行的安全無人負責）；國防部負責預測交匯點；在合作和協(xié)調(diào)方面，國際機構間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(IADC)的工作取得了一些成績，但是遠遠不夠，還需要進一步與國際伙伴加強協(xié)調(diào)合作。未來幾年內(nèi)，已規(guī)劃的13103個新的LEO軌道通信衛(wèi)星將發(fā)射升空，我們不能再停留在毫無下文的松散探討中，我們需要行動。

我們需要建立一個新的聯(lián)邦機構——太空交通管理聯(lián)邦機構（FSTA），負責管理美國衛(wèi)星的飛行，協(xié)調(diào)相關國際組織，實現(xiàn)共同目標。要建立FSTA，需要發(fā)展太空交通管理系統(tǒng)，將統(tǒng)一空間態(tài)勢感知的職能由FSTA和國防部共同管理，把軌道安全飛行的職能分給美國空軍，由美國空軍在國際組織間協(xié)調(diào)。

▲ 近地軌道上可追蹤物體（直徑大于10厘米）的數(shù)目及其總質(zhì)量

▲ 據(jù)估計大約有70萬顆尺寸大于彈子球的近地空間碎片

進行太空交通管理的迫切性

未來十年，太空中可追蹤和不可追蹤的物體都將激增，太空交通管理迫在眉睫。目前，在地球軌道上有約1400顆運行中的衛(wèi)星，與大約7400噸的軌道碎片在一起。其中，800顆運行中的衛(wèi)星在LEO軌道上。某些高度和傾角的LEO軌道上已經(jīng)擠滿了正常運行的衛(wèi)星和軌道碎片，危機四伏。LEO軌道上目前大部分的衛(wèi)星是民用和軍用衛(wèi)星，但是不久以后，私營航天公司計劃發(fā)射多達2萬顆新的商用衛(wèi)星，且大部分將在LEO軌道（高度在400公里～1400公里）運行，這使得近地軌道上的商業(yè)用途將會激增。

在近地軌道上，600公里～1020公里高度的幾個軌道帶已經(jīng)擁滿了運行中的衛(wèi)星和軌道碎片，非常危險。460公里～660公里的高度上目前看沒有那么擁擠，但是可追蹤的對象也日益增多。我們要注意，這里僅僅顯示了可追蹤物體的數(shù)量和質(zhì)量，還有大量碎片物體無法追蹤到。因為現(xiàn)有的追蹤系統(tǒng)一般只能追蹤到大于10厘米的物體，無法追蹤到小的物體。

據(jù)估計，在地球軌道上共有70萬個直徑從1厘米到10厘米不等的空間碎片未被追蹤到，對航天器和人類都很危險，且我們無力抵擋。即使是一個直徑1厘米的彈片（玩具彈珠那么大）在LEO軌道上的沖擊速度都會達到時速56000公里，能夠完全摧毀一顆數(shù)噸的衛(wèi)星，或損壞國際空間站，甚至傷及執(zhí)行艙外任務的航天員性命。一個100克的螺絲都會對國際空間站的艙段造成致命一擊。

這些較小的空間碎片是在大型航天器或者較大碎片破碎或者遭受撞擊后產(chǎn)生的。如果不積極采取措施，即使我們不再發(fā)射其他航天器，這些原有的碎片或者航天器也會產(chǎn)生更多的軌道碎片。如果沒有積極有效的太空交通管理措施，那么這2,0000多個新衛(wèi)星會令現(xiàn)有的軌道碎片和衛(wèi)星情況變得更加危險、更加復雜。因此，全球都應該規(guī)劃統(tǒng)籌太空交通管理，就像當初飛機激增之時，全世界也進行了規(guī)劃。

太空探索公司、一網(wǎng)公司和三星公司正在共同規(guī)劃位于1200至1400公里高度不同軌道傾角的超大衛(wèi)星星座。像這樣的近地軌道超大星座每天都會發(fā)生2000至3000個交匯警告，其中有兩三起會在50米之內(nèi)。如果這些衛(wèi)星或者它們相應的上面級發(fā)生了哪怕是一起碰撞，都會隨之產(chǎn)生一連串的碰撞事件。如果在其他布滿衛(wèi)星的軌道也發(fā)生這種 “凱斯勒災難”，那么全球通信、導航和天氣預報最終都可能癱瘓。

中軌道MEO中目前只有96顆衛(wèi)星，相對而言碎片較少。但是一網(wǎng)公司將在未公開（目前）的MEO軌道高度發(fā)射1280顆衛(wèi)星。衛(wèi)訊公司和O3b公司也計劃在8200公里的中軌道發(fā)射新衛(wèi)星。雖然GPS軌道在MEO中的高度為2,0200公里，新計劃的商業(yè)衛(wèi)星星座及其上面級暫時不會對GPS造成碰撞的風險。但是，GPS衛(wèi)星不僅為市場和行業(yè)提供導航服務，同時也為金融交易提供精確的時間信息。因此，也需要監(jiān)督新發(fā)射到中軌道的所有衛(wèi)星。

總之，軌道碎片威脅著我們現(xiàn)在和未來太空開發(fā)的計劃。我們忽視已經(jīng)在軌道上的7400噸碎片越久，越不盡快制定新的規(guī)定來管理未來幾年內(nèi)發(fā)射的2,0000多顆新的商業(yè)衛(wèi)星及其上面級，我們的未來就會越危險。

▲ 2016年8月23日的歐洲的Sentinel-1A衛(wèi)星遭遇空間碎片撞擊，太陽翼輕度受損

建立一個新的聯(lián)邦機構

統(tǒng)籌太空交通管理（STM）一般定義為管理從地球和其他行星發(fā)射的物體的軌道高度、傾角和其他特性的行為，以防止發(fā)生物理碰撞或電磁干擾。更具體地說，統(tǒng)籌太空交通管理包含所有協(xié)助航天器在地球軌道上安全飛行的系統(tǒng)和程序，包括軌道分配協(xié)調(diào)、無線電頻率協(xié)調(diào)、太空監(jiān)視、空間態(tài)勢感知、碰撞預警和消除，軌道碎片的減緩和消除，發(fā)射和再入統(tǒng)籌管理等。這是一個棘手的公共政策問題，要平衡技術、法律和經(jīng)濟因素；要考慮到利益相關者的利益沖突和世界觀；還要考慮到復雜的政治/地緣政治環(huán)境中紛繁復雜的責任和權利。

▲ 一片直徑不到1毫米的太空垃圾將國際空間站的外窗玻璃撞出了一個寬度為7毫米的破損

此外，僅僅在太空交通管理中管理好新發(fā)射的航天器并不足以為我們的地球軌道衛(wèi)星和航天器提供安全的環(huán)境。我們還需要加強空間態(tài)勢感知、清除活動碎片（ADR）等，以減少對將要進入太空或目前在空間的生命和財產(chǎn)造成的風險。因此，應該在積極推進太空交通管理的同時也要進行空間態(tài)勢感知和清除活動碎片活動。加強空間態(tài)勢感知的重點應該放在追蹤直徑小于1厘米的軌道碎片與進行更加頻繁和準確的碰撞預警，要借助公司領域的新科技進行清除活動碎片的活動。

美國沒有統(tǒng)一的太空計劃。在美國，太空活動的參與者多種多樣，且絕大多數(shù)相互之間并無聯(lián)系，這些參與者從事廣泛的太空活動，包括軍事、民用和商業(yè)活動。太空活動參與者之間缺乏協(xié)調(diào)，造成了起步失誤、進度延誤、成本超支和效率低下等。隨著私營和公共領域參與者在國防和太空科學方面的活動日益增多，我們需要一個總體的組織結構，促進和協(xié)調(diào)私營和公共領域參與者的行動，確保太空活動參與者和平、合作使用太空資源，為人類定居太陽系努力。

一個與美國政府機構、商業(yè)衛(wèi)星社區(qū)和國際利益相關者建立聯(lián)系的新的獨立民政機構可以為實現(xiàn)太空安全的目標提供一個有效的綜合“行動中樞”。因此，我們建議設立一個新的聯(lián)邦機構——FSTA，這個機構最好能夠將制定安全規(guī)則的權力與執(zhí)行法規(guī)的權力結合起來，并且開展國際合作。FSTA將是一個獨立的、非正式顧問式的機構，不依附于任何其他機構，能夠在國內(nèi)外協(xié)調(diào)各有關的政府部門和私人機構。但是，美國空軍、美國宇航局、美國交通部、美國商務部和其他政府機構的一些部門要整合到FSTA內(nèi)。其他不并入FSTA的聯(lián)邦機構和部門，以及學術和商業(yè)團體，將與FSTA緊密協(xié)調(diào)，為FSTA提供建議。

通過行政命令成立一個高層聯(lián)邦執(zhí)行委員會來處理統(tǒng)籌太空交通管理、空間態(tài)勢感知和清除活動碎片是可行的。但是，筆者認為應該通過立法程序建立FSTA。雖然立法程序的過程會相對漫長，但是會建立一個更加穩(wěn)定的和持久的太空機構。

美國國防部的一些部門對太空開發(fā)有所貢獻，自上世紀50年代以來，美國空軍一直是軍事太空活動的主力。FSTA將從國防部接收空間態(tài)勢感知信息，把碰撞預警數(shù)據(jù)發(fā)送給國防部，在適當?shù)谋Ｃ芗墑e協(xié)調(diào)國防部衛(wèi)星軌道和頻率?？傊?，國防部的空間資源和實力應該有序、謹慎地整合到FSTA。建議空軍建立專門的聯(lián)絡組，與FSTA的部門聯(lián)系，就國防部授權的技術轉讓與FSTA溝通。

美國空軍可以在太空碎片主動清掃方面起到主導作用，空軍有能力跟蹤碎片、在全球運營通信、發(fā)射火箭并在太空開展活動。美國空軍是唯一能夠與商業(yè)實體協(xié)調(diào)開展太空碎片主動清掃的部門實體。

現(xiàn)在就行動，否則成本會越來越高

新的LEO衛(wèi)星既是威脅又是機遇。我們面臨著即將到來的新的太空交通問題的爆發(fā)，同時面臨著清理已經(jīng)在軌道上的垃圾的任務，我們必須現(xiàn)在就花錢行動，否則未來的行動成本只會越來越高。隨著時間的推移，會有更多的空間物體產(chǎn)生碰撞，清理的成本會越來越高。屆時，在太空中開展活動的國家將很難拿出足夠的資金清掃太空碎片，也很難拿出資金資助國內(nèi)、國際的統(tǒng)籌太空交通管理的組織。那么有沒有其他的方法至少可以清理即將產(chǎn)生的新碎片并為統(tǒng)籌太空交通管理的組織提供資金？

一方面政府可以提供資金，與世界上其他在太空中開展活動的組織協(xié)作，資助統(tǒng)籌太空交通管理的項目、增強空間態(tài)勢感知和空間碎片清除的工作；另一方面則可以是衛(wèi)星服務的最終用戶，他們也可以是商業(yè)衛(wèi)星使用的軌道帶中的統(tǒng)籌太空交通管理的資金來源。衛(wèi)星服務業(yè)每年的總收入已經(jīng)多達1270億美元，即使是衛(wèi)星終端用戶收入的百分之一都將每年提供超過10億美元的資金。在2,0000個新的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射到軌道之前，這筆資金還會增加。在發(fā)射提供寬帶服務的新衛(wèi)星之后，可用于這一頂目的資金還將大幅增加。

需要采取國家和國際行動

處理太空問題需要全面的國際協(xié)調(diào)，但是在緊張的政治背景下，軍民兩用技術可能很難在統(tǒng)籌交通管理、空間態(tài)勢感知，尤其是空間碎片清除方面采取行動。簽署雙邊和多邊協(xié)定，以透明公開的方式在共同選擇的非敏感碎片目標（比如現(xiàn)有的上面級）上進行空間碎片清除的試驗可以大大緩解地緣政治緊張局勢，同時也會推進空間碎片清除技術的發(fā)展，造福各方。然而，在某種程度上，必須有全球范圍內(nèi)的全球首腦會議，共同探討這些項目。

但是美國不應坐等通過國際合作來加強太空安全，而是要充分發(fā)揮領導作用，通過透明的方式形成國家級的計劃和項目，以促成這種國際合作。★

夏丹