破解近地轨道公地悲剧 全球协同治理亟待破题

财π新闻 太空垃圾问题正日益严峻,近地轨道拥挤导致卫星相撞风险剧增,甚至可能引发连锁反应使轨道资源枯竭。随着入轨发射任务数量持续增长,近地轨道上活跃的卫星数量已从2010年前后的1000颗激增到2024年年初的9000多颗,每年还有数千颗新卫星发射升空,近地轨道的拥挤程度正不断突破此前的认知边界。有天体物理学家将当前的近地轨道比作暴风雪天高峰时段的州际公路,所有在轨物体都处于高速运行状态,且整个空域没有任何红绿灯进行秩序引导,安全隐患持续累积。

太空垃圾本质上是公地悲剧,由于外层空间无法私有化且缺乏全球管辖机构来收税,使得传统的私有化和收税治理方案难以直接平移到太空领域。在地球上,解决公地悲剧通常有四种成熟思路,其一是私有化,将公共草场分割成块分配给不同牧民,每一户牧民都会自行核算牛羊数量与草原养护之间的最佳均衡点,在保障生产收益的同时维护草场的可持续性。其二是收税,保持草场公有属性不变,对过度放牧的牧民收取更高的草场使用税,使其过度放牧的边际收益急速递减至零,当额外收益完全消失,牧民自然不会选择过度放牧。其三是协商解决,先测算出草场的整体损益曲线,大致算出草场的最大负荷,召集所有牧民共同商议各家的放牧配额,通过集体协商划定使用边界。其四是技术赋能,通过更先进的草场养护技术加快草场修复速度,或者通过更高级的育种及饲养技术提高牛羊的产奶产肉率,用质量的提升替代规模的扩大,在不增加草场负担的前提下提升产出效率。但这一套在地球上经过长期实践验证的治理逻辑,要直接平移到太空领域却面临诸多现实阻碍,外层空间的特殊属性使得传统治理工具难以直接落地生效。

虽然碎片追踪等被动躲避技术取得进展,但面对越来越复杂的轨道路况,主动清除已有碎片至关重要,然而该技术尚处起步阶段且面临成本支付难题。当前全球在轨可追踪物体近3万个,其中约1.85万个为活跃卫星,其余均为碎片或废弃火箭残骸,即便不再发射新卫星,在轨碎片总量仍将持续增加,部分轨道已经面临无法使用的风险。碎片的自然再入大气层速度已跟不上物体碎裂速度,这意味着太空垃圾的总量会持续恶化,活跃卫星被迫执行越来越多的碰撞规避机动,大量消耗自身携带的燃料,直接缩短卫星的在轨服役寿命。在近地轨道,碎片的运行速度可达每秒7至10公里,相当于步枪子弹速度的十几倍,即便是直径小于1厘米的微小碎片,也能划伤航天器舷窗、损坏太阳能电池板,厘米级的碎片则可能直接穿透航天器外壳,击穿燃料箱或管线,引发泄漏等严重安全事故,直接威胁在轨航天器及航天员的安全。

针对太空垃圾的清理,科学家已设计出多种主动清除技术设备,包括清理卫星、空间工友、激光扫帚和太空风车等。不同技术路径的研发主体正在各自的赛道上推进试验验证,部分在轨服务公司开发的航天器具备高机动性,能够在轨道上安全接近并操作其他航天器,其核心技术是磁捕获对接系统,专门应对近地轨道上高速飞行且可能处于失控翻滚状态的目标,大幅降低对接操作的技术难度。还有企业开发出配备爪臂的卫星,可捕获碎片并将其带回大气层销毁,或推送至碰撞风险较低的“太空墓地”轨道,从根源上消除碎片对正常运行航天器的威胁。这些技术的研发与试验,为后续大规模开展太空垃圾清理工作打下了初步基础,但目前相关技术的成熟度仍有待提升,单次清理任务动辄需要数千万美元的投入,高昂的成本让不少市场主体望而却步,商业参与的内生动力明显不足。

解决太空垃圾问题需要政府扶持与私人部门参与,政府可通过提供早期研发资金或直接提供订单来支持相关初创公司寻找解决方案。当前太空碎片清理市场仍以政府合同为主要收入来源,监管框架的完善程度将在很大程度上决定商业需求能否真正释放,不少布局在轨服务的初创企业在相关扶持政策的引导下,逐步将碎片清除定位为卫星维修、延寿服务等更大市场的入口,不断拓展自身的业务边界。部分企业的相关业务营收同比实现大幅增长,订单积压持续扩大,虽然整体仍处于亏损状态,但项目收入中政府补贴占据较大比重,为企业的持续技术迭代提供了稳定支撑。防务领域对相关技术的需求也在同步增长,军事应用潜力正成为新的增长点,进一步拓宽了相关技术的应用场景。

国际社会已开始严肃对待太空垃圾问题,多国政府和国际机构正在建立规范和制定约束性法规,例如欧洲航天局计划发射航天器执行在轨清除任务,美国也开出了全球首张太空乱扔垃圾罚单。目前全球范围内的相关治理探索正在多点推进,1993年美国、俄罗斯、日本等国就发起成立了机构间空间碎片协调委员会,通过信息通报、联合观测、主动处置等方式应对碎片威胁。俄罗斯曾通过无人货运飞船控制退役的和平号空间站,使其精准坠入南太平洋指定海域,意大利在Beppo SAX卫星陨落前,向30个相关国家持续发布预警信息,保障相关区域的安全。在国际规则层面,1967年生效的《外空条约》为和平利用太空奠定基础,目前已有超110个国家加入,为后续的全球治理协作搭建了基础框架。

当前全球太空治理仍面临多重现实挑战,碎片碰撞容易引发连锁反应,单次碰撞会产生更多碎片,恶性循环可能导致整条轨道彻底失效,也就是被学界广泛提及的凯斯勒效应,一次碰撞产生大量碎片,引发连锁反应,最终使近地轨道无法使用,这一理论预言正逐渐逼近现实。与此同时,捕获、离轨与清理技术尚不成熟,大规模处置成本高昂,商业机构参与动力不足,太空作为全球公域,缺乏具有强制约束力的国际规则,碎片责任界定、处置义务划分及成本分摊均无统一标准,轨道资源分配与碎片治理易被卷入太空竞争议题,单边行动增多,进一步阻碍全球协同治理进程。目前联合国《空间碎片减缓指南》等文件仅为软法,缺乏强制力,各国对碎片追责、离轨时限等关键问题缺乏统一标准,数据共享更是难题,各国掌握的轨道监测数据涉及军事机密,不愿公开,导致全球预警系统难以协同。

为了破解当前的治理困局,国际社会正在探索构建更具约束力的轨道治理体系,第一,制定轨道与频谱分配及避让规则,目前地球静止轨道的频谱和轨位由国际电联协调,但对低轨的大型星座缺乏完善规则,未来应通过联合国和平利用外空委员会或类似平台,协商划定近地轨道的拥挤区、卫星间距和碰撞规避标准,以及频谱使用的全球协调机制,各航天主体需要认同一定高度一条准则,避免单一国家或公司过度占据某轨道壳层。第二,建立太空碎片清除的费用分摊机制,清理太空垃圾成本高、收益低,单靠市场动力不足,可以考虑“污染者付费”原则,对发射卫星收取轨道占用和潜在清除费用,将这笔资金用于发展碎片清理技术和执行清除任务,各国航天监管机构也可要求卫星运营商在报废时有责任安全离轨或将卫星拖至“坟墓轨道”,否则缴纳押金不予退还,这类似地球上的垃圾回收押金制度,促使卫星运营方把清理成本内部化,对于历史遗留的大量碎片,可由多国共同出资,委托有能力的企业执行清除任务,并共享清除成果数据。第三,构建全球太空交通管理与数据共享体系,目前各国主要依赖自己雷达、望远镜跟踪太空物体,但信息碎片化且精度参差,应建立国际空间交通管理机构,整合各国的监测数据,形成统一的航行警报和碰撞预警机制,及时通知相关方采取行动,这类似国际民航组织对空中交通的协调,只有做到数据开放共享,卫星运营者才能更有效地合作避碰,降低事故风险。第四,明确地外资源开发法规,现有《外空条约》禁止国家对天体宣称主权,但对企业开采资源如何确权缺少细则,为防止无序争夺,应在多边框架下制定月球和小行星采矿的准入许可制度和环境保护标准,规定采矿不得独占整个天体区域、不得破坏具有科学价值的地点等,并探讨利益分享机制,这既保障先行者权益也照顾后来者和国际社会共同利益。

近地轨道是人类共有的资源,加强治理可避免公地悲剧,保障各国平等和平利用太空的权利,安全可控的轨道环境,也是卫星互联网、商业航天与深空探测持续发展的基础。太空不属于任何一家公司,也不应由单一国家定义规则,推动软法变硬法,建立具有法律约束力的国际太空交通管理体系,强制数据共享,明确碰撞责任,设立碎片清理基金,将轨道资源视作全人类的共同遗产进行保护,才能避免太空领域出现人人抢用、无人管护的无序局面,为后续的太空开发活动营造稳定可持续的环境。

(编辑:胡忠华)

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