黃宇民，郭世亮，汪夏，李帥，任迪

（1.錢學(xué)森空間技術(shù)實驗室，北京100094；2.中國航天科技集團有限公司研發(fā)部，北京100037）

1 引言

從第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射入軌開始，國際上就開始探討如何避免衛(wèi)星、運載的碰撞與安全問題。隨著商業(yè)航天的迅猛發(fā)展，越來越多的航天器進入太空，太空正變得越來越擁擠；大量空間碎片、巨型衛(wèi)星星座嚴重影響著地球和空間的有序、安全和繁榮可持續(xù)。

空間交通管理作為一個正式的術(shù)語第一次正式出現(xiàn)是在20世紀80年代，捷克航天專家Perek Lubos教授在 “Traffic Rules for Outer Space”［1］一文中首次給出了空間交通管理的概念。雖然目前國際上對空間交通管理的概念和核心構(gòu)架還沒有一致的定義，但從空間交通管理的現(xiàn)有概念及其發(fā)展來看，空間交通管理的核心目標是確?？臻g活動的安全性和外空的長期可持續(xù)發(fā)展。

我國正處于航天大國向航天強國邁進的關(guān)鍵時期，空間活動無論是頻次還是空間資產(chǎn)的數(shù)量都在快速增長，空間安全已經(jīng)成為國家安全的重要組成，如何消除空間安全威脅和風(fēng)險、確?？臻g活動的安全和長期可持續(xù)性是我們必須面對的問題。

本文從空間交通管理體系框架角度開展研究，借鑒陸地、海洋、空中交通管理體系框架設(shè)計，提煉出其主要包括：管理的依據(jù) （法律法規(guī)等）；數(shù)據(jù)／信息的獲取、處理分發(fā)與共享；技術(shù)／工具的應(yīng)用；相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施支撐；管理部門等五大部分。

2 他山之石——其它領(lǐng)域交通管理的借鑒

目前，空間交通管理的概念一直很模糊，在國際上沒有統(tǒng)一的、各方達成共識的概念，對此在某種程度上要歸咎于技術(shù)和政治方面的原因。有很多學(xué)者對空間交通管理與陸地、海洋、空中的交通管理做了對比研究，探討其中的共性，借鑒陸地、海洋、空中的交通管理成熟經(jīng)驗，來構(gòu)架空間交通管理的概念和體系框架。我們也從基本概念和體系框架方面對陸地、海洋、空中的交通管理框架進行介紹。

2.1 基本概念

（1）管理

管理在辭海中的定義為管理學(xué)中指社會組織中為實現(xiàn)預(yù)期目標進行的以人為中心的協(xié)調(diào)活動。其目的是實現(xiàn)預(yù)期目標；本質(zhì)是協(xié)調(diào)，使個人的努力與集體的預(yù)期目標相一致。協(xié)調(diào)必定產(chǎn)生在社會組織中。個人與集體之間以及各成員之間意見和行動的不一致，使協(xié)調(diào)成為社會組織必不可少的活動。協(xié)調(diào)的中心是人。社會文化背景、歷史傳統(tǒng)、社會制度、人的價值觀、物質(zhì)利益、精神狀態(tài)、素養(yǎng)、信仰等，都對協(xié)調(diào)活動產(chǎn)生重大影響。協(xié)調(diào)的方法是多樣的，需要定性的理論和經(jīng)驗，也需要定量的專門技術(shù)［2］。

在 “科普中國”科學(xué)百科詞條里的定義：管理是指一定組織中的管理者，通過實施計劃、組織、領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)、控制等職能來協(xié)調(diào)他人的活動，使別人同自己一起實現(xiàn)既定目標的活動過程。它是人類各種組織活動中最普通和最重要的一種活動［3］。

（2）交通管理

辭海中的定義為交通管理是國家對社會交通事務(wù)的組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制和監(jiān)督的總稱。按管理類型，分交通行政管理、交通環(huán)境管理、交通經(jīng)濟管理、客貨運輸管理、客貨安全管理等；按交通方式，分水路運輸管理、公路運輸管理、鐵路運輸管理、民航運輸管理、管道運輸管理、郵電通信管理等；按管理內(nèi)容，分交通設(shè)施管理、交通資費與價格管理、交通安全管理等。狹義的交通管理指國家通過行政機關(guān)對道路交通秩序與交通安全的管理，即運用行政、法規(guī)、宣傳和工程技術(shù)、設(shè)施等手段，協(xié)調(diào)人、車、路在交通活動中的相互關(guān)系，使交通安全、暢通、低公害、低能耗［2］。

在 “科普中國”科學(xué)百科詞條里的定義：交通管理是按照交通法規(guī)的要求、規(guī)定和道路交通的實際狀況，運用教育、技術(shù)等手段合理地限制和科學(xué)地組織、指揮交通。正確處理道路交通中人、車、道之間的關(guān)系，使交通盡可能安全、通暢、公害小和能耗少［3］。

2.2 陸地、海洋、航空的交通管理框架

（1）陸地交通管理框架

陸地交通管理的框架示意圖［4］見圖1。

圖1 陸地交通管理框架示意圖Fig.1 System configuration of LTM

陸地交通管理系統(tǒng)包括四個層次，即物理層、專業(yè)層、行業(yè)層以及綜合層。

（2）海洋交通管理框架

海洋交通管理的框架示意圖［5，6］見圖 2、圖3。

圖2 海上船舶交通管理系統(tǒng)框架示意圖Fig.2 System configuration of MTM

圖3 VTS系統(tǒng)是指船舶交通管理系統(tǒng)示意圖Fig.3 Vessel traffic system（VTS）

海上交通管理系統(tǒng)的目標是將先進的計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)等有效地融合起來，并與交通規(guī)劃、交通工程和管理相結(jié)合，運用于整個交通管理系統(tǒng)而建立起來的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合智能控制和管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括智能信息采集系統(tǒng)、綜合管理信息系統(tǒng)、海上交通模型、動態(tài)監(jiān)測和優(yōu)化決策系統(tǒng)、虛擬仿真實驗、遠程應(yīng)用與信息發(fā)布、系統(tǒng)集成技術(shù)幾個板塊。

（3）空中交通管理框架

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

空中交通管理系統(tǒng)框架包括在航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的支撐下，由空中交通管理服務(wù)系統(tǒng)、空中交通流量管理系統(tǒng)以及空域管理系統(tǒng)構(gòu)成。其中，航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施涵蓋通信、導(dǎo)航、監(jiān)視三個方面的內(nèi)容，空中交通管理服務(wù)系統(tǒng)包括空中交通管制、飛行情報服務(wù)、航空氣象服務(wù)、告警服務(wù)四個方面的內(nèi)容。

2.3 其它領(lǐng)域交通管理的主要基礎(chǔ)

從交通管理的概念及其它領(lǐng)域交通管理的空間體系中，我們可以認識到實時交通管理需要的共性管理基礎(chǔ)包括：

管理部門：包括交通部、民航局、海洋局等；

管理依據(jù)：包括管理的理論、國家法律、法規(guī)、政策、共識等；

支撐管理的基礎(chǔ)設(shè)施：包括天地一體化監(jiān)測網(wǎng)、指揮調(diào)度平臺等；

管理對象的數(shù)據(jù)／信息：包括對象的數(shù)量、位置、方向、速度等；

支撐管理的技術(shù)／工具：包括獲取技術(shù)、處理技術(shù)、指控技術(shù)等。

這是所有交通管理體系框架的共性具有的五大部分，顯然，作為交通管理其中一類的空間交通管理的體系框架，也必然應(yīng)包含這五大部分。

3 對空間交通管理的幾點認識

雖然空間交通管理與陸地、海洋、空中的交通管理有其共性部分，但是空間交通管理與陸地、海洋、空中的交通管理卻有著本質(zhì)的區(qū)別。汽車、飛機、艦船在行駛路徑和速度控制方面都具有極大的靈活性，能夠設(shè)立航道控制或道路規(guī)則。而在外層空間運行的航天器就沒有這么簡單了。在外層空間運行的航天器機動能力有限，有些航天器，如哈勃太空望遠鏡和大部分微納衛(wèi)星基本沒有軌道機動能力，同時技術(shù)、政治、法律等方面的因素也使空間交通管理面臨更大的挑戰(zhàn)。因此，空間交通管理問題與上述領(lǐng)域的交通管理問題相比具有非常不同的特點。

3.1 空間交通管理的獨特性

空間交通管理的獨特性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）目前空間交通管理中，政治、軍事因素是主導(dǎo)。在陸地、海洋、空中的交通管理中，成熟的商業(yè)運輸起著決定的因素，所有的管理必須服務(wù)于此。雖然，近期商業(yè)航天取得了空前的大發(fā)展，但是，在航天領(lǐng)域依然是由各國政府主導(dǎo)航天技術(shù)的發(fā)展，因此，目前的空間交通管理起主導(dǎo)作用的依然是各國的政治、軍事因素。

（2）空間交通管理是在 “國際公域”中的交通管理。陸地、海洋、空中的交通管理中雖然也有 “國際公域”（如南極、公海及其上空）的管理，但是，陸地、海洋、空中交通管理區(qū)域的絕大部分是各國的領(lǐng)土、領(lǐng)海、領(lǐng)空中的交通管理?？臻g交通管理與陸地、海洋、空中交通管理最大的不同是其完全是在各國主權(quán)管轄外的 “國際公域”中的交通管理，必然是多方博弈、互相制衡的產(chǎn)物。

（3）空間交通管理需要 “自律”和 “他律”，首先要有 “自律”意識。從交通管理的概念中可以看出，實施交通管理的目的是為了處理交通中各管理對象之間的關(guān)系，使交通盡可能安全、通暢、公害小和能耗少。因此，需要全社會“自律”和 “他律”。在空間交通管理中，目前的國際法體系不健全，存在許多缺項，因此，各國的 “自律”極為重要。

（4）實力決定一切。從空間技術(shù)的發(fā)展歷程和空間法律法規(guī)體系的構(gòu)建歷程來看，各國的空間技術(shù)實力是其在空間交通管理領(lǐng)域內(nèi)話語權(quán)、主導(dǎo)權(quán)、博弈與相互制衡的決定因素。

3.2 空間交通管理的權(quán)力模型

在上述研究的基礎(chǔ)上，我們提出了空間交通管理的權(quán)力模型，如圖5所示，即各國的空間發(fā)展權(quán)和空間資源利用權(quán)被話語權(quán)所主導(dǎo)，話語權(quán)受制于自主權(quán) （主導(dǎo)權(quán)），國家的軟硬實力支撐自主權(quán) （主導(dǎo)權(quán)）的權(quán)力模型。

圖5 空間交通管理的權(quán)力模型示意圖Fig.5 Power model of STM

3.3 空間交通管理體系的可信能力模型

（1）建設(shè)空間交通管理體系的目的

建設(shè)空間交通管理體系的目的是保證空間活動有序、安全、繁榮／可持續(xù)。

（2）實現(xiàn)空間交通管理的保證

實現(xiàn)空間交通管理必須有以下兩方面的保證：一是真能落地并取得了各方共識的 （對內(nèi)、對外）順暢的管理模式；二是可信的能力。

（3）可信能力模型［7］

我們提出空間交通管理的可信能力模型，如圖6所示。

圖6 空間交通管理的可信能力模型示意圖Fig.6 Credible capability model of STM

目前，空間領(lǐng)域面臨著空間資源枯竭和空間秩序失序的重大危機，現(xiàn)有的三 “空”能力模型框架 （自由進入空間、高效利用空間、有效控制空間）無法支撐危機的解決。

在三 “空”能力模型框架基礎(chǔ)上，提出增加“可信管理空間”，統(tǒng)攬 “三空”能力的能力模型框架。其中，進入空間是人類所有太空活動的能力基礎(chǔ)和前提；利用空間是社會信息化發(fā)展的必然和目標；控制空間是單級思維下的絕對空間安全的理念體現(xiàn)；有效管理空間是我們基于人類命運共同體和全球治理觀念指導(dǎo)下的、統(tǒng)攬未來的空間系統(tǒng)發(fā)展、保障空間安全的新的理念。

控制空間與有效管理空間既有區(qū)別，又有聯(lián)系，在一定條件下，可以相互轉(zhuǎn)化。

可信包括自信、互信和他信，可以表現(xiàn)為能力、表述、行為、責(zé)任和義務(wù)等方面。可信能力則需要不斷展示，長期奮斗，才能取得效果。

（4）研究空間交通管理就是協(xié)調(diào)和設(shè)計關(guān)系

研究空間交通管理就是協(xié)調(diào)和設(shè)計空間交通的行為主體、空間活動、管理部門和管理依據(jù)的關(guān)系，如圖7所示，體現(xiàn)在空間交通管理部門根據(jù)何種管理依據(jù)對行為主體的空間活動進行有效管理。

圖7 空間交通管理設(shè)計和協(xié)調(diào)的關(guān)系示意圖Fig.7 Relations to be coordinated and designed in STM

3.4 空間交通管理的主要管理基礎(chǔ)

空間交通管理的主要管理基礎(chǔ)包括：（1）管理部門：統(tǒng)籌協(xié)調(diào)國內(nèi)外關(guān)系的權(quán)威機構(gòu)和工作機制等； （2）管理依據(jù)：管理理論、公約、法律、法規(guī)、政策、共識、機制等；（3）支撐管理的基礎(chǔ)設(shè)施：監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、指揮控制平臺等；（4）管理對象的數(shù)據(jù)／信息：空間物體、環(huán)境、資源等方面的數(shù)據(jù)和信息等；（5）支撐管理的技術(shù)／工具：能夠協(xié)調(diào)、處理各種關(guān)系和管控危機的技術(shù)／工具等。

圖8 空間交通管理框架示意圖Fig.8 System configuration of STM

3.5 空間交通管理發(fā)展的階段性

我們提出了空間交通管理發(fā)展的階段性，如圖9所示。目前看，國內(nèi)處于從自我約束到強制性約束的過渡期，而國際上，自我約束都很難做到。

圖9 空間交通管理的發(fā)展階段示意圖Fig.9 Development phases of STM

4 當(dāng)務(wù)之急需開展的幾項任務(wù)

作為工業(yè)部門，不可能將空間交通管理體系框架中的這五個管理基礎(chǔ)的方面都講清楚 （特別是管理部門的設(shè)計、管理依據(jù)的研究），只能圍繞數(shù)據(jù)／信息、技術(shù)／工具、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等幾個方面，探討后續(xù)需要做什么，該怎么做，如圖10所示。

圖10 空間交通管理急需的研究項目示意圖Fig.10 Twelve tasks to be solved for STM urgently

其中：

（1）機制1項：空間交通管理體系及軟環(huán)境研究及演進機制；

（2）數(shù)據(jù)／信息2項：空間目標及環(huán)境模型庫的構(gòu)建及其長期演化趨勢研究，空間天氣與空間碎片環(huán)境、空間系統(tǒng)之間的相互作用機理、損害機制和災(zāi)難事件的效應(yīng)研究；

（3）基礎(chǔ)設(shè)施3項：天地一體化空間目標監(jiān)測系統(tǒng)、空間態(tài)勢生成與空間交通管理應(yīng)用服務(wù)平臺、海量 （數(shù)十萬量級的）航天器智能指揮、管理、調(diào)度平臺；

（4）管理技術(shù)／工具6項：空間暗弱小目標的全空域精準態(tài)勢感知、特征探測與智能識別技術(shù)，全域頻譜網(wǎng)絡(luò)化智能自主感知、自主協(xié)同技術(shù)，航天器空間態(tài)勢智能自感知與決策技術(shù)，信息智能化處理與融合技術(shù)，空間事態(tài)處置與服務(wù)技術(shù)，空間環(huán)境全球監(jiān)測與治理技術(shù)。

5 結(jié)語

空間環(huán)境日益惡化，空間資源爭奪更加激烈，來自空間領(lǐng)域的威脅和挑戰(zhàn)不斷加劇?？臻g交通管理作為外空治理的新焦點、新手段和新高地，對于維護外空安全、促進外空活動長期可持續(xù)發(fā)展、推動構(gòu)建外空人類命運共同體具有重要戰(zhàn)略意義?？臻g交通管理體系框架研究是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，亟需在國家層面進行頂層設(shè)計和統(tǒng)籌發(fā)展，強化能力引領(lǐng)，先行發(fā)展相關(guān)技術(shù)和規(guī)則，打造專業(yè)化智庫，全面提升空間交通管理的軟硬實力。