薛惠鋒

（中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司第十二研究院，北京100037）

1 空間安全和空間環(huán)境治理形勢(shì)緊迫

隨著1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，人類進(jìn)入太空的能力在增強(qiáng)，對(duì)外層空間的研究和利用在促進(jìn)人類科技進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也在外空留下越來(lái)越多的空間碎片。同時(shí)，低軌小衛(wèi)星星座爆發(fā)式增長(zhǎng)，小行星頻繁掠過(guò)地球等問(wèn)題的出現(xiàn)，已經(jīng)成為人類探索太空腳步中必須解決的重大課題之一。

1.1 航天器在軌爆炸解體，成為空間碎片主要來(lái)源

從1957年以來(lái)，人類共進(jìn)行了5400余次航天發(fā)射，把近9000顆航天器送入地球軌道，目前在軌航天器5000多個(gè)，仍在服役航天器2000多個(gè)。根據(jù)2020年歐空局給出的信息，自1957年至2020年底，人類進(jìn)行了約6000余次航天發(fā)射，共將約10680顆人造衛(wèi)星送入地球軌道。其中，仍在軌的約6200余顆，在軌正常服役的約3800余顆。目前已被跟蹤編目的空間物體 （在軌衛(wèi)星＋空間碎片）約28200余個(gè)，所有在軌空間物體質(zhì)量總和超過(guò)9200t。［1］。尺寸大于10cm的目標(biāo)數(shù)量約為34000個(gè)，這類碎片能被地基監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到，航天器一旦與此類碎片發(fā)生碰撞，將會(huì)徹底損壞，甚至完全解體，產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的小尺寸碎片；1mm以下的碎片有百億個(gè)，這類碎片只能通過(guò)天基直接探測(cè)，或者分析回收物的表面獲取其信息，此類碎片可通過(guò)航天器表面加固防護(hù)材料進(jìn)行防護(hù)；還有一類碎片稱為危險(xiǎn)碎片，尺寸介于前兩者之間，目前尚無(wú)有效的觀測(cè)方法，其中尺寸在1～10cm的碎片數(shù)量約為90萬(wàn)個(gè)，尺寸在1～10mm的碎片數(shù)量約為1億個(gè)，對(duì)航天器的損壞能力比小碎片大，防護(hù)困難，數(shù)量比大碎片多，航天器躲避困難，十分危險(xiǎn)。

航天器在軌爆炸解體是空間碎片的主要來(lái)源，迄今共發(fā)生在軌爆炸、解體、撞擊事件500余次。近來(lái)，影響最大的一次是2019年3月27日印度代號(hào) “沙克提行動(dòng)”的反衛(wèi)星試驗(yàn)，產(chǎn)生尺寸大于5mm的碎片6500個(gè)，其中270個(gè)可被跟蹤，有12塊碎片達(dá)到1000km高度，使得國(guó)際空間站 （ISS）撞擊風(fēng)險(xiǎn)提高了44%［2］。到2019年，國(guó)際空間站為躲避空間碎片撞擊進(jìn)行了25次機(jī)動(dòng)規(guī)避。國(guó)際上有公開(kāi)報(bào)道的因碎片撞擊而失效或異常的衛(wèi)星超過(guò)16顆，我國(guó)航天器因空間碎片撞擊失效事件時(shí)有發(fā)生。近年來(lái)NASA衛(wèi)星每年規(guī)避空間碎片操作20余次，而2008年這一數(shù)字為5次［3］。嚴(yán)峻的空間碎片環(huán)境對(duì)航天器在軌運(yùn)動(dòng)，包括航天員生命安全帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。不久前，歐空局已經(jīng)與ClearSpace領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)工業(yè)小組簽署價(jià)值8600萬(wàn)歐元的合同，以清除一塊特定的空間碎片?？梢钥吹?，對(duì)于這一領(lǐng)域的研究不僅是對(duì)國(guó)家安全、空間安全和人類命運(yùn)的責(zé)任，也是對(duì)國(guó)家科技創(chuàng)新帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，不斷開(kāi)拓空間經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)新領(lǐng)域。

1.2 低軌小衛(wèi)星星座爆發(fā)式增長(zhǎng)，成為空間環(huán)境潛在威脅

近年來(lái)，低軌小衛(wèi)星星座呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，各航天大國(guó)紛紛開(kāi)始搶占太空資源，建設(shè)巨型小衛(wèi)星星座已經(jīng)成為當(dāng)前航天發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。但是，大量小衛(wèi)星正在逼近近地軌道空間的承載極限，現(xiàn)有的空間環(huán)境、國(guó)際社會(huì)以及我國(guó)航天發(fā)展都將面臨一系列的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。截至目前，國(guó)內(nèi)外已有很多巨型低軌小衛(wèi)星星座正在建設(shè)或公布方案，其中發(fā)展最火熱、數(shù)量最大的是SpaceX公司的Starlink系統(tǒng)，規(guī)劃將發(fā)射大約42000顆衛(wèi)星。2019年9月，歐空局的一顆 “風(fēng)神”衛(wèi)星為避免與一顆Starlink衛(wèi)星發(fā)生碰撞，主動(dòng)進(jìn)行了變軌機(jī)動(dòng)，為巨型低軌星座的安全運(yùn)行敲響了警鐘［4］。

從短期看，大型小衛(wèi)星星座發(fā)射會(huì)使近地軌道目標(biāo)大量增加，威脅現(xiàn)有空間目標(biāo)的安全。從長(zhǎng)期看，星座自身也會(huì)遭遇碎片撞擊，使得低軌空間撞擊次數(shù)增加，產(chǎn)生更多的空間碎片，加劇碎片環(huán)境的長(zhǎng)期惡化趨勢(shì)。作為未來(lái)重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，小衛(wèi)星星座對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)開(kāi)放程度日益加深的大國(guó)來(lái)講，其重要性也不言而喻。除此以外，還存在頻率、軌道資源占用分配問(wèn)題，星座自身的光、電磁輻射和急劇增長(zhǎng)的數(shù)量也會(huì)對(duì)天文學(xué)和宇宙學(xué)觀測(cè)帶來(lái)的不利影響，以及帶來(lái)的信息安全和產(chǎn)業(yè)安全等問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

1.3 小行星來(lái)襲，成為人類安全重要挑戰(zhàn)

2019年6月，中國(guó)科協(xié)將與空間碎片密切相關(guān)的近地小天體調(diào)查、防御與開(kāi)發(fā)問(wèn)題納入20個(gè)對(duì)科學(xué)發(fā)展具有導(dǎo)向作用、對(duì)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新具有關(guān)鍵作用的前沿科學(xué)問(wèn)題和工程技術(shù)難題中，這也顯示出外空環(huán)境問(wèn)題研究已經(jīng)成為我國(guó)高度重視的新領(lǐng)域。

小行星對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，從來(lái)就不是遙遠(yuǎn)的存在。6500萬(wàn)年前，在墨西哥尤卡坦半島發(fā)生的小行星撞擊地球事件導(dǎo)致76%地球生物 （包括大型恐龍）滅絕。1908年6月30日發(fā)生在俄羅斯通古斯的小行星大爆炸事件［2］。2013年2月15日俄羅斯車?yán)镅刨e斯克發(fā)生小行星撞擊地球事件。在我國(guó)的內(nèi)蒙古錫林郭勒盟地區(qū)，云南香格里拉、西雙版納和近期的甘肅青海，都發(fā)生過(guò)火流星事件。從恐龍滅絕事件來(lái)看，小行星撞擊地球帶來(lái)的災(zāi)難是毀滅性的，對(duì)地球和人類生命安全帶來(lái)極大威脅。美國(guó)、歐空局、俄羅斯、日本等國(guó)家或機(jī)構(gòu)已在小行星監(jiān)測(cè)、預(yù)警、防御和利用等方面擁有相當(dāng)成熟的技術(shù)和法律法規(guī)，我國(guó)目前也在積極開(kāi)展對(duì)小行星的監(jiān)測(cè)預(yù)警、安全防御等工作，并取得了一些進(jìn)展。

2 空間安全和空間環(huán)境研究意義重大

外層空間雖不像陸地、海洋、大氣這樣圍繞在人類身邊，但地球存在于宇宙中，外空更是全人類賴以生存的環(huán)境，可以說(shuō)一榮俱榮、一損俱損。習(xí)近平總書(shū)記提出的 “人類命運(yùn)共同體”是闡釋這一問(wèn)題的價(jià)值哲學(xué)和外交戰(zhàn)略。

2.1 “多學(xué)科”交叉融合，為空間碎片和空間環(huán)境研究賦予了新內(nèi)涵。

空間碎片和空間環(huán)境的研究，涉及的學(xué)科、領(lǐng)域眾多，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。特別是空間碎片的探測(cè)預(yù)警與防護(hù)、空間環(huán)境的保護(hù)等方面，都呈現(xiàn)牽一發(fā)而動(dòng)全身的特點(diǎn)。同時(shí)，空間碎片治理又與國(guó)家安全密切相關(guān)，關(guān)乎我國(guó)外空事務(wù)的主導(dǎo)權(quán)和話語(yǔ)權(quán)，關(guān)乎人類命運(yùn)共同體的構(gòu)建和維護(hù)，這賦予空間碎片研究更加豐富的內(nèi)涵和外延。

2.2 “多領(lǐng)域”輻射帶動(dòng)，為空間碎片研究提供了新機(jī)遇。

空間碎片研究是世界航天領(lǐng)域面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)，是科技創(chuàng)新的沃土，能夠催生新型太空產(chǎn)業(yè)模式。2020年 “中國(guó)航天大會(huì)”發(fā)布的宇航領(lǐng)域科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題，將空間碎片清除作為重要內(nèi)容，其復(fù)雜性、引領(lǐng)性、帶動(dòng)性，不亞于任何一項(xiàng)已知的太空探索活動(dòng)。各國(guó)的空間科學(xué)家提出了多種方案和設(shè)想，比如飛網(wǎng)抓捕、電動(dòng)繩系、機(jī)械臂抓捕、激光燒蝕、離軌帆等方案，這將帶動(dòng)一系列的科學(xué)、技術(shù)、工程、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為空間碎片研究發(fā)展提供全新的機(jī)遇。

2.3 “多國(guó)家”競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)賽，為空間碎片研究帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。

根據(jù)模型預(yù)測(cè)顯示，如果從現(xiàn)在不對(duì)外空環(huán)境進(jìn)行治理，70年后，低地球軌道區(qū)域有可能發(fā)生空間碎片鏈?zhǔn)阶矒粜?yīng)，近地空間將徹底不可用；30年后軌位將飽和，無(wú)新的軌位資源可用。現(xiàn)在，各航天大國(guó)和航天企業(yè)集團(tuán)不斷努力提升在空間碎片監(jiān)測(cè)預(yù)警、減緩移除等方面的能力和技術(shù)。我國(guó)在空間碎片領(lǐng)域的研究也取得了突破性進(jìn)展，2016年，我國(guó)自主研制的 “遨龍一號(hào)空間碎片主動(dòng)清理飛行器”，隨長(zhǎng)征七號(hào)成功發(fā)射，這是國(guó)際上首次針對(duì)空間碎片主動(dòng)清除的在軌技術(shù)驗(yàn)證。各國(guó)在軌道資源利用上競(jìng)爭(zhēng)激烈，在空間碎片技術(shù)研發(fā)上開(kāi)啟競(jìng)賽，這為空間碎片研究帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

綜上可以看出，空間碎片治理是典型的復(fù)雜系統(tǒng)工程，而且是典型的 “人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)工程。其不僅涉及人與航天器、航天器與宇宙空間的物質(zhì)交換，還涉及國(guó)與國(guó)之間的政治博弈、技術(shù)合作、產(chǎn)業(yè)溝通、文化交流。曾經(jīng)，我們一直在地球上思考和解決人類發(fā)展問(wèn)題。未來(lái)，我們將站在太空的高度思考人類的發(fā)展，許多原有模式都將被顛覆。根據(jù)美國(guó)國(guó)家太空委員會(huì)的大膽預(yù)測(cè)，人類將在未來(lái)開(kāi)發(fā)更加經(jīng)濟(jì)并且能夠從任何地方出發(fā)延伸到太空的 “宇宙公路”；將在環(huán)繞月球的軌道上建立 “月球太空港”，以及維持生命的環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)—— “月球賓館”；甚至建成 “宇宙巡回航母”，船內(nèi)建立人造生態(tài)系統(tǒng)、再生氧氣和水，以及糧食，保證自給自足航行幾年。人類已經(jīng)逐步脫離地球搖籃的束縛，從 “全球化”進(jìn)入 “世界化”時(shí)代。在此背景下，空間碎片的研究，需摒棄 “還原化”的思維，“堅(jiān)持系統(tǒng)觀念”，把人類社會(huì)、航天器、宇宙納入一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體考慮，用 “系統(tǒng)論”的方法和系統(tǒng)工程技術(shù)，構(gòu)建 “世界化”時(shí)代 “天地統(tǒng)籌、人機(jī)融合、遠(yuǎn)近兼顧”的空間治理體系。

3 構(gòu)建 “世界化”時(shí)代的空間治理體系

航天技術(shù)的突飛猛進(jìn)是人類探索宇宙、獲取資源、擴(kuò)展生存空間的必然發(fā)展路徑。人類在太空中尋找宜居之地、發(fā)掘理想資源、占有空間位置，政府已經(jīng)不是開(kāi)展外空活動(dòng)的唯一主體，在逐漸認(rèn)識(shí)到外層空間蘊(yùn)含的巨大商業(yè)價(jià)值后，大量私營(yíng)企業(yè)開(kāi)始涌入航天領(lǐng)域，從而導(dǎo)致空間碎片問(wèn)題更加嚴(yán)重，軍事化利用加劇，空間沖突潛藏等諸多問(wèn)題。在此背景下，系統(tǒng)性地完善外空活動(dòng)規(guī)則框架，加快推進(jìn)包括空間交通管理在內(nèi)的空間治理體系的建設(shè)，為和平利用外層空間提供法律和規(guī)則。

（1）系統(tǒng)謀劃，倡導(dǎo)人類和平利用太空。習(xí)近平總書(shū)記在會(huì)見(jiàn)探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)參研參試人員時(shí)強(qiáng)調(diào)，要弘揚(yáng)探月精神，發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，勇攀科技高峰，服務(wù)國(guó)家發(fā)展大局，一步一個(gè)腳印開(kāi)啟星際探測(cè)新征程，不斷推進(jìn)中國(guó)航天事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為人類和平利用太空作出新的更大貢獻(xiàn)。面對(duì)由空間碎片衍生出的空間環(huán)境治理問(wèn)題，要站在更高的起點(diǎn)上看待這個(gè)命題，空間環(huán)境治理是人類跨越大氣層進(jìn)入太空層面的問(wèn)題，在太空環(huán)境里如何區(qū)分準(zhǔn)則，如何進(jìn)行責(zé)任劃分，甚至空間污染物是否在太空中對(duì)地球也存在擾動(dòng)和干擾?；诖?，一個(gè)系統(tǒng)的 “世界化”的空間治理體系在橫向上要涵蓋外交、政治、經(jīng)濟(jì)、科技等各個(gè)領(lǐng)域，在縱向上則要包括頂層國(guó)際規(guī)則制定，雙邊及多變協(xié)定等多種形式，矩陣式、系統(tǒng)性體系框架，真正構(gòu)建有利于推動(dòng)全人類共同發(fā)展的空間治理體系。

（2）平等共享，促進(jìn)全球空間治理法治化。外層空間治理的基本原則要堅(jiān)持共治。當(dāng)前，空間資源是全世界各航天大國(guó)和其他國(guó)家以及非政府企業(yè)博弈的熱點(diǎn)，參與者應(yīng)該基于平等參與、各自發(fā)揮作用、為人類造福的原則和平利用外層空間，各主體平等參與國(guó)際空間治理體系的建設(shè)和規(guī)則的制定。國(guó)際空間法體系是隨著航天活動(dòng)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。1959年12月12日，聯(lián)合國(guó)大會(huì)決定特設(shè)委員會(huì)改為常設(shè)機(jī)構(gòu)，成為 “和平利用外層空間委員會(huì)”（外空委），自此外空委成為制定國(guó)際空間法的主要機(jī)構(gòu)，正式拉開(kāi)了建立國(guó)際空間法體系的序幕。但是，在外空活動(dòng)參與主體日益多元、活動(dòng)形式日益多樣的大趨勢(shì)下，這些法條已越來(lái)越難以適應(yīng)人類外空活動(dòng)開(kāi)展的基本需要。與時(shí)俱進(jìn)地更新外空法條款，也是人類進(jìn)行深空探測(cè)的必要條件。

（3）自主創(chuàng)新，提升我國(guó)空間治理話語(yǔ)權(quán)。外空治理是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)問(wèn)題，要推動(dòng)外空治理不斷地從不滿意狀態(tài)提升到滿意，必須充分考慮其發(fā)展之中的復(fù)雜性和持續(xù)動(dòng)態(tài)性，運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論方法進(jìn)行綜合提升。系統(tǒng)工程是錢學(xué)森先生為推動(dòng)治理體系和治理能力現(xiàn)代化找到的獨(dú)一無(wú)二的 “命根子工程”。作為負(fù)責(zé)任的航天大國(guó)，我國(guó)需要在空間治理體系的建設(shè)中貢獻(xiàn)更多中國(guó)智慧，在國(guó)際規(guī)則的制定中發(fā)出更多中國(guó)聲音，特別是在空間碎片以及空間碎片衍生的環(huán)境問(wèn)題，包括引申出的綜合生態(tài)問(wèn)題等領(lǐng)域。

可以說(shuō)，空間治理體系建設(shè)已經(jīng)不僅僅是一個(gè)學(xué)術(shù)課題，而是各國(guó)、各社會(huì)組織等多元主體間的對(duì)話、協(xié)商和共同行動(dòng)，建設(shè)有效的空間治理體系是全人類對(duì)外層空間善治的理想愿景。我們思考，一個(gè)大國(guó)變成一個(gè)強(qiáng)國(guó)的標(biāo)志，是要對(duì)標(biāo)所擔(dān)負(fù)的世界責(zé)任，一個(gè)偉大的民族一定是勇于并且能夠擔(dān)負(fù)世界責(zé)任的民族。2020年，我國(guó)嫦娥五號(hào)在攜帶月球樣本返回之前，上升器完成使命后，受控離軌落月，主動(dòng)避免成為太空垃圾，這就是我國(guó)對(duì)空間碎片治理和空間環(huán)境保護(hù)高度重視的現(xiàn)實(shí)體現(xiàn)。中國(guó)方案是我國(guó)對(duì)未來(lái)外層空間發(fā)展的科學(xué)研判，也是我國(guó)始終倡導(dǎo)的 “人類命運(yùn)共同體”的鮮明寫(xiě)照，更是中國(guó)在向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的過(guò)程中，承擔(dān)人類責(zé)任和歷史使命的客觀見(jiàn)證。