空間碎片天基主動清除技術相關法律、政治及經濟問題分析

朱魯青 關丹 （北京空間科技信息研究所）

空間碎片天基主動清除技術相關法律、政治及經濟問題分析

朱魯青 關丹 （北京空間科技信息研究所）

近年來，人們越來越認識到空間碎片問題的嚴重性，特別是在低地球軌道，不能對其置之不理或者僅采取簡單的減緩手段。對空間環境演化預測的研究表明，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近地軌道環境的長期使用。如果希望可持續地開展空間活動，就需要考慮空間碎片天基主動清除技術（ADR）。該技術目前尚未實施。其中不僅有技術可行性的原因，還涉及法律、政治及經濟等問題。另外，在當前有限的資金形勢下，空間碎片天基主動清除技術的成本問題也無法忽視。

1 面臨的非技術層面的挑戰

法律和政治方面的挑戰

從20世紀70年代開始，科學家們提出自由探索外層空間。然而，目前空間碎片已嚴重威脅到了空間的可持續利用，空間碎片成為運行航天器面臨的主要危害。碎片的連鎖碰撞效應使得對運行航天器的碰撞預警和碰撞規避機動次數增加。同時，空間碎片也會導致地球上生命和財產受到威脅。但目前還沒有國際上一致公認的關于“空間碎片”的定義。

目前采取的碎片監測和減緩技術都是解決空間碎片問題的被動措施，被動措施應該與主動碎片清除措施相結合。但是由于碎片定義的模糊、責任歸屬的復雜性和許可證條例等問題，使得公共機構和商業企業在空間碎片清除方面的活動面臨著高風險。

當前，國際空間法條款無法有效處理空間碎片的產生和減緩問題，1967年生效的《外空條約》第9條的“空間環境保護條款”甚至沒有提到空間碎片。由于沒有明確的“空間碎片”定義，使得無法確定哪些空間物體可以被清除。即便可以區分空間碎片，但適用于空間物體的國際條例使得碎片清除問題復雜化。1972年生效的《責任公約》第3條規定：任一發射國的空間物體在地球表面以外的其他地方，對另一發射國的空間物體，或其所載人員或財產造成損害時，只有損害是因前者的過失或其負責人員的過失而造成的條件下，該國才對損害負有責任。

通過對《責任公約》的深入分析，目前還沒有任何國家層面的法律條款來阻止空間碎片的產生和強制要求采取空間碎片減緩措施。而且，一旦出現空間碎片造成的損害，各國通常會通過協商和經濟補償來避免履行全部責任，從而減輕了相應的責任。《外空條約》第7條規定：發射或促使發射空間物體的國家，或從其領土或設施發射空間物體的國家，要承擔國際責任，對發射物體在地球、天空或外空，包括月球和其他天體使另一國受到損害，應負賠償責任。《責任公約》第3條和《外空條約》第7條所構建的責任框架不便于促進碎片的清除，因為需要確定每塊碎片的發射國，碎片清除方必須與發射國進行協商，發射國是唯一對碎片具有所有權和控制權的一方。另外，有一種可能就是發射國放棄空間物體，在確定這個事實之后，該空間物體的清除可以不得到發射國的許可，但發射國還保留對該空間物體造成的損害的賠償責任。

考慮到目前空間碎片的數量眾多，上述方法已不大可行，尤其是在商業領域，商業航天在航天活動中越來越重要。另外，一些空間物體具有重要或秘密用途，或是《國際武器貿易條例》（ITAR）清單中的物品。《國際武器貿易條例》特別規定，不經過美國國會批準，航天器和相關部件不能向外國公司或外國轉移。該條例同樣適用于美國的空間物體和使用美國技術的空間物體。實際上大部分空間物體都屬于《國際武器貿易條例》受控項目，只有極少的項目不受《國際武器貿易條例》限制。但這不是空間碎片天基主動清除技術無法開展的唯一原因。如果空間碎片天基主動清除活動引起第三方的損害，那么攜帶使用空間碎片天基主動清除技術航天器的發射國將承擔損害賠償責任。承擔賠償責任也是發放給私人公司空間碎片天基主動清除技術許可證的條件之一。由于空間環境擁擠以及缺乏空間態勢感知和空間交通管理的能力，空間碎片天基主動清除技術是有風險的，因此，此類許可證的發放受到很大阻力。目前的國際空間法公約和文件無法建立一個適用于空間碎片天基主動清除技術的法律制度，即便是新簽署的《空間碎片減緩指南》也沒有明確要求各國對所產生的空間碎片承擔責任。

基于上述考慮，為了促進空間碎片的主動清除，國際社會需要采取以下措施：

1）明確對空間碎片的定義，從而使空間活動的執行者可以繼續推進空間碎片天基主動清除技術相關實踐和技術的開發；

2）明確一個具有前瞻性的法律制度，明確責任分擔的公私合作方式；

3）提升開展空間碎片天基主動清除的技術能力；

4）開發更精確的監測能力，以便對空間碎片進行分類和信息共享，建立透明和信任措施，成立機構來跟蹤和保存軌道碎片數據；

5）開發更高效的空間交通管理系統，降低空間碎片天基主動清除技術運行風險。

經濟挑戰

對空間碎片天基主動清除技術方案進行分析和權衡應考慮商業和經濟因素。首先是技術的成本結構；其次是該項活動所提供的價值。后一個問題應注重政策方法，目前有幾個不同的方案可完成此項工作。比如：空間發射運行的國際稅費或許可制度。稅費管理機構通過購買商業供應商的技術服務來進行碎片清除。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付費來清除該碎片。另外一種方案可能包括那些位于危險區域的資產，可以通過向商業空間碎片天基主動清除技術的服務機構支付“時費用”或直接針對某一特定的威脅付費來保護其空間資產。

在確定誰付費之后，需要確定付費金額。在特定的付費體系下，為進行價值評估，了解利益相關方對該活動價值的認定是非常重要的。根據碎片清除活動的成本，以及潛在目標之間的綜合考慮和候選方案，可以確定技術成本和價值。如果空間碎片天基主動清除技術活動成本小于估算的價值，或小于候選方案（如碰撞規避機動）的成本，那么該清除活動就值得開展，相關利益方將利用相應支付機制來購買該服務。

碎片清除的價值也可以通過確定碎片對附近空間資產造成的風險來衡量。在這種情況下，價值的估算取決于多個因素，包括誰是利益相關方、時間范圍及處理風險的方式。由于碎片及其潛在的增長（災難性的風險和簡單的任務受到限制的風險），價值確定必須考慮碰撞風險。另外，還必須考慮面臨風險的空間資產的時間折損（包括現在和未來的空間資產），和在不同時間點降低風險的成本（空間物體處于完整狀態下清除碎片的成本，或在碰撞或解體事件之后碎片更為分散時進行碎片清除）。這種風險不僅適用于直接面臨碰撞風險的空間資產，同時也適用于概率小、時間折損大，但仍有可能面臨未來碰撞及后續效應影響的空間資產。

空間碎片天基主動清除技術面臨的另一個重要障礙是開發實用的技術和制定連貫的技術發展路線圖。為使碎片清除服務的利益相關方信服，必須考慮建造一個驗證樣機。無論是私有企業資助的還是政府國防部門或空間機構支持的驗證機任務，都需要解決一些技術問題，建立一個基線任務成本并解決運行方面的問題。一旦驗證機通過方案驗證，不僅未來應用更加實際，提供了技術開發的成本參考，同時還可以建立適用的管理框架，使商業化運行成為可能。

假設已經解決了法律或政策方面的問題，而且不會對商業化空間碎片天基主動清除技術進行限制，那么，技術方案的主要商業目標是：

1）明確利益相關方的價值定位；

2）考慮一定時間范圍的損耗，對多個空間資產建立風險模型；

3）辨識候選方案，并對這些方案進行權衡分析。

2 技術系統評估

打分法

打分法是對系統性能中重要指標進行跟蹤。利用打分法針對特定指標對空間碎片天基主動清除技術項目進行評估。該方法最終就是選取衡量指標和權重。所選指標體現了空間碎片天基主動清除技術的價值。該方法應特別考慮法律和政策方面的指標及經濟和技術方面的指標，對不同空間碎片天基主動清除技術項目進行分析。

技術項目打分法

根據打分法，在法律框架（LF）、政策框架（PF）、技術框架（TF）、經濟框架（EF）4個框架下對空間碎片天基主動清除技術項目進行打分評估。該指標和框架構成的體系代表了技術任務考慮的所有因素。該體系同時也給出了一個“完美”線路，從中可以看出所有指標需要達到的最佳得分。

政策和法律框架

由于政策框架和法律框架聯系緊密，所以一并考慮。選擇的5個指標分別是：國家、戰略、合作類型、法律框架和武器化的可能性。

（1）國家

空間碎片天基主動清除技術項目所屬國家非常重要，因為涉及到太空，需要考慮許多問題。通常，項目所屬國家不僅影響到項目所使用的技術和可用的經濟資源，同時也顯示了在現有國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，如果項目是由美國或俄羅斯單獨發起的，由于上述原因，項目的得分較低。該分數還與低地球軌道碎片所屬國有關。由于俄羅斯和美國碎片數量比其他國家的總和還要多好幾倍，因此，由美國或俄羅斯參與的國際項目通常可以獲得較高的分值。

（2）戰略

如果該項目是由航天局或類似機構支持，在詳細戰略規劃下開展的關于碎片處理的項目，那么該項目就具有較高的價值。詳細的戰略規劃將保證和承諾應對法律、技術和風險方面的挑戰。

（3）合作類型

合作指標將側重空間碎片清除項目國際合作的重要性。因此，對國際項目而言，多國合作的項目分值較高，而雙邊合作項目基本得不到分數。參加國數量多不僅能夠降低總體的開發和運行成本，同時也影響到可被清除的空間物體。

（4）法律框架

應研究在現有國際空間法框架下開展空間碎片天基主動清除技術的可能性。由于“空間碎片”定義不明確，以及責任和許可條例的復雜性，使得公共和私有領域開展碎片清除要面臨較高的風險，因此主動碎片清除目前并沒有得到推進。空間碎片定義、責任和許可等問題的解決將為項目執行提供條件。

（5）武器化的可能性

空間碎片天基主動清除技術具有雙重應用性，如果用于軍事目的將違反《外空條約》和國際空間法條款。

技術框架

技術成熟度（TRL）是用來評估所發展技術（設備、材料、部件、軟件、工作流程等）的技術成熟程度。設備和航天器分系統的技術成熟度分為1～9個等級。TRL1～4級為革命性的或創新技術，用于任務評估之前或評估期間；TRL5～9級為可獲得的技術，用于任務確定階段。當TRL等級太低時，必須考慮項目可能延期或成本超支。

經濟框架

雖然前面已經討論了經濟和商業挑戰需要考慮的一些問題，但在本研究的第一階段，我們將重點考慮3個主要的指標。下一研究階段，將對經濟框架下各個不同的方面進行詳細和全面的分析。

運行方案

根據上述討論，如果僅僅是私有或公共倡議，將不能完全應對這些問題。因此，公私合作的方式是空間碎片天基主動清除技術項目較好的解決方案。

單項任務的成本估算

單項任務成本估算（ECM）是衡量任務總成本（不包括研發階段成本）的一個指標。單項任務成本包括制造、發射和運行成本。雖然這一項很難獲得最高分，空間碎片天基主動清除技術項目可能會開展很多年，以減緩軌道碎片數量增長的趨勢。因此，必須降低單項任務成本估算。單項任務成本估算中包含的某些成本，如制造成本會隨著任務的開展逐漸降低，但對于傳統任務（空間碎片天基主動清除技術任務作為專用有效載荷）來說，發射成本將一直占據總成本的大頭。因此，每項空間碎片天基主動清除技術任務都應探索降低發射成本的方法，尋找創新的方式來開展空間碎片天基主動清除技術任務，如搭載發射等。

每千克碎片離軌成本估算（ECD）是衡量任務能力的成本指標。事實上，空間碎片天基主動清除技術項目有時被認為效率低、成本高。碎片離軌成本估算將確定所分析任務的成本效益。

3 案例研究

清潔空間－1項目介紹

選擇瑞士空間中心的清潔空間－1 （CleanSpace－1）項目作為案例進行研究。該項目旨在論證未來用小衛星開展空間碎片清除，計劃最早于2018年發射一顆空間碎片天基主動清除技術衛星。首顆清潔空間－1衛星樣機將使瑞士的2顆廢棄衛星離軌。一旦發射，清潔空間－1衛星將用于清除630～750km軌道高度的目標衛星。為完成碎片清除任務，清潔空間－1將利用小型電發動機進行軌道調整，該發動機目前還處于研制階段。碎片的抓捕機構正在研制中，它可使以28000km/h速度運動的物體穩定。一旦清潔空間－1衛星捕獲目標，2顆衛星將離開原有軌道，再入地球大氣層燒毀。

瑞士清潔空間－1衛星示意圖

清潔空間－1任務評估

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邦理工學院，具有教育培訓的職能，其成員單位包括工業界和學術界。該機構由瑞士教育部支持，但并不完全屬于政府所有，因此并不在國家的決策范圍內。其成員也不僅僅局限于瑞士工業界或大學，但參與該項目的成員以瑞士公司為主。該中心的19個成員單位和幾所大學決定由該中心啟動納衛星技術開發，用來清除空間碎片。清潔空間－1項目于2012年2月15日向公眾公布，用于驗證衛星對接、捕獲技術及運行方案。但2013年6月，瑞士空間中心提供的報告并沒有明確該項目將要清除的目標碎片，以及清潔空間－1的外形尺寸，也沒有解釋該項目如何克服敏感技術帶來的安全問題。

由于瑞士采取中立的外交政策，因此，瑞士雖然不是一個航天大國，但卻是一個適合啟動涉及安全和復雜法律問題、倡議空間碎片天基主動清除技術的國家。但該項目的得分結果卻不理想（36分中得到7分），其主要原因是缺少與航天大國的合作，另外該項目的目標僅局限于納衛星。

該打分方案目前只是一個初步的方法，后續還將進一步增加指標，加以完善。

王曉宇/本文編輯

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