失控的太空碎片

問題癥結

“自進入太空時代以來，人類對航天器和衛星就存在一種‘用完即棄’的傾向，跟將用過的塑料制品丟進海里一樣。”阿斯特羅斯凱爾英國分公司董事總經理尼克·謝夫表示。這家公司致力于開發清除太空碎片的技術并實施相關任務，總部位于日本。

將衛星送入地球軌道曾經是一件驚天動地的事。不過，自1957年首顆人造衛星“斯普特尼克1號”升空以來，航天技術逐漸成熟，發射衛星的難度降低，成本也隨之下降，衛星發射數量因此飆升。截至2022年底，全球在軌衛星數量約6000顆，預計到2030年將增至6萬顆，其中就包括太空探索技術公司計劃發射的4.2萬顆“星鏈”衛星。

如今，在晴朗的夜晚，如果你抬頭望天，或許會看到一串明亮的光點劃過天空。這些光點其實是“星鏈”衛星。它們按照特定的排列方式分布，構成了一個巨型星座網絡，旨在向全球提供更快速的互聯網接入服務。

目前，針對太空活動的法律法規仍較為零散。現行的主要國際法是《外層空間條約》，該條約于1967年生效，距今已有50多年。

現在，地球軌道上堆滿了太空垃圾。歐洲航天局2022年9月發布的數據顯示，直徑超過10厘米的太空碎片約有3.7萬件，直徑為1～10厘米的碎片則超過100萬件。這些碎片極其危險且難以追蹤。美國衛訊公司全球事務與法規負責人約翰·詹卡說：“現有的監測系統很難觀測到這些碎片的具體位置和軌跡，因此衛星無法及時躲避。而且，目前的技術手段也無法為衛星提供有效的防護裝置。”

太空碎片不僅是單顆衛星或航天器的安全隱患，還可能對整個太空環境構成威脅。太空運營商很擔憂所謂的“凱斯勒效應”，這是美國科學家唐納德·凱斯勒于1978年提出的理論。他認為，隨著衛星數量的增加，衛星碰撞的概率也會隨之上升；一旦發生碰撞，就會產生碎片，而這些碎片又有可能與其他衛星發生碰撞，產生更多的碎片。當碎片數量達到某個臨界點，一次碰撞就有可能引發不可控的連鎖反應，導致整個近地軌道癱瘓。

美國衛訊公司在2022年發表的一篇綜述性文章中描述了這一情景：“如果太空碎片的數量達到臨界點，這些碎片將以不可控的速度增加。若不能及時干預，我們將無奈地見證太空時代的終結，人類被困于地球之上，被自己制造的垃圾包圍，無法再輕易進入外太空。”文章還指出，“不僅太空探索會驟然中止，就連導航系統、天氣預報和氣候監測系統乃至衛星寬帶都會遭到破壞”。

衛星不僅數量在增加，尺寸也在變大，這同樣是個問題。“我們發射了成千上萬顆衛星，越來越多的大型衛星也進入了近地軌道。”詹卡說，“這種趨勢可能會帶來意想不到的碰撞風險。”

那么，解決方案是什么？太空探索技術公司的對策是：主動控制、自動避讓、主動銷毀。具體來說，就是動態調整“星鏈”衛星的軌道位置；利用自動防撞系統讓衛星做出快速反應；當衛星失效或即將退役時，啟用“離軌”程序將其推離近地軌道。

雖然操控衛星有助于降低碰撞風險，但若只依賴這一種手段，依然無法徹底解決問題。“因為太空環境是動態的，存在誤差、擾動和不確定性，你無法確定碰撞是否真的會發生。”英國南安普頓大學航天學教授休·劉易斯說。只要衛星數量繼續增長，風險就必然存在。

協作處理

衛星用途不同，其所處的軌道高度也不同。比如，近地軌道衛星距離地表160～2000千米，適用于地球觀測、軍事偵察等任務；而高地球軌道衛星距離地表約3.6萬千米，更適合天氣監測。衛星使用特定的無線電頻段與地面站進行通信，而這些頻譜資源是有限的。為了確保通信信號的穩定，運營商在發射衛星前，必須向國際電信聯盟申請使用這些資源的權利。

“總體而言，‘星鏈’在規避碰撞方面的表現優于大多數衛星。”美國非營利組織安全世界基金會項目規劃主任伊恩·克里斯坦森說。他還提到，“星鏈”采用的規避標準優于行業標準，其自動防撞系統可獨立判斷風險并自主調整軌道。

“關鍵在于如何實現不同衛星之間的協作。”克里斯坦森補充道，“比如，亞馬遜公司正在推進‘柯伊伯計劃’，其他運營商也準備在近地軌道部署大量衛星。我們需要找到辦法，確保各衛星運營商能夠共享位置，彼此協調運行，避免發生碰撞。”他指出，在全球范圍內，缺乏一個統一的協調機制來管理各國和各企業的衛星網絡與太空活動。在這種情況下，讓不同的衛星運營商自發地合作和共享數據是一項巨大的挑戰。

“我們希望直接邁向最終目標，而不是花10～30年走彎路。”地球與太空可持續發展倡議顧問委員會成員邁克爾·程說。他正與其他非營利組織積極推動航天工業開發“互操作”系統，目的是讓不同的衛星運營商采用統一的硬件、軟件和通信協議，使不同衛星能夠兼容、共享位置并協同調整軌道。

邁克爾·程還擔任谷歌旗下通信公司阿利瑞亞的首席產品官。為增強通信系統的穩定性，阿利瑞亞開發了一款名為“時空”的網絡編排工具。該工具可實時監測移動天線的位置和方向，自動追蹤衛星的運行軌跡，并在多顆衛星之間尋找最佳通信路徑，確保數據傳輸的連續性，必要時還能切換到更優的連接線路。

如果太空系統能夠實現資源共享和設計標準化，太空活動的整體效率將提高，成本將降低，同時還能促進太空的可持續發展。通過這些措施，我們可以減少發射到太空的衛星數量，避免不必要的重復建設，緩解太空軌道的擁堵狀況，并減少太空垃圾的產生。

邁克爾·程還提到，未來的巨型星座衛星（如“星鏈”）在退役或報廢時，會在大氣層中燒毀，這個過程可能對地球的臭氧層構成新的威脅。2024年發表在《地球物理研究快報》上的一項研究稱，由于高溫燃燒，退役衛星表面的材料會轉化為納米級氧化鋁顆粒，這些顆粒進入大氣層后，可能會在平流層中滯留數十年。它們會破壞臭氧分子，削減臭氧層的厚度。

要實現太空探索的可持續發展，就必須在某些關鍵領域建立標準化的規則和操作流程，讓全球的太空活動更加統一和可控。阿斯特羅斯凱爾公司首席執行官岡田光信將當前的太空環境比作20世紀初的公路交通狀況：隨著汽車數量的激增，交通變得擁堵，事故增多。當時同樣缺乏系統的交通管理機制。

2024年9月，阿斯特羅斯凱爾公司獲得了英國航天局提供的數百萬美元合同資金，用于進一步開發“創新捕獲清理太空任務”項目。該公司計劃使用配備機械臂的航天器來清除軌道上的廢棄衛星和太空碎片。

面對太空環境的持續性威脅，有人或許會建議徹底停止發射衛星。但南安普頓大學劉易斯教授認為，太空服務已成為經濟體系的重要組成部分，終止發射衛星并不現實。他提出了一個關鍵問題：“如何在確保太空環境不受污染的前提下，繼續利用衛星和太空技術為人類服務？”

這一問題不僅關乎當下，更關乎未來。劉易斯說：“我們要為后代留下一份‘太空遺產’，讓未來的人類也能安全地使用太空資源。”