薛惠鋒

（中國航天科技集團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，人類進入太空的能力在增強，對外層空間的研究和利用在促進人類科技進步、社會發(fā)展的同時，也在外空留下越來越多的空間碎片。同時，低軌小衛(wèi)星星座爆發(fā)式增長，小行星頻繁掠過地球等問題的出現(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源

從1957年以來，人類共進行了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，仍在服役航天器2000多個。根據(jù)2020年歐空局給出的信息，自1957年至2020年底，人類進行了約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，所有在軌空間物體質(zhì)量總和超過9200t。［1］。尺寸大于10cm的目標數(shù)量約為34000個，這類碎片能被地基監(jiān)測設備監(jiān)測到，航天器一旦與此類碎片發(fā)生碰撞，將會徹底損壞，甚至完全解體，產(chǎn)生數(shù)以萬計的小尺寸碎片；1mm以下的碎片有百億個，這類碎片只能通過天基直接探測，或者分析回收物的表面獲取其信息，此類碎片可通過航天器表面加固防護材料進行防護；還有一類碎片稱為危險碎片，尺寸介于前兩者之間，目前尚無有效的觀測方法，其中尺寸在1～10cm的碎片數(shù)量約為90萬個，尺寸在1～10mm的碎片數(shù)量約為1億個，對航天器的損壞能力比小碎片大，防護困難，數(shù)量比大碎片多，航天器躲避困難，十分危險。

航天器在軌爆炸解體是空間碎片的主要來源，迄今共發(fā)生在軌爆炸、解體、撞擊事件500余次。近來，影響最大的一次是2019年3月27日印度代號 “沙克提行動”的反衛(wèi)星試驗，產(chǎn)生尺寸大于5mm的碎片6500個，其中270個可被跟蹤，有12塊碎片達到1000km高度，使得國際空間站 （ISS）撞擊風險提高了44%［2］。到2019年，國際空間站為躲避空間碎片撞擊進行了25次機動規(guī)避。國際上有公開報道的因碎片撞擊而失效或異常的衛(wèi)星超過16顆，我國航天器因空間碎片撞擊失效事件時有發(fā)生。近年來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］。嚴峻的空間碎片環(huán)境對航天器在軌運動，包括航天員生命安全帶來了嚴重威脅。不久前，歐空局已經(jīng)與ClearSpace領導的一個工業(yè)小組簽署價值8600萬歐元的合同，以清除一塊特定的空間碎片?？梢钥吹?，對于這一領域的研究不僅是對國家安全、空間安全和人類命運的責任，也是對國家科技創(chuàng)新帶來新的挑戰(zhàn)，不斷開拓空間經(jīng)濟業(yè)務新領域。

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

近年來，低軌小衛(wèi)星星座呈爆發(fā)式增長，各航天大國紛紛開始搶占太空資源，建設巨型小衛(wèi)星星座已經(jīng)成為當前航天發(fā)展的一個重要領域。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、國際社會以及我國航天發(fā)展都將面臨一系列的嚴峻挑戰(zhàn)。截至目前，國內(nèi)外已有很多巨型低軌小衛(wèi)星星座正在建設或公布方案，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 “風神”衛(wèi)星為避免與一顆Starlink衛(wèi)星發(fā)生碰撞，主動進行了變軌機動，為巨型低軌星座的安全運行敲響了警鐘［4］。

從短期看，大型小衛(wèi)星星座發(fā)射會使近地軌道目標大量增加，威脅現(xiàn)有空間目標的安全。從長期看，星座自身也會遭遇碎片撞擊，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)境的長期惡化趨勢。作為未來重要的空間信息基礎設施，小衛(wèi)星星座對于我國這樣一個開放程度日益加深的大國來講，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題，星座自身的光、電磁輻射和急劇增長的數(shù)量也會對天文學和宇宙學觀測帶來的不利影響，以及帶來的信息安全和產(chǎn)業(yè)安全等問題和挑戰(zhàn)。

1.3 小行星來襲，成為人類安全重要挑戰(zhàn)

2019年6月，中國科協(xié)將與空間碎片密切相關的近地小天體調(diào)查、防御與開發(fā)問題納入20個對科學發(fā)展具有導向作用、對技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新具有關鍵作用的前沿科學問題和工程技術(shù)難題中，這也顯示出外空環(huán)境問題研究已經(jīng)成為我國高度重視的新領域。

小行星對于地球來說，從來就不是遙遠的存在。6500萬年前，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日俄羅斯車里雅賓斯克發(fā)生小行星撞擊地球事件。在我國的內(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)生過火流星事件。從恐龍滅絕事件來看，小行星撞擊地球帶來的災難是毀滅性的，對地球和人類生命安全帶來極大威脅。美國、歐空局、俄羅斯、日本等國家或機構(gòu)已在小行星監(jiān)測、預警、防御和利用等方面擁有相當成熟的技術(shù)和法律法規(guī)，我國目前也在積極開展對小行星的監(jiān)測預警、安全防御等工作，并取得了一些進展。

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，可以說一榮俱榮、一損俱損。習近平總書記提出的 “人類命運共同體”是闡釋這一問題的價值哲學和外交戰(zhàn)略。

2.1 “多學科”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，涉及的學科、領域眾多，是一項復雜的系統(tǒng)工程。特別是空間碎片的探測預警與防護、空間環(huán)境的保護等方面，都呈現(xiàn)牽一發(fā)而動全身的特點。同時，空間碎片治理又與國家安全密切相關，關乎我國外空事務的主導權(quán)和話語權(quán)，關乎人類命運共同體的構(gòu)建和維護，這賦予空間碎片研究更加豐富的內(nèi)涵和外延。

2.2 “多領域”輻射帶動，為空間碎片研究提供了新機遇。

空間碎片研究是世界航天領域面臨的重大技術(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 “中國航天大會”發(fā)布的宇航領域科學問題和技術(shù)難題，將空間碎片清除作為重要內(nèi)容，其復雜性、引領性、帶動性，不亞于任何一項已知的太空探索活動。各國的空間科學家提出了多種方案和設想，比如飛網(wǎng)抓捕、電動繩系、機械臂抓捕、激光燒蝕、離軌帆等方案，這將帶動一系列的科學、技術(shù)、工程、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為空間碎片研究發(fā)展提供全新的機遇。

2.3 “多國家”競爭競賽，為空間碎片研究帶來了新挑戰(zhàn)。

根據(jù)模型預測顯示，如果從現(xiàn)在不對外空環(huán)境進行治理，70年后，低地球軌道區(qū)域有可能發(fā)生空間碎片鏈式撞擊效應，近地空間將徹底不可用；30年后軌位將飽和，無新的軌位資源可用?，F(xiàn)在，各航天大國和航天企業(yè)集團不斷努力提升在空間碎片監(jiān)測預警、減緩移除等方面的能力和技術(shù)。我國在空間碎片領域的研究也取得了突破性進展，2016年，我國自主研制的 “遨龍一號空間碎片主動清理飛行器”，隨長征七號成功發(fā)射，這是國際上首次針對空間碎片主動清除的在軌技術(shù)驗證。各國在軌道資源利用上競爭激烈，在空間碎片技術(shù)研發(fā)上開啟競賽，這為空間碎片研究帶來了新的挑戰(zhàn)。

綜上可以看出，空間碎片治理是典型的復雜系統(tǒng)工程，而且是典型的 “人—機—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，還涉及國與國之間的政治博弈、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)展問題。未來，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)美國國家太空委員會的大膽預測，人類將在未來開發(fā)更加經(jīng)濟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”進入 “世界化”時代。在此背景下，空間碎片的研究，需摒棄 “還原化”的思維，“堅持系統(tǒng)觀念”，把人類社會、航天器、宇宙納入一個系統(tǒng)進行整體考慮，用 “系統(tǒng)論”的方法和系統(tǒng)工程技術(shù)，構(gòu)建 “世界化”時代 “天地統(tǒng)籌、人機融合、遠近兼顧”的空間治理體系。

3 構(gòu)建 “世界化”時代的空間治理體系

航天技術(shù)的突飛猛進是人類探索宇宙、獲取資源、擴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)不是開展外空活動的唯一主體，在逐漸認識到外層空間蘊含的巨大商業(yè)價值后，大量私營企業(yè)開始涌入航天領域，從而導致空間碎片問題更加嚴重，軍事化利用加劇，空間沖突潛藏等諸多問題。在此背景下，系統(tǒng)性地完善外空活動規(guī)則框架，加快推進包括空間交通管理在內(nèi)的空間治理體系的建設，為和平利用外層空間提供法律和規(guī)則。

（1）系統(tǒng)謀劃，倡導人類和平利用太空。習近平總書記在會見探月工程嫦娥五號任務參研參試人員時強調(diào)，要弘揚探月精神，發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，勇攀科技高峰，服務國家發(fā)展大局，一步一個腳印開啟星際探測新征程，不斷推進中國航天事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為人類和平利用太空作出新的更大貢獻。面對由空間碎片衍生出的空間環(huán)境治理問題，要站在更高的起點上看待這個命題，空間環(huán)境治理是人類跨越大氣層進入太空層面的問題，在太空環(huán)境里如何區(qū)分準則，如何進行責任劃分，甚至空間污染物是否在太空中對地球也存在擾動和干擾?；诖?，一個系統(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、科技等各個領域，在縱向上則要包括頂層國際規(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)建有利于推動全人類共同發(fā)展的空間治理體系。

（2）平等共享，促進全球空間治理法治化。外層空間治理的基本原則要堅持共治。當前，空間資源是全世界各航天大國和其他國家以及非政府企業(yè)博弈的熱點，參與者應該基于平等參與、各自發(fā)揮作用、為人類造福的原則和平利用外層空間，各主體平等參與國際空間治理體系的建設和規(guī)則的制定。國際空間法體系是隨著航天活動而產(chǎn)生并發(fā)展起來的。1959年12月12日，聯(lián)合國大會決定特設委員會改為常設機構(gòu)，成為 “和平利用外層空間委員會”（外空委），自此外空委成為制定國際空間法的主要機構(gòu)，正式拉開了建立國際空間法體系的序幕。但是，在外空活動參與主體日益多元、活動形式日益多樣的大趨勢下，這些法條已越來越難以適應人類外空活動開展的基本需要。與時俱進地更新外空法條款，也是人類進行深空探測的必要條件。

（3）自主創(chuàng)新，提升我國空間治理話語權(quán)。外空治理是一個開放的復雜巨系統(tǒng)問題，要推動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)展之中的復雜性和持續(xù)動態(tài)性，運用系統(tǒng)工程的理論方法進行綜合提升。系統(tǒng)工程是錢學森先生為推動治理體系和治理能力現(xiàn)代化找到的獨一無二的 “命根子工程”。作為負責任的航天大國，我國需要在空間治理體系的建設中貢獻更多中國智慧，在國際規(guī)則的制定中發(fā)出更多中國聲音，特別是在空間碎片以及空間碎片衍生的環(huán)境問題，包括引申出的綜合生態(tài)問題等領域。

可以說，空間治理體系建設已經(jīng)不僅僅是一個學術(shù)課題，而是各國、各社會組織等多元主體間的對話、協(xié)商和共同行動，建設有效的空間治理體系是全人類對外層空間善治的理想愿景。我們思考，一個大國變成一個強國的標志，是要對標所擔負的世界責任，一個偉大的民族一定是勇于并且能夠擔負世界責任的民族。2020年，我國嫦娥五號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，主動避免成為太空垃圾，這就是我國對空間碎片治理和空間環(huán)境保護高度重視的現(xiàn)實體現(xiàn)。中國方案是我國對未來外層空間發(fā)展的科學研判，也是我國始終倡導的 “人類命運共同體”的鮮明寫照，更是中國在向航天強國邁進的過程中，承擔人類責任和歷史使命的客觀見證。