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空间碎片激增,治理怎么破局

来源:科技日报2026-02-26 10:08

  科技日报记者 李林旭

  策划 冯卫东 房琳琳

  电影《地心引力》开头有这样一幕:国际空间站突遭一场“碎片雨”袭击。密集的“碎片雨”不仅把国际空间站撞得七零八落,还造成多名宇航员命丧太空,将空间碎片的危害近距离地呈现在观众眼前。

  这样的“太空惊魂”并非毫无科学依据。前不久,神舟二十号飞船因疑似遭空间微小碎片撞击而推迟返回。出于安全考虑,三名航天员最终“改签”神舟二十一号飞船返回地球,再次将空间碎片的危害拉回大众视野。

  空间碎片,又称太空垃圾,泛指所有在轨运行或再入大气层的无法继续工作的人造物体。当前,到底有多少空间碎片?碰撞风险有多大?治理存在哪些痛点?如何应对这些挑战?科技日报记者进行了深入采访。

  多重危害渐显

  两年前的一天,加拿大天文学家萨曼莎·劳勒收到一封问询电子邮件,内容是在离她不远处的一块农田里发现了疑似空间碎片。这让她直呼“意外”,于是向素有“太空侦探”之称的美国天体物理学家乔纳森·麦克道威尔确认。

  “轨迹对得上!时间对得上!地点对得上!外形对得上!”麦克道威尔告诉科技日报记者,他很快就给劳勒回了电子邮件,告诉她,没错,这就是源自美国太空技术探索公司(SpaceX)龙飞船的空间碎片。

  后续进展也印证了麦克道威尔的判断。一番操作后,SpaceX的两名工作人员悄悄用一辆卡车把碎片拉走了。

  除加拿大外,近年来不幸被空间碎片“砸中”的国家还包括美国、澳大利亚、波兰、印度等。

  除对居民人身和财产安全产生影响外,空间碎片对民航业的影响也日益显现。

  去年1月16日,美国捷蓝航空一架飞机飞往波多黎各途中,突然被空管告知前方有危险空域,因为遇到了SpaceX星舰爆炸后产生的“碎片雨”。好在此次“碎片惊魂”最后有惊无险,但这种“侥幸”正面临着越来越严峻的概率挑战。

  仅去年一年,SpaceX的5次星舰发射就有3次意外发生“爆炸”,其中2次在繁忙空域产生大量碎片。去年3月的一次爆炸产生的“碎片雨”,致约240架次航班受到干扰,迫使28架飞机紧急改道。

  当然,受影响最大的还是在轨航天器及宇航员。

  “对在轨空间资产及人员来说,空间碎片堪称‘太空杀手’,带来的危害要更加直接。一旦发生碰撞,将会对卫星造成破坏,甚至对航天员生命造成威胁。”西北工业大学教授袁建平向记者表示。

  在低地轨道,空间碎片撞击航天器的平均相对速度约为10公里/秒,一颗黄豆大小的碎片,其撞击动能相当于一颗手榴弹爆炸。

  2024年6月,一颗俄罗斯卫星在轨道上突然解体,产生100多块碎片。由于碎片距离国际空间站较近,宇航员不得不紧急进入载人飞船避险待命约一小时。

  数量不断增加

  欧洲空间局(ESA)的最新数据显示,尺寸大于10厘米的空间物体约有5.4万个,其中包括约9300个有效载荷;尺寸在1厘米至10厘米之间的空间碎片约有120万个;尺寸在1毫米至1厘米的空间碎片约有1.4亿个。

  “自我涉足这一领域以来,空间碎片数量一直在不断增长。当前,可被追踪到的空间碎片数量约有4.5万个。”ESA空间安全计划办公室主任霍尔格·克拉格告诉记者,空间碎片问题正变得越来越严重,他隔壁的同事时不时都要对ESA在轨航天器执行避碰操作,且操作越来越频繁。

  “随着卫星的激增,有害干扰案例也会激增,这可能影响航天飞行任务并导致操作故障,从而产生新的碎片。”国际电信联盟在发给记者的书面回复中指出。

  能被追踪到的空间碎片只是“冰山一角”,更多的是那些尚无法被追踪和识别来源的微小碎片,其危害同样不容小觑。

  “看得见的还能躲躲,看不见的才是防不胜防。”星图测控高级副总裁罗丹告诉记者,真正致命的“刺客”往往是那些微小碎片。

  更令人揪心的是,当轨道碎片密度达到一定程度后,将触发多米诺骨牌般的级联碰撞,进而催生出自我维持的碎片带。

  “空间碎片数量正以超出我们预期的速度增长。”泰国地理信息与空间技术发展局空间技术研究中心主任西提蓬·昌努辛向记者表示,虽然很难预测具体什么时候会形成严重的碎片带,但若不加以应对,这一天一定会到来。

  碰撞风险加剧

  空间碎片的不断增长,部分要归因于日益频繁的航天发射活动,随之而来的是轨道碰撞风险的逐渐集聚。

  数据显示,2025年,全球太空发射活动再创新高,共进行329次轨道发射尝试活动,部署了4522颗卫星。

  “10年前,我们只有1000多颗在轨活跃卫星。现在,我们有1万多颗。10年后,我们可能有100多万颗。”麦克道威尔认为,当前全球航天活动正进入商业化高速扩张、巨型星座主导的全新时代。

  “尽管太空无垠,但适合卫星运行、具有高实用价值的特定轨道资源极其有限,且正变得日益拥挤。”袁建平介绍,低轨商业卫星寿命通常仅有5年,这意味着在低轨巨型星座风行的当下,每年都有成千甚至上万颗卫星面临退役,对轨道环境的更替速度提出了越来越高的挑战。而且,低轨是中高轨卫星发射的必经之路,碰撞风险不容忽视。

  巨型星座的狂飙突进,将近地轨道本已处于高位的避碰压力,加速推向极限边缘。

  数据显示,2025年,“星链”卫星执行了约30万次避碰机动,比上一年增加约50%。

  “无论是整体避碰次数,还是增速,这都是一个很高的数字。”罗丹提醒,现在大家都在机动,如果你不告知我,我也不告知你,就容易出问题。

  去年12月,中美两颗卫星就曾发生近距离交会事件。当时,在560公里轨道高度上,一颗“星链”卫星与一颗中国卫星最近距离仅约200米。

  “这很令人担心。想象一下,如果在当前在轨卫星数量基础上再增加100倍,这些巨型星座如何保持安全运行将是一个巨大挑战。”麦克道威尔说,尽管SpaceX声称技术上没问题,但目前空间状况尚未被完全掌握,一旦卫星相撞,情况将会变得非常糟糕。

  “SpaceX最近提出的‘百万星’星座是一个‘疯狂’的计划。”美国航天动力学家莫里巴·贾赫向记者表示,虽然从天体物理学来说,太空可以容纳百万颗卫星,但从安全运行角度看,在当前的技术和治理水平下,这是不可持续的。

  治理规则滞后

  “个别国家的商业卫星星座肆意扩张,缺乏有效监管,带来显著安全挑战。”中国代表在去年12月29日举行的安理会阿里亚模式会议上指出,“前不久,一颗‘星链’卫星发生解体,产生100多枚碎片。这对一些不具备控轨能力、缺少空间态势感知能力和反应时间的发展中国家航天器而言,无疑是巨大风险。”

  这颗“星链”卫星于2025年12月17日在约418公里的轨道高度发生异常。SpaceX随后发布声明称,这颗卫星发生异常时所处的轨道低于国际空间站所在的轨道,不会对国际空间站及其宇航员构成风险。

  然而,对于中国空间站的潜在风险,SpaceX的这份声明却只字未提,美国官方后续也没有发布相关评估和声明。

  对此,有国际观察人士直言不讳地提出批评,认为在日益拥挤的轨道环境下,全面透明对于确立国际行为准则至关重要。

  这一案例也凸显出空间碎片国际治理的短板。“你可能想象不到,当前空间活动的法律基石还是冷战时期达成的《外空条约》,距今已有近60年历史。”麦克道威尔坦言,当时全球真正具备独立航天能力的国家仅有美国和苏联。

  “《外空条约》只有寥寥数页,根本没提空间碎片和空间交通管理问题。”克拉格表示,当前的国际空间治理法规已明显滞后于轨道空间发展现实,既没有规定一个轨道能容纳多少卫星,也没有确定空间轨道行为准则。

  “即使一个空间物体在轨道上已经成为‘僵尸’很多年,其主权仍属于发射国。”欧洲清洁空间公司(ClearSpace)首席执行官吕克·皮盖向记者表示,“没有明确授权,外空物体是不能触碰的,即便在技术上,我们明天可以把它清理掉。”

  目前,尚无专门针对空间碎片的硬性国际法律出台,只有一些软性的国际准则和指南出台。

  “问题是这些指南和准则并无强制约束力,但有总比没有要好。”昌努辛表示,先从容易达成共识的技术指南着手,再逐步推动国内以及国际法规的达成,不失为一种可行路径。

  共寻应对之道

  国际电信联盟指出,空间碎片治理面临的主要挑战,包括迅速加剧的轨道拥塞、缺乏具有约束力的全球碎片管理规则、天文和无线电业务面临的风险上升、复杂的地球静止轨道/非地球静止轨道协调等。

  “机制上,空间碎片治理的一大挑战就是缺乏协调,信息碎片化,数据缺乏共享,相互缺乏信任。”麦克道威尔表示,这种局面必须改变,亟须建立一个“空间交通协调中心”。

  技术上,清理空间碎片同样面临不小挑战。“想象一下,你要在轨道上抓取一台洗衣机。它正以每分钟数转的速度翻滚,而你抓它时既不能用力过猛,又不能产生新的碎片,这就是技术难点所在。”皮盖特建议,“我们应该在设计卫星时就考虑如何才能让它体面地退役,如何避免产生新的碎片,并应着手清理轨道中已有的那些大块头、高风险物体。”

  有意思的是,“当前空间碎片清理的许多创意都与捕鱼策略有异曲同工之妙。”贾赫说,有的选择网捕,有的选择叉取,有的选择钩挂。

  商业上,目前,空间碎片清理技术基本上还处于实验验证和技术示范阶段,尚未形成大规模、低成本的商业化应用。

  “现阶段,空间碎片清理成本太高,再加上缺乏监管强制约束,鲜有公司主动买单。”开运集团董事长亢瑞卿坦言,当务之急是补齐相关基础设施短板,加强空间碎片监测、空间态势感知和空间交通管理等领域的能力建设。

  “谁产生的碎片,谁负责清理!大量新兴商业公司的出现将推动‘即时清理’的实现,为此我们要做好技术准备。”袁建平预测,未来,空间在轨服务将成为行业刚需。空间轨道上将出现“卫星4S店”,提供在轨维修、燃料加注及寿命延长等服务。

  截至目前,全球已有上百家商业公司进军在轨服务市场,包括开运集团、星图测控、三垣航天、ClearSpace等。

  “解决空间碎片问题,应摒弃当前的‘一次性卫星’模式,大力发展太空循环经济。”贾赫说,未来,太空将会出现“在轨回收站”,对退役卫星进行回收再利用。

  (受访单位供图)

[ 责编:李欣哲 ]
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