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,将空间碎片的危害直观地呈现在观众眼前。
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。
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。近年来不幸被空间碎片“砸中”的国家有加拿大、美国、澳大利亚、波兰、印度等。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?
空间碎片激增 多重危害渐显
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”,导致约240架次航班受到干扰,迫使28架飞机紧急改道。
“对在轨空间资产及人员来说,空间碎片堪称‘太空杀手’,带来的危害更加直接。一旦发生碰撞,会对卫星造成破坏,甚至对航天员生命产生威胁。”西北工业大学教授、原国家高技术研究发展计划(863计划)航天航空领域专家组组长袁建平表示。
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。
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厘米之间的空间碎片约有1.4亿个。
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。
“空间碎片数量的增长速度超出我们预期。”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。
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。
“SpaceX最近提出的‘百万星’星座是一个‘疯狂’的计划。”美国天体动力学家、德克萨斯大学奥斯汀分校教授贾赫表示,虽然外层空间可以容纳百万颗卫星,但在当前的技术和治理水平下,“百万星”星座部署对轨道环境来说是无法承受之重。
碰撞风险加剧 治理规则滞后
空间碎片不断增长,航天发射活动日益频繁是原因之一。随之而来的,是轨道碰撞风险的逐渐增加。
数据显示,2025年,全球太空发射活动再创新高,各国共进行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。”素有“太空侦探”之称的美国天体物理学家麦克道威尔认为,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,以低轨为例,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寿命到期。这些卫星退役后,还需要数年才能在大气层中完全焚烧。这段时间,大量卫星的无控漂浮,会让低轨环境面临的碰撞风险越来越大。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%。
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,亟需建立一个“空间交通协调中心”。
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。“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。
“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,太空将出现“在轨回收站”,对退役卫星进行回收再利用。
太空是谁的?
它不属于任何人,同时也属于所有人
当前,人类生活已与太空密不可分,从日常出行的定位导航,到覆盖全球的万物互联,都离不开空间轨道中的卫星。
尽管人类向太空中发射的卫星越来越多,但在轨道环境中,既没有“红绿灯”,也没有“交警”,甚至连“交规”都没有,更没有“清洁工”去清理太空垃圾。各种关键设施和岗位的缺失,让这一本该有序开发的全球“公地”,正沦为野蛮生长之地,暴露出越来越多的问题。其中,就包括空间碎片问题。
巨型星座部署计划频频刷屏,与之形成鲜明反差的是空间碎片问题——这个伴随人类探索太空产生的隐患,却鲜有人讨论。但这并不意味着这一议题不重要,因为它关系着太空的可持续发展。
如果每个主体都想最大化利用空间轨道获益,却无人愿意主动承担清理空间碎片的公共成本,那么空间轨道环境的恶化将不可避免。
然而,在如何看待和应对空间碎片问题上,专家们的立场和观点并不一致:有人认为这一问题相当严重,有人认为这一问题言过其实;有人赞成推动让国际机构承担更多职责,有人主张交给市场来解决……尽管看待空间碎片问题的立场和观点有分歧,但也有不少共识,尤其是在加强各方协调和合作方面,意见高度一致。
他们普遍认为,没有任何一个人、任何一家企业、任何一个国家能独自解决空间碎片问题。唯有全世界的科学家、企业家、政策制定者等利益攸关方携起手来,才能寻得破局之道。
毕竟,太空是我们共同的家园。无论是航天大国,还是航天新兴国家,不管是坐拥百万颗卫星的商业公司巨头,还是刚刚涉足航天领域的初创企业,面对的都是同一个太空环境。我们有一千条理由把太空环境搞好,没有一条理由把太空环境搞坏。 据科技日报
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