|
随着技术的进步，每年都有新的国家或组织进入太空领域，除了先进的技术之外，带来的更多是问题与挑战。2020年9月，CSIS发布重磅报告《太空关键治理问题》/《Key Governance Issues in Space》，探讨了当前太空飞行的多样性及相应的国际治理结构。
报告主要提出三个关键治理领域：（1）太空的可持续性与空间碎片问题（2）太空会合与近旁操作（3）太空保险。在此基础与框架之上，报告梳理了多个关键国际组织以及国家在这些问题上的政策制定与行动，旨在规范未来太空管理规范及秩序。
文章仅供参考，观点不代表本机构立场。 作者：Kaitlyn Johnson，战略与国际研究中心航空航天安全项目副研究员，副主任。 发布时间：2020年9月
编译：学术plus 谭惠文 来源：CSIS 1.太空关键概念定义，包括：空间态势感知，太空交通管理，空间碎片减缓，太空的可持续性。 2.太空空间可持续性与空间碎片问题：该问题随着每一次发射日益严重，各国政策发展情况不均衡，缺乏统一的国际标准与规范，太空面临遭到永久破坏的风险或是“凯斯勒综合症”（重大碎片事件引发的在轨碰撞的连锁反应），从而增加全球空间服务(如GPS、全球金融系统和每日天气预报)等的瘫痪风险。 3.太空会合与近旁操作（在轨道上有意进行机动，将一颗卫星置于类似的轨道上或靠近另一颗卫星）：将成未来重要太空操作，尤其随着在轨服务(OOS)和主动清除碎片(ADR)技术的发展，卫星会合和接近操作可能会变得更加普遍。但对这类操作的定义仍不清晰，缺乏技术活动和轨道上的通信活动制定标准或规范。 4.太空保险的国家政策与前景：卫星发射和在轨运行的保费昂贵，根据风险的不同，保费最高可达卫星总成本的三分之一。由于风险大利润低，太空保险市场十分惨淡。5.治理建议：（1）为关键空间术语制定国际定义；（2）为卫星行为制定国际规范，特别是卫星在太空会合与接近操作，（3）评估卫星保险的稳定性和可持续性。报告正文摘编如下 时间仓促，翻译难免有瑕 欢迎您批评指正！ 2018年，全球太空经济估值高达3600亿美元。然而预计随着成本下降，进入太空的门槛也越来越低。越来越多的国家瞄准太空领域不仅仅是为了国家安全，更是为了其中的商机，因此，太空治理的概念就逐渐登上台面。2019年9月2日，两颗正在低地球轨道(LEO)运行的卫星险些相撞。分别是：欧洲航天局(ESA)的地球观测卫星风神号(Aeolus)与SpaceX首批用于提供宽带互联网的高度增殖卫星星座的星链接44号(Starlink 44)。作为卫星交通管理服务的一部分，美国空军向两家卫星运营商提供了碰撞可能性和时间框架的评估。随着碰撞日期的临近，碰撞的几率从五万分之一增加到千分之一。这引起了欧空局的极大警觉，他们试图通过电子邮件联系SpaceX。但是很巧，由于SpaceX软件中的一个错误，没有收到欧空局的消息。当然最后，欧空局将风神号从原有轨道移开，成功避免了这次碰撞。当然，如果真的发生碰撞，不仅会对两颗卫星造成损害，还会在低地球轨道上产生大量碎片。由此可见，缺乏太空交通管理国际规范和程序很可能会在空间环境中造成灾难性事件。太空中的碰撞对太空的可持续性造成了难以置信的破坏，对公司也同样具有毁灭性。虽然欧空局给卫星上了保险，但SpaceX的Starlink卫星有没有上保险就不得而知了。2020年1月下旬也发生了类似的事件。两颗卫星碰撞的几率为1/100，但与风神-星光44不同，这两颗卫星没有运行，这意味着它们不能相互避让，国际社会只能观望。虽然很幸运，卫星没有坠毁，但这也是在警示我们，太空领域在轨碰撞的危险越来越大。对于空间态势感知、太空交通管理、空间碎片减缓及太空的可持续性的定义，目前还未达成国际共识。如2018年美国国防分析研究所就分析了有关空间态势感知的14个定义和太空交通管理的5个定义。空间态势感知的大多数定义侧重于跟踪和识别空间物体，如果没有良好的空间态势感知，在空间运行的未来将变得越来越困难。联合国工作组最近再次强调了界定空间态势感知的必要性。 欧空局认为：空间态势感知是对三个主要领域的集体理解:空间天气、近地物体以及空间监视和跟踪。 美国世界安全基金会认为：空间态势感知是准确描述空间环境和空间活动的能力。民用空间态势感知系统将轨道物体轨迹的位置信息(主要使用光学望远镜和雷达)与空间天气信息相结合。军事和国家安全空间态势感知应用还包括描述空间物体的特征、其能力和局限性以及潜在威胁……它需要一个全球分布的传感器网络，以及所有者-经营者-传感网络之间的数据共享。
太空交通管理 太空交通管理（STM：SpaceTrafficManagement）是空间可持续性的另一个组成部分，也是空间碎片减缓的基础。 空间碎片减缓 通过强有力的空间态势感知，以及有效的太空交通管理，才有可能减少空间碎片。空间碎片历来被定义为轨道上物体的意外或有意破裂，从而产生碎片，或是轨道上运载火箭或卫星有意释放的碎片，例如有效载荷整流罩或光学传感器上的镜头盖。 太空的可持续性 空间态势感知、太空交通管理和较少空间碎片都有助于实现太空可持续性的共同目标。 根据上述定义，下文主要梳理并分析评估了各国在以上几个方面的空间政策以及态度。 想要一个全面的空间碎片减缓战略来确保空间领域的可持续性，首先必须有强有力的空间态势感知，了解物体在空间的位置并预测其轨道是太空治理的基础。空间态势感知、空间碎片管理和碎片减缓，这三个要素将决定未来几十年空间领域的可持续性。 现有许多国际机构在制定相关准则，如：联合国，COPUOS，机构间空间碎片协调委员会(IADC)。这些国际机构正在努力建立明确的、国际公认的政策和技术框架，供各国采纳或用作本国空间可持续性政策的基础。1.1.1 联合国和平利用外层空间委员会（COPUOS）COPUOS于2007年首次提出了空间可持续性准则。2019年6月，所有92个会员国批准了其中21项准则。虽然不具有任何法律约束力，但可以作为国际社会共同关注太空政策的第一步。国家政策中最常引用的是国际标准化组织（ISO) 关于减少空间碎片的标准。该组织于1947年独立于其他国际组织成立，致力于推动各种政策领域的国际标准化。由164个国家标准机构组成，组织协调了食品安全、卫生保健、农业和商业技术方面的国际标准。在太空安全方面，标准化组织的标准提供若干技术手段或框架来评估一个物体在轨道上产生空间碎片或碎裂的可能性。其中《低地球轨道25年的通用报废处置标准》是迄今为止太空领域最成功的规范之一。2019年，国际标准化组织更新了其关于空间碎片减缓准则的主要文件。更新后要求更加严格，包括'对航天器或轨道级成功概率超过特定阈值的要求处置。“一些国家遵循国际标准化组织的准则，或者将国际标准化组织的标准直接写入其国家政策，或者将其作为制定独特政策的基础。由于大多数通信卫星都位于地球静止轨道，也就是俗称的“墓地轨道”。为此，国际电联发布了其《近地空间保护区可持续做法准则》，旨在为为地球同步轨道卫星的安全处置做法提供指导，包括界定地球同步轨道周围的保护区，以便在地球静止高度以上不低于200公里的轨道上处置卫星，从而最大限度地减少潜在干扰。国际电联的指导方针还涉及尽量减少射频干扰的策略。该组织由193个成员国组成，该包含约900家公司、大学以及国际及区域组织。IADC由13个太空机构自发集结，共同为“与地球轨道空间碎片问题有关的活动的全球技术/科学协调”提供技术建议。《IADC空间碎片减缓准则》于2002年制定，2007年更新，成为COPUOS长期可持续性准则的基础。《IADC准则》的重点是限制卫星寿命期内正常运行中产生的碎片，最大限度地减少在轨道上解体的可能性，报废处置计划，以及防止与其他航天器在轨道上碰撞。然而，与《COPUOS准则》一样，《IADC准则》不具约束力，但仍成为一些国家的政策参考。许多国家都希望成为空间领域的领导者和负责任的行为者，因此支持国际社会不断努力为空间运营商制定负责任的行为和规范。巴西、中国、法国、日本和南非等国家都在努力建立太空行为规范，希望通过更好的空间态势感知和太空交通管理来保护太空资产。以下列举10个不同国家的政策案例。澳大利亚没有具体的国家级太空政策，但优先考虑COPUOS空间碎片减缓准则，同时为海外发射制定了官方方针。澳大利亚最近将一个C波段空间监视雷达系统联机，该系统将跟踪空间碎片。这些来自南半球的数据，将有助于全球的空间态势感知和可持续性做法。虽然没有强大的太空存在，奥地利遏制空间碎片的官方政策却很详细。《奥地利外层空间条例》规定，发射方必须提交详细计划，包括减少在轨碎片的产生、防止在轨碰撞或碎裂以及在报废时清除空间物体，以及在飞行任务结束后25年内重返大气层。加拿大政府制定了减少空间碎片产生的监管框架。运营者必须提供轨道上产生的预期碎片的评估和报废处置计划。加拿大航天局(加空局)采用了IADC空间碎片减缓准则，并打算将其应用于所有加空局的活动。此外，在使用无线电频谱的航天器许可程序中，加拿大政府要求许可证持有者提交一份空间碎片减缓的计划。同时，如果卫星将在地球同步轨道上，则必须符合国际电联准则。
2018年，芬兰颁布了《太空活动法》，该法管辖在芬兰注册的领土或船只上的任何太空活动。批准太空活动的条件之一是，运营者“应限制正常运行期间空间碎片的产生”，该法还详细规定，空间活动应以可持续的方式进行，包括报废后25年内挪到一个不拥挤的轨道或脱离轨道进入地球大气层。法国关于减少空间碎片的政策主要见于2011年发布的《技术条例法令》，该法令侧重于发射和轨道许可证。《技术条例法令》规定，轨道系统的设计、生产和实施方式也必须避免在正常运行期间产生碎片。发射时在轨道上解体的概率必须小于千分之一。此外，一旦完成任务，必须能够安全地脱离轨道，并有控制地重返大气层。如果它不能脱离轨道，它必须被符合国际电联对地球同步轨道的规则。尽管印度是最重要的发射国之一，仅在2019年就进行了六次轨道发射，但没有相关国家政策文件。但印度建立了一个空间态势感知控制中心，致力于“保护高价值空间资产免受空间碎片近距离接近和碰撞的影响”。2016年，日本公布了《太空活动法》，为日本商业部门的各种空间活动的监管和许可提供指导。出于规范与安全的原因，日本非政府组织发射卫星需要政府批准，公司必须拥有符合《外层空间条约》的空间碎片减缓措施。然而，与一些国家法律不同，日本将其范围仅限于从日本领土发射。除轨道上的任何意外爆炸或故障外，卫星报废后必须：(1)脱轨和重返地球，确保着陆时的公共安全；(2)将卫星部署到“墓地轨道”；或者(3)将卫星部署到另一个天体的轨道上，或者允许卫星落入该天体。这些措施都符合限制空间碎片产生的现代规范。2017年，日本国家空间政策委员会成立了“空间碎片的工作队”。由日本国务大臣和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)主席组成，于2019年召开了两次会议。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）是世界上首批制定国家空间碎片减缓准则的空间机构之一。JAXA主要专注于民用航天任务，而日本国防部专注于军用航天任务。但在空间碎片处理领域，二者之间有大量的技术共享与合作。最近，JAXA与一家新兴的美国宇航防务集团公司Astroscale进行了首次碎片清除演习。日本政府目前正在实施新的空间碎片监测方案，并在日本自卫队、JAXA和美国之间达成了一项侧重于空间态势感知的数据共享协议。日本已同意在其准天顶卫星系统(一个国家定位、导航和定时(PNT)卫星星座)上搭载来自美国的空间态势感知有效载荷。该卫星系统方案由内阁办公室管理。作为一个新兴的空间国家，尼日利亚的空间机构相对较新，目前有9颗国家卫星，尼日利亚颁布了基本的国家法规，以减少空间碎片的产生。
乌克兰也有专门处理空间碎片减缓问题的法律。在《乌克兰空间活动法》中，政府制定了若干技术条例，以减少空间碎片的产生。虽然乌克兰不是COPUOS的成员，但出席了最近最后一次COPUOS工作会议，表示通过《COPUOS空间可持续性准则》。联合王国于1986年出台《外层空间法》。发射卫星需首先从国务卿处获得许可证，申请者须对发射和在地球上运行的潜在危险以及对其他在轨航天器构成的危险进行定量和定性分析。此外还须证明他们符合目前有关空间碎片减缓的最佳做法，包括若干国际机制，如《IADC空间碎片减缓准则》、《COPUOS准则》和其他减少空间碎片的国际标准。- 2014年，欧空局更新了最初于2008年发布的《空间碎片减缓政策》。更新侧重于最大限度地减少空间环境中运行的影响，降低轨道碰撞风险，并确保航天器安全再入。
- 一年后，欧空局发布了《欧空局空间碎片减缓合规核查准则》，提供了具体的核查方法和实施减缓措施。
欧空局在其网站上展示了未来的空间可持续性目标。这些目标包括：- 到2030年拥有一支能够抵御空间碎片威胁的航天器舰队；
- 具有监测和安全管理空间交通的能力，包括能够清理或处置流行轨道上的现有碎片；
欧空局还计划开发一种新型航天器，既可作为OOS卫星(可能延长轨道上航天器的寿命)，又可作为移除卫星的轨道清洁装置。为此，欧空局赞助了ClearSpace公司，其第一颗演示卫星ClearSpace-1计划于2025年发射。将执行：接近操作，并伸出触手状的手臂来抓住目标，并使用推进剂使自己和目标脱离轨道。欧空局总干事简·沃尔纳最近宣布，他坚信所有卫星运营商——包括国家和公司——现在就应该采取行动减少新碎片的产生，而不是等待国际监管。沃尔纳特别关注巨型星座的数量，如SpaceX和OneWeb计划的星座。这一指示可能会促使欧空局及其成员国采取更强有力的行动，防止空间碎片的产生或减少已经在轨道上的碎片数量。欧盟提出'外层空间的安全、安保和可持续性'倡议，旨在促进国际觉悟，特别侧重于限制和减少空间碎片的数量。
太空公司在可持续性和碎片清除做法方面一直处于领先地位。- 美国卫星公司Planet公开表示致力于可持续的空间环境，保证在发射或在轨运行期间不会产生产品碎片。
- 美国公司OneWeb在2019年12月宣布在其低地球轨道通信卫星星座上安装抓钩装置。
- 铱星通信公司将为其现有和未来的卫星群支付自动应答服务费用。
- 日本公司Astroscale正在开发一支卫星舰队，以执行自抗扰度和寿命终止脱轨服务。计划2020年进行初步测试。该公司正在与国家空间机构和国际机构合作，以协助找到解决办法。
- 2019年10月，卫星行业协会(SIA)发布空间可持续性指南《空间行为者空间安全原则》。SIA是一个总部设在美国的贸易协会，代表着几十家领先的卫星公司。这些原则致力于与国家空间机构、主要监管机构和联合国进行合作和沟通。它还建议采取措施，例如设计可跟踪的地球静止物体，在卫星可能碰撞的情况下提供一个24/7的接触点，以及尽量减少发射时和轨道上有意产生的碎片。
- 世界经济论坛(WEF)牵头，包括欧空局、麻省理工学院媒体实验室、德克萨斯大学奥斯汀分校和布莱斯空间与技术实验室，合作建立空间可持续性评级。
一些人士认为，除非在发生一次重大碎片事件，才会引起全球的真正重视。就如同2009年一颗运行中的商业卫星铱星-33与一颗不运行的俄罗斯卫星宇宙-2251相撞，产生了1875个足以跟踪的碎片(大于10厘米)。而至今还有约1300个可跟踪的碎片仍留在轨道上。《联合国外层空间活动长期可持续性准则》中最后一条准则触及了一个有争议的问题，即：究竟谁应负责清理现有的空间碎片？虽然该指南并没有提出建议，但毫无疑问，清理碎片对任何国家或公司来说肯定都是相当大的成本，并导致更高的保险成本。因此，这个问题仍存在争议。太空会合与近旁操作（Rendezvous and Proximity Operations），简称RPO，通常是指航天器有意操纵停靠或靠近目标太空物体进行操作。（此处请读者自行体会，区别于“会合对接”概念。）太空会合与近旁操作是关键太空活动的基础，如在轨服务和加油、与空间站对接以进行载人航天飞行以及自动着陆。在两个最大的航天国家的全新太空项目：新的中国空间站和美国月球项目中，RPO都至关重要。随着这些活动频率的预计增加，国际标准化势在必行。目前DARPA正在与30多家全球工业公司合作制定在轨服务的技术和运营标准，作为实施《商业会合、邻近操作和在轨服务指导原则》(OOS)的第一步，侧重于协商一致的操作、合规性、明确责任，增强透明度。- 《国际军事空间行动法伍默拉手册》旨在阐明和澄清适用于与空间领域相关的军事活动的现行法律，特别是与紧张时期或公然敌对行动相关的法律。体现了国际社会在太空行动规范化方面的努力。
- 更好地界定空间作业的法律结构而正在进行的另一项国际学术努力是《适用于外层空间军事用途的国际法手册》项目。该项目由麦吉尔大学牵头，加拿大政府支持，并与来自中国、德国、印度、美国、俄罗斯和澳大利亚的国际机构合作。与《伍默拉手册》类似，项目不仅仅关注区域行动计划，还关注国际法，其中可能包括区域行动任务的行为规范。
- 2019年底，欧空局宣布了一项独立组织投标项目的合同，该项目将“确定近距离轨道运行的要求和准则，以确保安全的会合和捕获操作。”该计划的总体目标是制定一致的准则，以确保空间环境的安全和可持续性。投标于2019年8月截止，但没有宣布哪个组织将领导该项目。
- 标准化组织（ISO）目前还在起草一份草案，来审查RPO与OOS（在轨运行）的原则与做法。截至2020年2月，巴西、法国、德国、日本、俄罗斯、乌克兰、联合王国和美国的专家正在审查该草案。预期在2020年4月进行表决，但截至本报告发表时并没有详细进展。
航天保险的基本价值是管理风险和防止经济损失。但太空业务风险太高，并有许多关键的故障点，即使是像在轨服务技术（OOS）这样旨在降低风险的新技术，也会带来新的风险。太空保险内容包括：发射失败、部署失败和任务失败。最常见的独立保险形式是“发射加一年”，即卫星发射进入轨道和运行一年的保险，这种保险已经涵盖了卫星生命周期中风险最高的阶段。利用航空航天公司的分析，下表对各种空间保险进行了更详细的评估：
据国际航空航天保险联盟报告称，2018年，超过60%的商业轨道发射都有上保险。相比之下，到2010年，仅有约36%的商业轨道发射得到了保险，投保率下降了近一倍。截至2019年1月，地球同步轨道上在运行的492颗卫星中有212颗有保险，约占地球同步轨道卫星的43%。在低地球轨道上，总共1715颗活动卫星中只有95颗被保险，投保率仅约为5.5%尽管过去几年发射成功率不断提高，但太空保险界却一直处于亏损状态。2018年，由于发射失败或在轨故障就有大约6亿美元的保险索赔。根据追踪国际空间保险索赔的英国公司塞拉达(Seradata)的数据，2018年的保费总额仅为约4.6亿美元，相当于国际空间保险市场损失近1.4亿美元。迄今为止最大的一次索赔是2019年7月的发射失败，阿拉伯联合酋长国的猎鹰眼1号卫星损失近4.15亿美元。据国际航空航天保险联盟预测，亏损趋势将继续持续。瑞士再保险(Swiss Re)也在2019年宣布将退出太空保险市场。而随着地球同步轨道卫星任务转移到低地球轨道星座，卫星发射服务总体价格下降，地球同步轨道卫星将继续面临严峻的形势。预估地球同步轨道卫星投保率有43%而低地球轨道卫星平均只有5.5%左右。大多数航天国家自我保险国家航天任务。如果太空任务失败，政府将承担所有的财务责任和风险。很少有国家航天政策要求为商业航天任务购买保险。然而《外层空间条约》要求各国对其管辖范围内的实体发射或运营的任何航天器承担责任。 国际航空航天保险人联合会报告预计，低地球轨道卫星星座将有数以千计的新卫星加入到已经拥挤和充满碎片的太空领域，极大地增加了碰撞的风险和干扰的可能性，也从根本上改变商业环境。比如：已经导致保险公司退出低地球轨道市场。太空保险公司“保证太空”的总经理在2020年3月的一次会议上表示，最终所有的空间保险公司都将停止为低地球轨道卫星提供保险。他认为，在减少空间碎片或管理太空交通方面，风险太大，做得太少。
在CSIS的《2020年太空威胁评估》中，网络趋势被强调为一种攻击形式。网络反太空行动可能有几个入侵点，例如：卫星或地面站本身的上行链路或下行链路数据传输。网络操作的成本相对较低，尽管攻击的性质因目标而异，但无论是对卫星还是电网的攻击，基本技能都是一样的。在不久的将来，有一件事值得关注，那就是在轨服务（OOS）和空间碎片移除技术（ADR）会如何影响卫星保险。如果以负责任的方式进行，对轨道上的卫星进行修复、操纵或添加燃料的能力可以降低故障成本，并可以提高业务案例的稳定性，则将会降低卫星保险费，然而，OOS也带来了新的风险，保险公司必须对其进行分析量化。关于空间可持续性、太空会合和邻近操作以及太空保险这三个方面的国家政策与全球格局是不均衡的。有趣的是，一些在轨卫星较少的航天国家比更活跃的航天国家制定了更清晰、更精确的政策。【建议1】参考军备控制方面的“强制执行”策略与力度，考虑是否适合应对目前国际上太空可持续性与空间碎片的问题。【建议2】由于需对目标卫星很难及时防御或机动，所以需要及时区分和判断恶意的太空会合与临近操作，并建立明确的准则与规范，特别是在地球同步轨道中的恶意操作。同时，开发一个用于核查的国际空间态势感知监测系统，它可以使卫星运营者更容易地发现和确定威胁，并给运营者一个做出反应或保护其空间系统的机会。【建议3】太空保险可以作为一种激励或执行机制，和一种可持续发展的工具，而不是盈利的工具，以促进太空行业的健康发展。
|
