太空正变得拥挤，到处都是垃圾。提供导航、天气预报、互联网和其他服务的重要卫星每天都面临这种威胁。旧火箭、报废的航天器和人类在太空中的活动留下了轨道碎片，这些碎片日益威胁着碰撞，对不断增长的太空经济构成威胁。十年前，电影《地心引力》戏剧化地展现了太空污染的后果，太空垃圾像雪崩一样席卷天空，撞击轨道上的所有物体，包括宇航员英雄。自那以后，我们在这方面几乎毫无作为。
美国国家航空航天局 (NASA) 将太空垃圾或轨道碎片定义为“轨道上不再有用的任何人造物体，包括航天器碎片和退役卫星”。2009 年发生的一起事件，美国铱星 33 通信卫星与报废的俄罗斯军用卫星 Kosmos 2251 相撞，很好地提醒了人们这种威胁日益增长。据 NASA 称，仅这一次碰撞就产生了 2200 多块直径超过五厘米的新碎片。
未来还会发生更多此类碰撞。今年 2 月，一颗废弃的俄罗斯卫星在距离 NASA 卫星 约 20 米 的地方掠过。SpaceX 的星链卫星星座 仅在 2022 年 12 月至 2023 年 5 月期间就进行了超过 25,000 次避碰操作。即使在地球上，太空垃圾也是一个问题，3 月份，佛罗里达州的一户住宅被国际空间站货运任务中掉落的电池击中。
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在太空中，碎片来自废弃的火箭箭体频繁解体、卫星爆炸、报废的卫星、碰撞、油漆剥落，甚至宇航员丢失的工具。大约 85% 的碎片位于近地轨道内，即海拔 2000 公里以下。NASA 估计，该轨道包含大约 34,000 块直径大于 10 厘米的碎片、900,000 个介于 1 厘米和 10 厘米之间的物体，以及超过 1.28 亿个介于 1 毫米和 1 厘米之间的碎片。但我们不要被尺寸所迷惑。即使是高速飞行的小碎片也可能引发灾难性的碰撞，而且更严重的问题是，小于 10 厘米的碎片无法用现有监视技术进行跟踪。一个更危险的威胁是自我繁殖。这种现象被称为“凯斯勒综合征”，当碰撞产生如此多的碎片时，地球轨道将变得无法用于任何人类活动。
我们必须阻止太空碎片的增长， 同时意识到这是一项艰巨的任务。除了航天器所有权外，国家政府和国际组织均不控制轨道上的产权。因此，太空活动不受任何集中监管或产权计划的约束。外太空适用“先到先得”的原则。与其他地球上的全球经济失败案例（如国际水域的渔业、公海航行和气候变化）一样，国际合作未能解决或仅部分解决这些问题，过度使用和资源枯竭是这种“公地悲剧”的直接后果。
在所有这些案例中，包括轨道碎片，污染都会给社会带来成本，而市场价格并未反映这种影响。这种“外部性”是市场失灵，在大多数情况下，需要政府或其他中央机构的干预。简而言之，火箭发射价格并未反映其真实成本，其中包括清理费用。我们必须在成本过高之前扭转这种局面。尽管人类对外太空的探索和经济开发相对较晚（第一艘人造航天器“卫星号”于 1957 年成功发射），但随着商业、军事和科学活动在外太空的扩展，明显的市场失灵和其他经济、法律和政治问题正以火箭般的速度出现。SpaceX 目前正在开发一种大型火箭，它将像糖果分配器一样发射1.25 吨重的卫星，从而使其已经部署在太空中的 5,500 颗星链卫星 组成的舰队规模进一步扩大，而这仅仅是计划中的 42,000 颗卫星星座的一部分。这尤其令人担忧，因为根据我们去年在 Ecological Economics 上发表的一项研究，在当前的碎片条件下，近地轨道最多只能容纳约 72,000 颗卫星，而不会有发生凯斯勒综合征事件的真正风险。
LEO 代表近地轨道，是指地球表面 2000 公里以内的太空区域。它是轨道碎片最集中的区域，用白色圆点表示，并按比例缩放以优化可见性。
NASA/ODPO
毫不奇怪，最依赖卫星的航天国家面临着最大的太空碎片风险。然而，它们并没有合作来减轻太空碎片，而是未能采取果断行动。尽管卫星丢失的可能性越来越大，导致必须投入更多资源用于碎片监视跟踪和避碰操作，这些操作会中断服务并消耗燃料。反过来，这会缩短卫星的运行寿命，随着威胁的加剧，也会增加卫星的成本。尽管如此，除了保护自己的航天器外，航天公司没有动机尽量减少碎片产生，它们通过防护罩来做到这一点。
我们需要在太空垃圾失控之前采取被动和主动措施。航天机构和联合国已经制定了碎片减缓指南。其中一些包括改变卫星的设计，采用防护罩并加固燃料系统以避免解体。另一项建议是，所有航天器运营商都应为航天器提供机动性，并增加储备燃料，以便让报废的航天器脱离轨道。
在主动措施方面，开发无碎片回收运载火箭将极大地帮助消除碎片的主要来源。但仍然存在其他来源，并且鉴于目前轨道上报废的库存，采取积极的去污染行动也是必要的。这是因为轨道碎片的寿命因高度而异。在 200 公里以下，碎片可能只能持续几天，而在 1000 公里处，碎片可以持续长达一千年。在 2000 公里处，如果没有人为干预，碎片可以在轨道上停留长达 50,000 年。
清理太空需要设计和实施主动碎片清除 (ADR) 项目。ADR 飞行器可以配备机械臂、网、收集气球和其他工具。地面激光器也可能增加碎片的 атмосферное сопротивление，作为另一种选择。政策制定者必须探索利用已有的地球污染减缓工具来为清除政策的成本提供资金。他们还应制定指导方针和法规，以便在所有航天运营商之间分摊太空垃圾清除成本。
最后，还有一个更令人担忧的问题需要关注：军方对太空的使用。太空污染不仅来自商业和科学活动，还因为外太空日益增长的国防、安全和战争战略价值。令人难以理解的是，地球轨道不仅是意外污染，而且也是人为有意污染的，因为一些国家使用导弹进行了反卫星试验，摧毁了自己的卫星。俄罗斯在 2021 年进行的最后一次试验产生了大量的数十万块碎片云，大大增加了最拥挤和污染最严重的高度的轨道碎片。
外太空的军事化和武器化加剧了轨道碎片问题，同时也成为了太空去污染的障碍。碎片清除飞行器和设备的开发因其作为反卫星武器的双重用途而受到阻碍，这是实施消除轨道污染的国际政策的重大障碍。任何 ADR 技术也可能被视为进攻性武器，因为它可能会将敌方卫星从轨道上移除。出于同样的原因，外太空的军事化可能会威胁到用于卫星维修、燃料补给、升级、维护和修理的新型太空工业的发展。人类反而需要一个清洁、安全和受监管的太空环境，以便在地球上建设更美好的世界。
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