太空不应成为垃圾场。然而,半个多世纪以来,我们一直将天空视为废品堆放场,环绕地球的太空垃圾数量近年来急剧增加。如今,我们受污染的轨道环境充斥着报废火箭和卫星的残骸,并且日益拥挤,威胁着不断增长的太空经济。现在是各国——以及将太空商品化的亿万富翁们——清理地球近地轨道的时候了。
美国空军追踪到超过25,000块大于10厘米的太空垃圾——大约相当于一个百吉饼的大小——总重量约为9,000公吨。这些危险的垃圾以大约每秒10公里的速度在地球周围呼啸而过,或者超过每小时22,000英里。毫米级物体(太小而无法追踪)与工作卫星之间的碰撞现在已是家常便饭,近距离灾难也屡见不鲜。一个例子是美国宇航局的一颗研究卫星,它在二月份差点撞上一颗报废的俄罗斯卫星。轨道碎片碰撞每年给卫星运营商造成估计8600万美元至1.03亿美元的损失,随着每个运营商和每次碰撞产生更多碎片,这个数字还会增长。
威胁不仅仅来自太空。3月份,一块来自废弃国际空间站电池的托盘坠落到地球,砸穿了佛罗里达州一栋房屋的屋顶。2020年,科特迪瓦的一个村庄回收了一根来自太空的12米长的管道,这要归功于中国火箭在发射后抛弃了空芯。而2022年《自然·天文学》杂志的一项研究表明,太空垃圾每十年杀死地面上某人的几率为10%。完全没有必要。
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根据1967年的《外层空间条约》,各国应该对太空垃圾造成的损害负责,即使它最初是由一家私营公司发射的。这意味着如果能够证明轨道碎片的来源,并且公司被证明存在疏忽——对于无法追踪的油漆碎片来说,这是一个很难证明的主张——那么承担轨道碎片损害赔偿责任的是纳税人,而不是探索太空的亿万富翁。毫不奇怪,这并没有奏效。问题是,经过几十年的讨论,仍然没有限制太空垃圾或设定过失标准的国际条约。我们需要一项条约,明确责任,并对那些航天器碎片造成损害的公司处以罚款。
正如2018年空军协会报告得出的结论,只要做正确的事情是自愿的,它就可能不会发生。此后有限的行动告诉我们,世界早就应该就强制性标准达成协议了。目前,很少有国家或公司在设计火箭时考虑到其完整的生命周期。他们必须被迫储存足够的燃料,并保留航天器在寿命结束后安全驶出太空的能力。对于未能遵守新规则的航天工业和国家,应处以痛苦的经济和监管处罚。
为什么?因为轨道碎片的物理特性预示着厄运。在距地面775至975公里的高度,废弃卫星每年1000次在彼此1000米范围内擦肩而过。任何碰撞都会立即使轨道上可追踪碎片的数量增加一倍,并产生无数更小但仍然危险的太空垃圾碎片,像雨点般落在下方有价值的卫星上。2013年的电影《地心引力》讲述了宇航员在轨道碎片摧毁他们的航天飞机后在太空中迷失的故事,虽然是虚构的,但太空碎片级联的威胁是真实存在的。这就是所谓的凯斯勒综合症,即碰撞会产生如此多的垃圾,以至于地球轨道变得无法维持。2023年的一项研究预测,低地球轨道最多只能容纳约72,000颗卫星,而不会发生严重的灾难风险。

阿曼达·蒙塔内斯;来源:“卫星统计:卫星和碎片数量”,乔纳森太空报告(数据)
我们比许多人意识到的更接近那条红线。一场土地争夺战正在我们头顶上方的太空中上演。而且它来自私营公司,而不是国家政府。目前轨道上有近10,000颗卫星,而仅在三年前还只有6,500颗。埃隆·马斯克的SpaceX公司发射的近6,000颗星链卫星现在占总数的一半以上,它们是计划中的多达42,000颗卫星舰队的一部分。星链只是至少六个正在进行或即将到来的此类“巨型星座”中的第一个。
随着我们进入新的太空经济时代,SpaceX及其火箭工业竞争对手计划进一步填满太空。马斯克目前正在德克萨斯州测试的巨型星舰火箭有望将卫星送入轨道的数量增加到其前身——主力猎鹰9号火箭的六倍,而且每磅的成本更低。21世纪的经济将依赖于这些火箭运送的无处不在的卫星舰队,提供通信、交易、观测等等。除非我们破坏天空。
卫星轨道位置现在由位于日内瓦的国际电信联盟(ITU)以及各个国家的规则分配。国际电联主要关注确保卫星无线电频率分配不会相互干扰。该机构甚至不检查卫星是否真的在其承诺的轨道上,以解决碰撞问题。2020年,由包括美国、俄罗斯和中国在内的13个航天机构管理的机构间空间碎片协调委员会发布了限制太空碎片的指导方针。他们呼吁在25年内对卫星进行脱轨处理——将其烧回地球或回收它们——美国联邦航空管理局仅在去年将此规定作为美国发射的规则。这是美国迟来的但良好的开端。
虽然商业可能是太空碎片的主要来源,但太空军事化已经并将继续在杂乱的轨道中发挥作用。我们需要一项类似于南极公约的全球条约,以在紧张局势进一步升级之前保持太空清洁。这可以由联合国和平利用外层空间委员会领导。2023年,美国宇航局提出了一项全面的计划,以清除轨道上废弃的残骸和较小的碎片。我们应该资助这项事业,将其作为民用航天机构的一项任务,首先从对美国废弃物进行脱轨处理开始。这项任务将对不断增长的美国航天工业有利,即使常识没有提供足够理由。
从经济角度来看,即使没有凯斯勒综合症级联效应,经济学家估计,到下个世纪(如果我们不小心,凯斯勒级联效应几乎肯定会发生),太空碎片每年将造成近占全球国内生产总值1%的损失。这听起来可能不多,但这百分之一的税收将代表人类一万亿美元的损失——即使以当今世界经济的规模来看,这也是不必要的损失。
管理卫星轨道和运行的法律是在20世纪中后期冷战时期制定的,当时只有少数政府运营着少数卫星。我们生活在一个新的私人太空探索时代,这个时代比以往任何时候都更具掠夺性和侵入性,许多国家和公司都参与其中。我们需要更好的规则来防止我们像破坏地球本身一样严重地破坏地球轨道。