近几年,围绕地球的轨道空间不再是寂静的高空净土,而是逐步演变为一个由失效卫星、火箭残骸和数以亿计微小碎片构成的复杂生态系统。对许多航天专家而言,问题的核心不是未来某天才会出现的灾难性连锁反应,而是轨道环境在多个高度区间已经迈入难以逆转的危险状态。到底我们是否已经到达所谓的"太空垃圾临界点"?答案既包含冷冰冰的数据,也需要从技术、法规和国际协作层面综合判断和规划应对路径。当前的轨道环境现状揭示了多重预警信号。欧洲空间局(ESA)估计,目前环绕地球的人工碎片中,有超过1毫米的颗粒约为1.4亿件。微小碎片数量虽小,但速度高达每秒数公里,和卫星迎头相撞时能造成相当于子弹级别的破坏。
更值得警惕的是,近年来轨道质量总量急剧增加。ESA 的数据显示,人造物体在轨质量从2020年的8.9万吨上升到最近的14.5万吨,五年增长超过六成。LeoLabs 等民营跟踪机构通过高分辨率遥感和动力学建模指出,低地球轨道中存在若干高度带的碎片密度已接近或超过"自维持增长"的临界点,尤其是在400到1000公里的区间内,520到1000公里的局部高度已出现明显不稳态迹象。运营方的反应可以作为另一类间接证据。SpaceX 的 Starlink 星座在2024年12月至2025年5月期间进行了144,404次轨道规避操作,相当于在半年内平均每几分钟就触发一次碰撞预警;而自2020年以来,该星座为规避碰撞而执行机动的频率已增长二十二倍。这既体现了高密度星座在规避风险上的灵活性,也暴露出整个航天生态必须为持续避让付出燃料与任务时间的代价。
碎片的来源多样:早期航天器与火箭阶段的遗留物、在轨碰撞与爆炸产生的碎块、卫星碎裂后散落的微粒、以及人为产生的碎片云(如反卫星试验)。一旦轨道中的碎片密度在某一区间超过临界值,单次碰撞即可引发连锁反应,产生更多不可见的小碎片,进一步提高碰撞概率,从而进入自我强化的恶性循环,这就是1978年由美国科学家唐纳德·凯斯勒提出的凯斯勒综合症框架。然而,学界对"是否已经发生凯斯勒式级联"的讨论并非二元判断。有学者认为,所谓的凯斯勒综合症概念过于简化,不足以作为完整的轨道管理框架。德克萨斯大学的摩里巴·贾(Moriba Jah)提出了"轨道承载力"概念,强调应从系统治理与风险可控的角度评估空间资源的承受极限,而不仅仅依赖是否出现大规模碎片暴增的单一指标。把握轨道承载力意味着评估在特定轨道区间内,运营卫星在保证任务能力的前提下需进行规避机动的频率、消耗燃料的速率以及由规避行动导致的任务中断损失等综合因素。
面向治理与缓解,技术层面的应对路径正在加速发展。轨道监测和态势感知能力不断提高,尤其是高分辨率雷达、光学跟踪和基于人工智能的态势推断系统,使得对小至几厘米甚至毫米级碎片的识别与碰撞概率评估更为精准。AI 驱动的星座管理系统能在毫秒级别评估轨道风险、自动规划避碰轨迹并优化燃料使用,从而降低人工介入的延迟与人为错误带来的风险。主动垃圾移除技术正在从概念走向工程验证。欧洲的 ClearSpace 与日本、美国的多家初创公司,以及诸如 Astroscales 等商业团队,正在研发能够对失效卫星或大型火箭残骸进行捕获、拖曳并实施受控再入的空间机器人。示范任务的成功将极大提升从轨道中移除高风险、大质量目标的可行性,但成本与法律约束仍是主要障碍。
法律与治理层面同样面临紧迫挑战。现行的外太空条约体系与1972年的《空间责任公约》在所有在轨物体仍被视为其发射国财产这一原则上,实质上为主动移除设置了许可门槛。对无人监管或无人认领的碎片进行清理,理论上需要其所属国家或实体的许可,这在实务操作上既耗时又容易陷入外交僵局。为此,一些国家和国际组织正推动制定新的空间交通管理与碎片减缓规则,主张将热点轨道视为需共同管理的"全球资源",通过配额、轨道使用许可和强制去轨设计等手段,遏制无节制的发射与无计划遗弃。实现全球轨道空间的可持续利用,需要法律、技术和市场机制的联动。例如,要求发射方为每一次进入特定轨道的发射缴纳"轨道容量使用费",将筹集的资金用于开展主动移除与态势监测,或推行由国际组织管理的轨道配额制度,这些都是被讨论中的方案。
技术与政策之外,运营实践的改进也不可忽视。卫星设计需要纳入更强的可操作性與被动去轨能力。可复用与可维修的卫星平台能够显著延长在轨寿命与减少废弃物产生;在外轨部署"引导装置"或携带小型推进器以便在退役时自主降低轨道高度并受控再入,是降低长期残骸风险的有效设计选择。另一方面,加强国际共享的轨道态势感知数据,将实质提升整个行业对突发风险的响应速度。目前,许多高精度轨道数据掌握在少数政府与商业实体手中,数据不对称会导致整体风险管理效率低下。空间不是零和游戏,任何一方的疏忽都可能给全球带来长期成本。
因此构建透明且实时的数据分享机制至关重要。常被忽视的另一面是对更高轨道与月球、地月空间(cislunar space)的前瞻性治理。商业登月、深空探测器与空间站的发展正在把人类活动推向更远的轨道范围。如果不在早期就建立跨国协作与碎片管理规范,未来在月球轨道或拉格朗日点周边重蹈近地轨道的覆辙,并非不可想象。在短期内,执行若干高优先级行动将有助于遏制问题的恶化。首先,全球应推动义务化的在轨责任与去轨计划,明确发射前必须提交废弃物处置方案并预留燃料以完成退役机动。
其次,要加速部署并验证多种主动移除技术,优先针对大质量、高碰撞概率的目标进行清除,以避免产生大量二次碎片。第三,建立跨国空间交通管理框架,借鉴民航的空中交通管制经验,但要考虑到轨道动力学与延时通信的特殊性,设计分层的监管与协调机制。长远来看,重新认识轨道空间的"公共性"与"承载力"是根本之道。像陆地、海洋和电波频谱一样,轨道资源需要通过国际协商与科学评估来界定使用规则与承载极限。技术投资应优先支持可续性设计、在轨服务与资源循环利用,以把"单次使用即遗弃"的思维模式转向"在轨维护与循环"的新范式。面对日益拥挤的轨道,我们既没有奢侈的时间等待问题自然消退,也不应放弃通过合作与创新逆转趋势的可能。
卫星运营商应把轨道健康视为长期经营成本的一部分,跨国政府应将轨道安全纳入国家安全与公共安全议程,科研与产业共同体要把重点放在降低碎片生成速率与提升移除能力上。若能在未来十年内把重点目标物逐步移除、建立有效的数据共享与协调机制,并在发射与设计阶段强制执行去轨责任,那么我们仍有机会把低地球轨道恢复到一个可持续、可治理的状态。错过窗口期的代价将是昂贵且长期的,不仅可能导致重要通信、导航与地球观测能力的损失,还会加剧地球以外长期探索与商业化利用的风险。太空垃圾既是工程问题,也是政治问题与伦理问题;其治理需要全球共识与跨领域协同。现在采取果断、协调的行动,仍是把轨道从危险边缘拉回到可用空间的最佳路径。 。
