从20世纪50年代(左上)到现在(右下),太空垃圾问题日益严重。科学图片库/阿拉米库存照片
太空不应该是垃圾场。然而,半个多世纪以来,我们一直把太空当作废品堆放场,近年来,绕地球运行的太空垃圾数量直线上升。现在到处都是废弃火箭和卫星的残骸,我们被污染的轨道环境正变得越来越拥挤,威胁着日益增长的太空经济。是时候让各国——以及那些将太空商品化的亿万富翁们——清理地球近轨道了。
美国空军追踪了25000多块直径大于10厘米的太空垃圾——大约一个百吉饼的大小——总重约9000吨。这种危险的垃圾以大约每秒10公里的速度绕地球旋转,或者每小时超过22000英里。毫米级的物体由于太小而无法追踪,与工作中的卫星之间的碰撞现在已经司空见惯,就像差一点发生的灾难一样。今年2月,美国国家航空航天局(NASA)的一颗研究卫星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的损失估计在8600万至1.03亿美元之间,随着每个运营商和每次碰撞产生的碎片越来越多,这个数字还会增加。
威胁不仅仅存在于太空。今年3月,国际空间站废弃电池的一部分掉落到地球上,砸穿了佛罗里达州一户人家的屋顶。2020年,象牙海岸的一个村庄从太空中回收了一根12米长的管道,这要感谢一枚中国火箭在发射后丢弃了空核心。2022年《自然天文学》的一项研究表明,太空垃圾每十年造成地面人员死亡的几率为10%。不必要的。
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,即使它最初是由私人公司发射的。如果轨道碎片的来源能够被证实,而公司被证明是疏忽的,那么纳税人(而不是探索太空的亿万富翁)将为轨道碎片造成的损害承担责任——这对无法追踪的油漆碎片来说是一个艰难的主张。毫无疑问,这种做法没有奏效。问题是,经过几十年的讨论,仍然没有国际条约来限制太空垃圾或为疏忽设定标准。我们需要一个规定责任的法律,并对制造航天器碎片造成危害的公司处以罚款。
美国空军协会2018年的一份报告得出结论,只要做正确的事情是自愿的,就可能不会发生。此后的有限行动告诉我们,世界早该就强制性标准达成协议了。目前很少有国家或公司设计火箭的完整生命周期。它们必须被迫储存足够的燃料,并保持航天器在使用寿命结束时安全脱离太空的能力。那些不遵守新规则的航天工业和国家应该受到严厉的财政和监管处罚。
为什么?因为轨道碎片的物理性质注定了毁灭。在775至975公里的高空,废弃的卫星每年会有1000次在彼此相距1000米的范围内擦肩而过。任何碰撞都会立即使轨道上可追踪的碎片数量增加一倍,并产生无数更小但仍然危险的太空垃圾碎片,这些碎片会像雨点一样落在它们下面有价值的卫星上。2013年的电影《地心引力》讲述了宇航员在轨道碎片摧毁航天飞机后迷失在太空中的故事,这是虚构的,但太空碎片瀑布的威胁是真实的。这就是所谓的凯斯勒综合症,在这种情况下,撞击产生的垃圾如此之多,以至于地球的轨道变得无法维持。2023年的一项研究预测,低地球轨道只能容纳大约7.2万颗卫星,而不会发生这种灾难的严重风险。
我们比许多人意识到的更接近这条红线。在我们的头顶上,在太空中,有一场土地热潮正在发生。而且这些资金来自私人公司,而不是国家政府。目前轨道上有近1万颗卫星,而三年前只有6500颗。埃隆·马斯克(Elon Musk)的SpaceX公司发射的近6000颗星链卫星目前占总数的一半以上,它们是计划中多达4.2万颗星链卫星的一部分。“星链”只是至少六个正在建造或即将建造的“巨型星座”中的第一个。
阿曼达Montanez;资料来源:“卫星统计:卫星和碎片数量”,乔纳森太空报告(数据)
随着我们进入新的太空经济,SpaceX及其火箭行业竞争对手计划进一步填补太空。马斯克目前正在德克萨斯州测试的巨型星际飞船火箭承诺,它能够以更低的每磅成本,将比其前身猎鹰9号火箭多六倍的卫星送入轨道。21世纪的经济将依赖于由这类火箭发射的无处不在的卫星群,这些卫星群提供通信、交易、观测和许多其他服务。除非我们破坏天空。
卫星插槽现在由总部设在日内瓦的国际电信联盟(ITu)以及各个国家的规则来分配。国际电信联盟主要关注的是确保卫星无线电频率分配不会相互干扰。该机构甚至没有检查卫星是否在其承诺的轨道上,以解决碰撞问题。2020年,由包括美国、俄罗斯和中国在内的13个空间机构组成的机构间空间碎片协调委员会发布了限制空间碎片的指导方针。他们呼吁在25年内让卫星脱离轨道——将它们燃烧回地球或回收——这是联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)去年才为美国的发射制定的规定。这是美国姗姗来迟但良好的开端
虽然商业活动可能是空间碎片的主要来源,但地球轨道的军事化已经并将继续在轨道混乱中发挥作用。我们需要一个类似《南极公约》的全球条约,在紧张局势进一步加剧之前保持太空清洁。这项工作可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,以清除轨道上的废弃残骸和较小的碎片。我们应该把这项努力作为民用航天机构的一项任务来资助,从使美国的废弃物脱离轨道开始。这一任务将给美国不断发展的航天工业带来福音,就好像常识没有提供足够的理由一样。
沿着这些经济路线,即使没有凯斯勒综合征级联,经济学家估计,到下个世纪,太空碎片每年将消耗全球国内生产总值的近1%,如果我们不小心,凯斯勒级联几乎肯定会发生。
这听起来可能不是很多,但是这一分钱的税将会给人类带来一万亿美元的损失——即使以当今世界经济的规模来看,这也是不必要的。
管理卫星轨道的法律是在20世纪中后期的冷战期间制定的,当时只有少数政府经营着几颗卫星。我们生活在一个私人太空探索的新时代,一个比以前更具采掘性和侵入性的时代,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破坏地球轨道,就像我们破坏地球本身一样。