太空垃圾威脅全球經濟

如果全球法規不強制清理地球軌道,來自報廢航天器和碰撞的碎片將威脅到新興的太空經濟

An astronaut cleaning up the garbage in space.

馬丁·吉

太空不應成為垃圾場。然而,半個多世紀以來,我們一直將天空視為廢品堆放場,環繞地球的太空垃圾數量近年來急劇增加。如今,我們受汙染的軌道環境充斥著報廢火箭和衛星的殘骸,並且日益擁擠,威脅著不斷增長的太空經濟。現在是各國——以及將太空商品化的億萬富翁們——清理地球近地軌道的時候了。

美國空軍追蹤到超過25,000塊大於10釐米的太空垃圾——大約相當於一個百吉餅的大小——總重量約為9,000公噸。這些危險的垃圾以大約每秒10公里的速度在地球周圍呼嘯而過,或者超過每小時22,000英里。毫米級物體(太小而無法追蹤)與工作衛星之間的碰撞現在已是家常便飯,近距離災難也屢見不鮮。一個例子是美國宇航局的一顆研究衛星,它在二月份差點撞上一顆報廢的俄羅斯衛星。軌道碎片碰撞每年給衛星運營商造成估計8600萬美元至1.03億美元的損失,隨著每個運營商和每次碰撞產生更多碎片,這個數字還會增長。

威脅不僅僅來自太空。3月份,一塊來自廢棄國際空間站電池的托盤墜落到地球,砸穿了佛羅里達州一棟房屋的屋頂。2020年,象牙海岸的一個村莊回收了一根來自太空的12米長的管道,這要歸功於中國火箭在發射後拋棄了空芯。而2022年《自然·天文學》雜誌的一項研究表明,太空垃圾每十年殺死地面上某人的機率為10%。完全沒有必要。


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


根據1967年的《外層空間條約》,各國應該對太空垃圾造成的損害負責,即使它最初是由一傢俬營公司發射的。這意味著如果能夠證明軌道碎片的來源,並且公司被證明存在疏忽——對於無法追蹤的油漆碎片來說,這是一個很難證明的主張——那麼承擔軌道碎片損害賠償責任的是納稅人,而不是探索太空的億萬富翁。毫不奇怪,這並沒有奏效。問題是,經過幾十年的討論,仍然沒有限制太空垃圾或設定過失標準的國際條約。我們需要一項條約,明確責任,並對那些航天器碎片造成損害的公司處以罰款。

正如2018年空軍協會報告得出的結論,只要做正確的事情是自願的,它就可能不會發生。此後有限的行動告訴我們,世界早就應該就強制性標準達成協議了。目前,很少有國家或公司在設計火箭時考慮到其完整的生命週期。他們必須被迫儲存足夠的燃料,並保留航天器在壽命結束後安全駛出太空的能力。對於未能遵守新規則的航天工業和國家,應處以痛苦的經濟和監管處罰。

為什麼?因為軌道碎片的物理特性預示著厄運。在距地面775至975公里的高度,廢棄衛星每年1000次在彼此1000米範圍內擦肩而過。任何碰撞都會立即使軌道上可追蹤碎片的數量增加一倍,併產生無數更小但仍然危險的太空垃圾碎片,像雨點般落在下方有價值的衛星上。2013年的電影《地心引力》講述了宇航員在軌道碎片摧毀他們的太空梭後在太空中迷失的故事,雖然是虛構的,但太空碎片級聯的威脅是真實存在的。這就是所謂的凱斯勒綜合症,即碰撞會產生如此多的垃圾,以至於地球軌道變得無法維持。2023年的一項研究預測,低地球軌道最多隻能容納約72,000顆衛星,而不會發生嚴重的災難風險。

阿曼達·蒙塔內斯;來源:“衛星統計:衛星和碎片數量”,喬納森太空報告資料

我們比許多人意識到的更接近那條紅線。一場土地爭奪戰正在我們頭頂上方的太空中上演。而且它來自私營公司,而不是國家政府。目前軌道上有近10,000顆衛星,而僅在三年前還只有6,500顆。埃隆·馬斯克的SpaceX公司發射的近6,000顆星鏈衛星現在佔總數的一半以上,它們是計劃中的多達42,000顆衛星艦隊的一部分。星鏈只是至少六個正在進行或即將到來的此類“巨型星座”中的第一個。

隨著我們進入新的太空經濟時代,SpaceX及其火箭工業競爭對手計劃進一步填滿太空。馬斯克目前正在德克薩斯州測試的巨型星艦火箭有望將衛星送入軌道的數量增加到其前身——主力獵鷹9號火箭的六倍,而且每磅的成本更低。21世紀的經濟將依賴於這些火箭運送的無處不在的衛星艦隊,提供通訊、交易、觀測等等。除非我們破壞天空。

衛星軌道位置現在由位於日內瓦的國際電信聯盟(ITU)以及各個國家的規則分配。國際電聯主要關注確保衛星無線電頻率分配不會相互干擾。該機構甚至不檢查衛星是否真的在其承諾的軌道上,以解決碰撞問題。2020年,由包括美國、俄羅斯和中國在內的13個航天機構管理的機構間空間碎片協調委員會釋出了限制太空碎片的指導方針。他們呼籲在25年內對衛星進行脫軌處理——將其燒回地球或回收它們——美國聯邦航空管理局僅在去年將此規定作為美國發射的規則。這是美國遲來的但良好的開端。

雖然商業可能是太空碎片的主要來源,但太空軍事化已經並將繼續在雜亂的軌道中發揮作用。我們需要一項類似於南極公約的全球條約,以在緊張局勢進一步升級之前保持太空清潔。這可以由聯合國和平利用外層空間委員會領導。2023年,美國宇航局提出了一項全面的計劃,以清除軌道上廢棄的殘骸和較小的碎片。我們應該資助這項事業,將其作為民用航天機構的一項任務,首先從對美國廢棄物進行脫軌處理開始。這項任務將對不斷增長的美國航天工業有利,即使常識沒有提供足夠理由。

從經濟角度來看,即使沒有凱斯勒綜合症級聯效應,經濟學家估計,到下個世紀(如果我們不小心,凱斯勒級聯效應幾乎肯定會發生),太空碎片每年將造成近佔全球國內生產總值1%的損失。這聽起來可能不多,但這百分之一的稅收將代表人類一萬億美元的損失——即使以當今世界經濟的規模來看,這也是不必要的損失。

管理衛星軌道和執行的法律是在20世紀中後期冷戰時期制定的,當時只有少數政府運營著少數衛星。我們生活在一個新的私人太空探索時代,這個時代比以往任何時候都更具掠奪性和侵入性,許多國家和公司都參與其中。我們需要更好的規則來防止我們像破壞地球本身一樣嚴重地破壞地球軌道。

© .