太空“交警”即将上岗
时间：2021-05-13 08:01:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
由于环境、空间和预算限制，交通规划者时常不能通过建立新的道路来解决交通阻塞、安全和污染问题，但是必须找出新的方法使现有的道路变成更有效率和安全。
——尼尔·楚斯特
空间的开发很快就会到达一个新的转折点。过去人类对空间的开发应用缺少长远规划，不计后果。我们既要承担这一恶果，同时又要继续利用空间，其结果必然是空间交通的持续增加，引起可用轨道的不断减少。建立空间交通管理的目的就是要审视外层空间中的交通问题，评估它的发展，减缓空间开发的负面影响，改善空间交通，促进空间开发和应用的可持续发展。
从1957年航天时代诞生起，太空便不再毫无生机。截止2007年8月，美国空军已跟踪到有超过1.2万个空间物体（低轨道直径大于10厘米，地球同步轨道直径大于1米）。这些空间目标包括大约800个尚在寿命期内的卫星，其余均为空间碎片，如寿命结束的卫星、废弃的运载火箭残骸、爆炸的碎片以及其他来源的空间物体。因此，随着空间物体的大量增加，空间轨道变得越来越拥挤，空间物体相互碰撞的可能性也在增加，最终可能导致一些轨道因空间物体密度过高而失去使用价值。因此必须采取措施来阻止这些空间碎片的增长和提高空间轨道的有效利用率。
想象你在一辆运行在任何主要城市的汽车中，车上有一台全球定位系统接收机(GPS)并准确地告诉你具体的位置。除了GPS终端外，车上所有窗户都被蒙上，你看不到外面的任何情况，即使你偶尔看见，道路上也没有信号灯、交通标志或人行标志。如果同一城市有100辆与你一样的汽车在奔跑，也许你觉得无所谓，那么再增加到1000辆无人操纵的汽车，甚至到一百万辆呢？在这种情况下，与其他车辆碰撞的可能性就会大大增加，路面交通也就十分危险。如果交通真像描述的那样混乱，而且车祸后没有人能够认定各方的责任，也得不到赔偿，交通管理将是一个极其迫切需要处理的问题。
上面的描述是对目前空间交通情形的一个类比。虽然地面交通和空间交通有相似之处，但还不能简单地将地面交通管理模式照搬到空间交通管理，空间交通管理有其独一无二之处，其中最主要的特点就是空间物体是按轨道运行的。而地面交通与空间交通之间的最大不同是速度。地面车辆的速度完全可控，驾驶员可随心所欲地减速、加速甚至停止。而空间交通则不同，因为空间飞行器的速度由所处的轨道确定，300千米高度的航天飞机的速度大约是7.7千米/秒，地球表面上空3600万千米高的地球同步轨道上运行物体的速度是3.07千米/秒。
巨大的空间交通区域以及卫星飞行速度对空间交通管理系统主要有三方面的影响：第一，不可能对整个空间交通区域进行不间断监视；第二，碰撞会影响对航天器的控制。由于卫星距离远，速度快，所有的事情都是远距离操控，要通过传感器和计算机来完成；第三，卫星留在交通区域的时间长短不同，由于空间碰撞的自然特性，碰撞形成的碎片会滞留在轨道上，有可能造成更多的碰撞和碎片。
为解决近期空间交通的难题，三种主要轨道区域被确定下来，这也是近期备受关注的三个特殊区域，即：太阳同步轨道（SSO）,地球静止轨道（GEO）和用于载人飞行的轨道。这些轨道的使用规则制定源于对他们应用的考虑。另一方面，规则制定的主要思想来源于联合国（UN）已长期执行的5个条约，即：外太空条约、营救协定、责任公约、登记公约和月球协定，这些国际条约代表着外层空间活动的正式法律主干和基本原则，它们清晰地为以后的规定和规则提供了基础。
在过去的50年中，空间的利用已经导致特别是SSO和GEO的地球轨道越来越拥挤，从而埋下了极大的碰撞隐患，将使利用某种轨道成为不可能，以致不得不频繁地进行轨道机动等，由此在航天业的税收和利益方面将产生多大的财政问题还不清楚，但有理由假想其影响将会越来越显著。另外，航天器碰撞的风险随空间物体的增加而增加，由于碰撞风险的增加，相应的卫星保险的成本也会增加。总之，空间交通的日益拥挤，对政府和航天工商业界的潜在影响足以保证公共和私人实体正视空间交通管理的现实需求。
空间交通管理系统将在经济和技术两方面证明它的价值。一方面，卫星运营商将受益于遵行空间交通管理系统。变轨固然需要付出燃料成本，但避免了卫星的彻底损失，从而能够帮助业主用较少的成本避免最大的损失。另一方面，对政府而言，受限的空间利用将对气象监视和预报、科学研究和载人航天等某些民用空间应用产生影响，甚至对天基国家安全和军事活动也将产生影响。最后，对航天业界而言，受限的航天活动以及轨道机动产生的财务问题也同样引人关注。
提出交通规则的目的是为解决交通问题提供一个坚实的基础。
准确而可靠的碰撞预报是建立全球空间交通管理系统的第一步。如果空间交通管理系统对卫星业主/运营商提出轨道机动的建议，空间交通管理系统以及卫星业主/运营商之间的权力和责任以及轨道机动建议的法律效力有待解决。当然，卫星业主/运营商也可以依据自己的经济风险评估，主动地采取轨道机动措施，这样对各方均为有利。
如果卫星可能碰撞并产生碎片，空间交通管理系统应当告知它的业主/运营商采取变轨措施进行规避。如果业主/运营商拒绝，应该有相应的法律措施对其进行制裁。下面将针对三种主要轨道区域进行规则制定的探讨。
卫星的主要活动场所
太阳同步轨道
倾角介于96度至102度的轨道被称之为极轨，太阳同步轨道即为其中的一种。太阳同步轨道的倾角和高度相互关联，轨道面与太阳及地心连线之间的夹角常年不变，因此太阳、地球和卫星之间在一年当中保持固定的相位，该轨道上的卫星在经过同一地球纬度的当地时间基本相同。这一特征有利于卫星遥感成像，太阳同步轨道对于遥感卫星有极高的价值，也是遥感卫星最为理想的轨道。
倾角介于98.7度至99度之间的太阳同步轨道最为拥挤。遥感卫星本身的特点使得所有卫星业主都想占据有利轨道位置。结果就是有效的和失效的卫星、运载火箭的第三级以及它们爆炸后形成的空间碎片在此区域分布密集，已成为最有可能发生空间碰撞的地带。
太阳同步轨道区域有12个高度层，每层42个轨道面，每个轨道面具有1 000个位置，具有超过设置500，000个卫星的容量，这个容量足以满足未来的需要，不仅绰绰有余，而且也为避免卫星碰撞提供了途径。如果在一个规定的高度、倾角和近地点幅角轨道上布置卫星，只要卫星业主/运营商保持对卫星的控制，它们的轨道就不会交叉，这些新的轨道设置可作为未来有序使用轨道资源的基础，现有的太阳同步轨道卫星仍可维持在目前位置。从策略上讲，重要的是如何分配上述太阳同步轨道，有以下几条规则值得注意：
●对于所有可预测的交会，空间交通管理系统将计算碰撞概率，碰撞速度以及碰撞形成的碎片对其他飞行器的威胁程度。
●如果可能的交会中至少有一个卫星具有变轨能力，而且碰撞的概率为1/10,000，空间交通管理系统将向具有变轨能力的卫星业主/运营商提出轨道机动和规避建议。
●如果空间交通管理系统预测卫星碰撞的概率大于1/3 000，碰撞将产生空间碎片，危及其他卫星的安全，因此将要求卫星的业主/运营商进行轨道机动和规避。
●如果空间交通管理系统预测到卫星将受到碰撞威胁，但是碰撞的概率小于1/3 000，飞行器的业主/运营商可以选择时间和方式，并确定是否进行轨道机动和规避。
●在海拔500至1 000千米高度内定义12个轨道层，轨道层内的轨道倾角由轨道高度确定，每一层内的轨道回归周期为50至100圈；同一层内的轨道依照它们与赤道的交点，划分为大约42个轨道面；在一个确定的轨道上，根据轨道各点与近地点之间的角度可布置近1 000个卫星，相邻点的距离设为50千米。
