太空又挤又乱,谁来维持秩序?

2020-02-04 06:36:57 看天下 2020年3期

陈劲松

2009年3月10日,美国宇航员迈克·芬克在舱外维护国际空间站。由于太空垃圾接近空间站并可能对其构成威胁,空间站内三名宇航员全部疏散到与空间站对接的“联盟”号载人飞船上,在空间站成功避开太空垃圾后,宇航员们顺利返回了空间站,整个过程持续了10分钟。(新华社 图)

美国肯塔基州杰克逊市国家气象局电话响了,工作人员接起,对方声称刚刚看到了天空上有巨大的闪光,询问当地是否发生了爆炸或地震。

2009年2月10日晚上,这名工作人员对那场闪光一无所知。气象局将这个情况上报到联邦调查局,然后,它又被转到美国国家海洋与大气管理局(NOAA)。两天之后,NOAA回复了杰克逊气象局,这起闪光确实是一次爆炸,只不过爆炸并非发生在附近,而是外太空。那天晚上,两颗卫星发生了碰撞。

这是有史以来第一次,也是到目前为止唯一一次卫星撞击事件。其中一颗卫星,还是军事卫星。

1993年,俄罗斯政府刚刚脱离苏联独立两年,军方资金还相当充裕。他们将一颗900公斤的通讯卫星Kosmos-2251发射到俄罗斯北部偏远地区大倾角轨道上。为了节省成本,这颗卫星并没有安装任何推进系统,当时谁也不认为这颗卫星在将来需要变轨。

四年后,在世界另一端,铱星公司接近破产。这个公司曾经雄心勃勃,计划利用66颗卫星组成星群,让全世界任何位置都可以畅通无阻地通话。发射了32颗卫星后,这个网络依然无法使用,这些在轨卫星几乎毫无价值。在投资者巨大压力下,铱星工程师努力工作,以最快速度完成最后一批卫星的生产。

1998年11月1日,“铱星计划”终于完成。美国副总统阿尔·戈尔象征性地打了个电话。但9个月之后,该公司破产了,卫星电话市场并没有铱星希望的那样大,庞大的发射卫星成本无法收回。

这个公司剩余的最大资产是66颗卫星,它们在地球低轨道上无人值守地运行。2001年,新的投资者以非常低的价格获得了这个卫星群,再次以铱星通讯的名称提供卫星电话服务。这些卫星不同于Kosmos-2251,有推进器,可以变轨。但该公司一直处于缺钱的状态,工程师全部用于维持电话系统的服务,没有人注意到不受监视的铱33和失效的Kosmos-2251处于相互碰撞的轨道上。这两颗卫星被物理学的定律牢牢捆绑,一天天地盘旋,一天天地接近灭亡。

2009年2月10日,它们在西伯利亚的泰米尔半岛上方789公里处,以每秒12公里的速度相撞,巨大的闪光让肯塔基的天文爱好者都震惊不已。由于Kosmos-2251已经失效,俄罗斯军方并没有第一时间发现此次碰撞,但铱星的电话服务出现了有规律的中断,该公司立刻发现第33号卫星失踪了。

根据NASA的估计,这次碰撞造成了1740块大于10厘米的碎片,更小的碎片不计其数。为了躲避它们,很多卫星和国际空间站都不得不进行变轨操作。直到现在,这些碎片还在不停地进入大气层燃烧,有望在未来十年内烧完。

太空进入躲避球时代

对人类来说,能够进行绕地活动的太空范围其实并不大,而且越来越拥挤,类似碰撞的可能性越来越大。

截至2019年10月,美国太空监视网络一共跟踪了近两万个目标,包括正在运行的2218颗卫星,而这些仅仅是现有技术手段能够被跟踪的对象。

据统计,地球轨道上方共有3.4万块大于10厘米的碎片,约90万块1到10厘米之间的碎片,超过1.28亿个小于1厘米的碎片。这些碎片绝大部分是人为制造的,另外还有一些微流星,他们被统称为MMOD(Micrometeoroid and Orbital Debris,微流星体和轨道碎片)。所有MMOD都会对航天器产生危害,即便最小的物体也会产生类似磨砂伤害,这对卫星或者空间站的太阳能板和望远镜片几乎是致命的。

2018年7月2日,欧洲航天局环境研究卫星CryoSat-2正在地球上方700公里处正常运行,它于2010年4月发射,为科学家提供有关极地冰盖的数据。欧洲航天局科学家发现了一个巨大威胁:一块太空碎片正向这颗价值1.4亿欧元的卫星疾速冲来,按照当时的轨道,它们注定相撞。

7月9日,接近相撞的最后时刻,欧洲航天局启动了卫星上的推进器,将CryoSat-2推到更高轨道。仅仅50分钟后,碎片就以每秒4.1公里的速度飞过。这种惊险的场景对于2218颗卫星来说,已经是司空见惯。

1962年6月之前,地球近地轨道只有50多个目标。1962年5月10日,美国Ablestar运载火箭搭载Transit 4A卫星发射,在入轨一个多小时后爆炸,产生了300多个碎片。这是人类历史上最早出现的太空垃圾。直到2018年,Ablestar爆炸产生的垃圾还有三分之二停留在轨道上。太空从此成为垃圾箱。

上世纪70年代起,美国和苏联开始试验反卫星武器,苏联共进行了20次测试,产生700多块垃圾,其中301塊目前仍然在轨。1985年,美国也进行了反卫星武器测试,产生了100多块垃圾。在那之后,美苏两国达成协议,停止了反卫星武器的测试。

但老旧卫星依然还是会产生太空垃圾。

2001年,俄罗斯的Cosmos 2367卫星和印度的PSLV卫星先后解体,各产生超过了500多块碎片,让太空垃圾猛然增多。然后就是2009年美俄卫星的撞击,当时两颗卫星都处于高轨道,几乎以直角相互撞击,是有史以来最猛烈的太空撞击,产生垃圾直接威胁了哈勃望远镜。

这次撞击两年后,NASA对外宣布,太空垃圾已经达到了临界点,该机构的计算机模型显示,“轨道碎片数量已经达到一个临界点,其数量足以发生持续碰撞,并产生更多的太空垃圾,威胁航天器的安全”,地球轨道进入了躲避球时代。

2011年,NASA称,共有7颗卫星进行了躲避动作,欧洲航天局则进行了9次。目前美国军方每天要发布21次潜在的天空撞击警报,预计一年后将增加五倍。

2011年,欧洲航天局发布的电脑合成照片,据欧洲航天局介绍,当时约有12000块太空碎片围绕地球运转。( 新华社 图)

这些卫星未来不可能躲掉所有撞击,因为不是每颗卫星都安装了推进装置。而那些安装了推进器的卫星,每一次躲避都浪费时间和燃料,这些卫星失效后,也会变成无法操控的太空垃圾。

轨道生意

太空中另外一个争议点是对地球静止轨道的分配。

地球静止轨道是指地球赤道面上的圆形轨道,该轨道上航天器运行方向和地球自转方向一致。该轨道的卫星在监视地球表面时不用转动天线,有天然的优势。气象卫星、通信卫星、导航卫星、对地监控卫星等常采用这种轨道。

静止轨道只有一条,卫星必须分布在赤道上空的同一个圆环上。运行过程中,为了避免卫星受到不良频率干扰,需要把静止轨道卫星分开放置,这意味着轨道位置是有限的,因此,静止轨道上运行的卫星数量也是一定的,总数为1800个。这1800个位置由国际电信联盟(ITU)分配,采用先到先得的原则。许多国家为了占坑,即使没有卫星,也申请了轨道位。

南太平洋岛国汤加就抓住漏洞,申请了最后6个地球静止轨道。汤加的经济主要依靠捕鱼,椰子和国外援助,1987年他们决定占坑发展卫星事业,成立了由政府资助的Tongasat公司,CEO是汤加王国公主Salote Pilolevu Tuita。包括公主在內,Tongasat只有6名员工,公司向ITU申请到了最后6个轨道位,但他们自己也公开承认,没有任何财力去发射卫星。

由119国财团组成的卫星组织Intelsat,一直也想拥有这些轨道,不想被汤加占了先机。

1988年,经过协商,Intelsat购买了汤加王国拥有的5个轨道位,每个轨道位200万美元。

各国不断往太空增加的太空垃圾,以及相关轨道的分配,加之越来越多的太空军事行为,使得影响我们通信、定位等基本秩序的外太空变得又乱又挤。

立法和管理迫在眉睫。

太空立法

弗拉基米尔·曼德尔(Vladimir Mandl)是一位有先见之明的捷克斯洛伐克律师、作家、发明家和工程学教授。1931年,他对太空问题进行了深入的思考。当时他跟进了德国的火箭技术发展,意识到了其中的法律问题。曼德尔写出了第一本太空法的专著《平流层和国际法》,以德语出版。在这本著作里,曼德尔认为外层空间是物理上可分离的环境,应该另外立法。他认为在外层空间的飞行,超出了下层空间的控制范围,所以不受领空主权的限制。

这个观点遭到了当时苏联学者科罗温的反对。科罗温认为,无论速度和高度多少,当外太空飞行物越过本国领土并造成威胁时,这个国家可以采取任何手段进行限制。

外太空的话题刚刚引起人们关注,大国间就开始争夺解释权了。

1948年12月,美国首次发表了关于空间法的观点。在罗得岛州纽波特的美国海军战争学院,著名航空法专家约 翰·科布·库珀(John Cobb Cooper)就“国际航空法”主题做了演讲。

库珀提出了一个假设案例,并请求在场的海军军官提供意见——当领土没有接壤的A国和C国处于战争状态时,B国处于中立。A国开始使用战略导弹轰炸C国,飞越了B国,高度超越了领空范围,B国认为无法拦截此类导弹。库珀问,“这种情况下,B国的中立状态是否受到了影响?”

军官们没有给他答案。两年后,库珀为这个问题写出了一个概念性的解决方案。他认为,在向太空扩展时,就国家主权的上限达成协议是至关重要的。

1950年7月21日,一个没有引起注意但又很重要的外交事件在国际法上确立了重要先例。当时美国和英国签署了一项立即生效的协议,允许美国导弹测试范围从佛罗里达的卡纳维拉尔角向东南延伸,直至巴哈马群岛领空。这是第一个允许经过非发射国领空上空的火箭试验和使用的国际协议。

1967年,联合国通过了《外层空间条约》,这是到目前为止关于太空秩序最重要的一个文件。《外层空间条约》只是一个绰号。该文件的全称是“关于在探索和利用外层空间,包括月球和其他天体的国家活动中管理原则的条约”。

虽然名字很长,但它很好地概括了条约的实质:主权国家在太空和宇宙其他地方可以做什么和不能做什么的一系列原则。例如,各国不能声称自己拥有小行星,不能干扰其他国家卫星。

《外层空间条约》规定,所有国家都应享有自由进入太空的权利,探索宇宙应该是一个和平的事业。但是,在创造了这种对空间的“合理使用”概念后,该条约立即提出了一个重要警告:一个国家不能占用空间和天体。这意味着一个国家不能宣称自己拥有月球。这样做的动机是为了防止在太空掠夺土地。

1967年,《外层空间条约》签署时,冷战如火如荼。美国和苏联都希望防止核军备竞赛扩大到一个全新领域。随着空间技术的进步,人们担心地球轨道及其以外的区域提供了一个全新的位置,可以从该位置发射大规模毁灭性武器。这就是为什么条约中有一条是,禁止各国将核武器送入轨道或其他行星机构。

2016年1月,3枚金属球从天而降,落在越南北部偏远地区。这几枚金属球据判断应为太空垃圾。( 新华社 图)

《外层空间条约》是国家之间的协议,其规定也涵盖了私人公司在太空中所做的事情。该条约规定,不同国家必须对本国在太空中的行为,包括来自非政府活动的行为负责。这意味着,国家必须监督私营部门在太空中所做的一切。谈判过程中,苏联曾经提出禁止在太空的非政府活动,但美国坚持认为市场经济下应该允许私人公司进行太空探索。折衷之下,政府承担了对私人企业的太空监督。

过去50年中,《外层空间条约》发挥了应有的约束作用,但该条约只是制定了最低限度的规则,规则的执行方式由签署条约的每个国家决定,而且很多方面都没有涵盖,尤其是,随着时代变化,新的情况也在出现。

2019年8月,美国宇航局航天员安妮·麦克莱恩(Anne McClain)被逮捕,她被指控可能进行了人类历史上首次太空犯罪。她的丈夫,美国空军军官萨默·沃登(Summer Worden)向联邦贸易委员会提供了一份报告,指安妮·麦克莱恩在国际空间站登录了两人的联名账户,并转移了部分资产。当时夫妻两人已经分居,并处于财产分割和争夺孩子监护权的斗争中。

对这个案件的审理仍在进行中,但产生了美国法律是否适用外太空的疑问。国际空间站受一份名为《政府间空间站合作协定》的条约管辖,该条约由5个实体(俄罗斯、日本、欧洲、加拿大和美国)签署。条约规定,当宇航员在空间站犯下罪行时,只有本国有刑事管辖权。所以根据这条条约,麦克莱恩适用于美国法律。

但如果麦克莱恩不是进入美国账户,而是偷了俄罗斯宇航员的手表,那该适用什么法律?在太空时代,太空法不仅要管理飞行器,还有非常多的细目需要考虑。

特朗普最近宣布了太空军计划。这个计划全面违背联合国《外层空间条约》,违背了全球太空管理最基本,最简单的共识。特朗普时代的太空,将是更加混乱的太空。

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