美国太空监视网追踪太空碎片 人类活动污染太空

　　本文评估了与太空环境物理条件有关的太空安全指标，强调了人类活动对太空的影响。本章所述的发展指标包括各个方面，例如太空碎片的产生、稀缺太空资源的使用——例如轨道槽的注册和无线电频率分配——以及近地物体构成的潜在威胁。

　　太空碎片主要由人类太空活动产生的物体组成，反映了对所有航天器构成的威胁在不断增长并无法进行鉴别。太空碎片对太空安全的影响与本书所研究的大量关键事项关联在一起，其中包括各种轨道内太空碎片的数量、跟踪太空碎片以避免碰撞的太空监视能力，以及为减少新的碎片和未来可能为清除现有太空碎片的政策和技术努力。

　　虽然所有的太空任务都会不可避免地产生大量的太空碎片，但主要是因为火箭助推级被耗尽后并被释放到太空中漂移造成的，以及通常由例如爆炸等能量事件造成更多严重的碎片。这些碎片有的可能是无意造成的——例如弃用燃料爆炸——或者是有意造成的——例如使用动能拦截器在太空进行的武器试验。这两类事件都已经产生了数以千计的长效太空碎片。2010年打破了前三年的发展趋势，太空碎片的总数出现了相当大的增长。2007年1月，中国的气象卫星FY-1C被反卫星（ASAT）武器击毁，2008年2月，美国用一枚改进型反卫星武器（ASAT）摧毁了一颗发生故障的卫星USA-193（多数碎片都是因这种短期事件造成的），2009年2月，两颗卫星相撞——俄罗斯的卫星“宇宙2252”和美国的铱星。2011年没有发生重大的碎片产生事件。

　　由于越来越意识到太空碎片对太空资的安全影响，这已经鼓励太空行为体通过制定和执行本国和国际碎片减缓指南等步骤，减少产生新的碎片，这些也在本章得到了阐述。

　　地球轨道是有限的自然资源。希望将卫星放在轨道的行为体必须保全适当的轨道槽，以及保全部分无线电频谱，以便可以支撑其卫星通信。无线电频率和轨道槽是所有太空行动所必需的，而且某些轨道的国家分配要由国际电信联盟进行协调。确定与轨道槽和无线电频率有关的需求，以及与这些稀缺太空资源的分配与使用有关的动态调整，对太空安全都是至关重要的，因此，都要遵守通过国际电信联盟制定的现有规范和程序，以便管理和使用轨道槽和无线电频率。

　　太空安全影响

　　太空是一种严酷的环境，轨道碎片反映了对安全进入太空和使用太空构成的威胁，这是因为与航天器发生碰撞的可能性增大了。由于在近地轨道（LEO）内的轨道速度达到7.8千米/米（约30000千米/小时），小至直径为10厘米的碎片都具有时速达190千米、重达35000千克货车行进时相同的动能。虽然地球同步轨道（GEO）中的物体速度相对较低，但此高度的碎片速度仍与子弹一样快——1800千米/小时。没有卫星能幸免于此类摧毁性力量。虽然有些卫星和航天器加固后能抵挡太空碎片的轻微撞击，但要防护直径大于数厘米的物体相信还是不切实际的。

　　在轨道中，人为太空碎片的总体数量每年都在增加，并集中在人类所从事活动的轨道中。近地轨道（LEO）是最为拥挤的区域，特别是与太阳同步的区域。近地轨道（LEO）中的一些碎片会再次进入大气层，随后会因大气阻力而在相对短的时间内分解，但在600千米以上轨道内的碎片仍会有数十年甚至是数个世纪的威胁。民用、商用、军用航天器与太空碎片已经发生了大量的碰撞。虽然很少会发生，但再次进入大气层的巨大碎片还是可能会对地球构成威胁。

　　太空态势感知（SSA）能力的发展可以跟踪太空碎片并避免发生碰撞，第二章所述内容提供了重要的太空安全优势。通过遵守国家和国际规范、指南、标准和实践，努力减少产生新的碎片也能对太空安全产生积极的影响。一旦开发并使用高效的消除碎片技术措施，就可能在未来产生积极的影响。

　　稀缺太空资源的分配，包括为新兴航天国家分配轨道槽和无线电频率，会对行为体进入和使用太空产生直接的影响。太空行为体的数量正不断增加，特别是在通信领域，已经导致更多的竞争，有时在轨道槽和频率的使用上产生摩擦，从历史上看，都是先来先得。

　　增加可用轨道槽和频率带宽的措施，例如用于减少无线电信号间干扰的技术等，都可以减少竞争并增大这些稀缺资源的可用性。对可持续使用的信心可以为太空行为体创造展开无线电频率和轨道槽的协调、注册与使用等方面进行合作的诱因。在这一领域的合作也能加强对适用法规的支持力度，以拓展太空安全问题。

　　指标1.1：轨道碎片的数量

　　美国的太空监视网（SSN）是追踪太空碎片并将其编录的最全面系统，尽管技术局限性限制了在现场检查而不是连续监视，当前也限制了编录在案的物体大小，即近地轨道（LEO）大于10厘米，地球同步轨道（GEO）的更大。目前，美国国防部（DoD）使用太空监视网（SSN）编录了大约17000个直径在10厘米或更大的物体，其中只有不到5%是可运行的卫星。估计有超过30万个直径大于1厘米物体以及数百万个更小的物体。

　　影响太空碎片数量的两个关键因素就是轨道中物体的数量和每年会产生碎片的发射数量。碎片数量的扩大增加了碎片相互碰撞的概率，这样反过来会进一步产生碎片。美国国家航空航天局的一项研究表明，在近地轨道（LEO）中，碎片的相互碰撞将是未来50年内碎片产生的主要来源。由于碎片会发生碰撞并会成倍增加，从而最终可能会产生“碰撞瀑布”，这样的碎片扩散程度可能会威胁到对太空的可持续进入。近地轨道（LEO）中额外的太空碎片也可能因使用地基和天基中段导弹防御系统或太空中的其他武器试验而产生。

　　注：本图表描述了一年中进入地球轨道的物体数量。

　　从1961年到1996年，每年平均要编录240个新碎片。这些碎片主要是因新的卫星破碎和出现而产生的。从1997年10月8日到2004年6月30日，只编录了603个新碎片——数量明显降低，特别是在编录系统能力得到增强的情况下。数量下降与国际上为减少碎片做出的努力直接相关，这在1990年代得到了极大的增强，再加上这期间的发射数量也比较少。在2007年至2009年的三年间，因前面讲的重大碎片产生事件每年都有发生，所以观察到的碎片数量每年都在增加。在2011年，太空监视网增加编录了2200多块碎片（例如直径为10厘米或更大），这个数量比2010年增加了7.8%。当然，其中一些新发现的碎片可能不是2011年发生的碎片事件。随着传感器数量和质量的提升，被跟踪和被编录的轨道碎片数量也在增加。

　　诸如国际空间站之类的太空资产与未被跟踪小型碎片之间的碰撞是频繁的，但又是可管理的。虽然与较大物体碰撞的可能性较小，但在2011年4月，国际空间站不得不重新配置以避免与一个大型碎片发生碰撞。在同一个月，另一块迫近的碎片造成国际空间站乘员采取预防性措施。这两个事件如下撰述。

　　图1.3列出了太空碎片碰撞的不同严重程度。

　　2010年发展

　　自2010年以来，编录的太空碎片数量增加了7.8%，是自2002年以来的最低碎片事件数量。

　　2011年没有发生重大的碎片产生事件，这也是自2002年以来所确认的卫星解体事件数量最低的年度。此外，也只产生了数十块直径大于10厘米的长命碎片。

　　2011年，美国太空监视网监测到三个标准卫星解体。其中两个来自于俄罗斯“质子DM”火箭上段的辅助发动机。第一次解体是2007研制的“宇宙”导航卫星的小型损耗发动机， 2011年8月18日，它在540千米到18965千米的轨道上解体。在2011年11月17日的第二次解体中，一颗“宇宙”任务卫星的损耗发动机在420千米到18620千米的轨道上破裂。这两次解体产生的碎片都没有被美国的太空监视网编录在案。

　　第三次解体发生在2011年12月19日，那时中国的CZ-3B/E运载火箭在发射数天后，其第三级分解为数十个碎片。这些事件发生在地球同步轨道，轨道高度在230到41715千米，倾斜度为24.3度。

　　尽管解体的数量相对较低，但截至2011年12月，美国SSN已经登记了17147个物体，反映了自2010年以来可跟踪的太空碎片增加了7.8%。相比之下，从2009年到2010年可跟踪碎片只增加了5.1%或809个物体。美国记录的跟踪物体直径大于10厘米的有1248个，增加了7.8%。增加的部分原因是因为美国联合太空作战中心（JSpOC）增加了对此前非编目物体的跟踪，这些物体是已经存在于过去备份目录中的碎片。虽然JSpOC可能跟踪大约22000个物体，但只有对目录物体才可以识别，从而有助于具体的发射和发射国。

　　*这些总数仅包括可跟踪的碎片（一般>10厘米）。

　　2011年发展情况

　　2011年经历了十年内最大规模新型飞行器的部署

　　2011年发生的发射活动要多于前十年的任何一年。总计有80次发射活动，在轨道中放置了126个新卫星。有这么多发射的最后一年是2000年。到2011年的12月31日，总计有994颗卫星在地球轨道上运行。多数现役的航天器都位于近地轨道和地球同步轨道中，许多属于美国和俄罗斯实体。471颗现役卫星在近地轨道中，419颗在地球同步轨道中；441颗卫星是美国的，101颗是来自俄罗斯。

　　太空安全影响

　　虽然2011年经历了发射数量增长的情况，并且新的卫星进入轨道，但也要看到在将近十年里，发生破碎和产生碎片的事件数量也是最低的。这种趋势对外太空的安全是积极的。无论如何，被跟踪和编录的碎片以及轨道中活跃物体的总体数量仍会增加，这将进一步加剧亦已拥挤的轨道和增大了意外碰撞的风险。有些航天器，其中包括永久居住的国际空间站，不得不时时使用规避机动以避免被太空碎片击中。有些近地轨道中的碎片会再次进入大气层，并很快会因大气阻力而分解，但在600千米高度以上轨道中的碎片将会在数十年里甚至在数个世纪里都会构成威胁。

　　指标1.2：了解太空碎片威胁情况并努力制定和执行国际性措施解决问题

　　对太空碎片威胁情况了解的增多已经达成了许多努力，以减少新碎片的数量。1995年8月，美国航空航天局首先发布了有关限制轨道碎片的《1740号美国航空航天局安全标准》。2000年12月，美国政府发布了正式的太空经营者轨道碎片减缓标准，这是由国防部和美国航空航天局共同制定的。2004年，美国联邦通信委员会（FCC）强制要求卫星经营者将寿终正寝的地球同步卫星转入“坟地轨道”，也就是地球同步轨道（GEO）上空200到300千米处。2005年，新的规定生效，要求卫星系统经营者提交轨道碎片减缓计划。2008年，美国航空航天局公布了重新编辑的《限制轨道碎片手册》，内容包括碎片减缓程序的科学背景。

　　欧洲航天局（ESA）在1998年发起了太空碎片减缓的工作。欧洲航天局的《太空碎片减缓手册》出版于1999年，并在2002年进行修订。同样在2002年，欧洲航天局发布了《欧洲太空碎片安全和减缓标准》，并在2003年发布了新的碎片减缓指南。同样，欧盟提出了《开展外太空活动的国际法案》，到2011年底，最新的草案仍是国际磋商的主题，号召各国“禁止有意摧毁任何在轨太空物体或其他活动，这将可能产生长命的太空碎片”。

　　跨机构太空碎片协调委员会成立于1993年，作为一个国际性论坛来协调各种太空机构的工作，以解决太空碎片提出的问题。到2010年，跨机构太空碎片协调委员会的成员包括意大利航天局（ASI）、法国航空航天局（CNES）、中国国家航天局（CNSA）、加拿大航天局（CSA）、欧洲航天局（ESA）、ISRO（印度空间研究组织）、日本宇航探索局（JAEA）、美国航空航天局（NASA）、乌克兰国家航天局（NSAU）、俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）和英国航天局。

　　虽然各国的碎片减缓指南有不同，但还是有广泛的一致。例如，各国都明确了正常运行期间将碎片减到最小。然而，与碎片减缓指南不一致的意见仍是外太空安全的关键问题。多数国家要求残存的推进剂、电池、调速轮、压力窗口和其他仪器在其运营寿命的末期进行废弃或失效。所有大国的碎片减缓指南都明确了对地球同步轨道卫星的处置，特别是在地球同步轨道上方235千米的“坟地轨道”内进行处置，并且多数国家寻求在25年内将近地轨道内的无用航天器移走。

　　1994年，联合国和平利用外太空委员会的下属科技委员会开始讨论太空碎片问题，并在1999年发布了有关太空碎片的技术报告。2001年，联合国和平利用外太空委员会要求跨机构太空碎片协调委员会（IADC）制定一套国际碎片减缓指南，在此基础上于2005年制定了自己的指南预案。2007年，这些指南被联合国和平利用外太空委员会采用，并由联合国大会签署生效，作为所有国家应遵守的志愿措施。《开展外太空活动的国际法案》草案也号召签约国再次确认他们对联合国和平利用外太空委员会太空碎片减缓指南做出的承诺。

　　国际和国家碎片减缓指南的不断发展得到了物理移除碎片技术研究的补充。然而迄今为止，尽管在此领域的领域还在继续，但积极消除碎片（ADR）机制还没有得到执行。

　　2011年的发展

　　不受控制的卫星再次受到主流媒体的注意

　　2011年9月24日，美国航空航天局高层大气研究卫星（UARS）再次进入大气层并掉落到地球上。高层大气研究卫星在格林尼治标准时间0400分进入位于南纬14.1o、西径 170.2o的太平洋中部。虽然类似尺寸的卫星平均每年都一次重返地球大气层，但高层大气研究卫星重返大气层在数周内成为主要的新闻话题。有关高层大气研究卫星的新闻成为主流出版物和通讯社的专题报导，例如美国广播公司（ABC）新闻、纽约时报、福克斯新闻。许多的专题报导采用担心的调子，提出卫星的重返及其不确定的撞击点是地球要关注的原因。其他的新闻试图消除这种恐惧，例如，指出高层大气研究卫星的碎片击中地球上的人的几率是1/3200。

　　差不多一个月后的2011年10月23日，德国X射线天文卫星ROSAT再次进入孟加拉湾上空的地球大气层。尚不清楚是否有任何卫星的碎片到达地球。ROAST的重返也受到了世界各地主流媒体的关注，例如美国广播公司新闻、电讯、福克斯新闻、《每日邮报》之类的专题报导出现在各大新闻来源中。在高层大气研究卫星的覆盖范围内，围绕着ROSAT重返的新闻关注的是卫星碎片是否会危及地球上的人。主流媒体报导的这两起事件是如此普遍受关注，以至于将它们称为2011年最难忘太空飞行新闻列表上的第一号新闻。

　　虽然这些重要事件受到最主流媒体的关注，但高层大气研究卫星和ROSAT只是在2011年重返地球大气层39个卫星中两个。2012年初的“火卫一—土壤”重返也得到了主流媒体的报道（有关“火卫一—土壤”的进一步信息见第二章）。重返大气层事件的增长并非意料之外，这是因为在2013年将会出现一段时期的太阳活动高峰（例如太阳能最大）。更大的太阳活动将扩张大气层，增大大气密度，从而对低于900千米的高度的物体产生更大阻力。在高太阳活动周期内，较低高度中的物体预计将有他们的高度降低比在较低的时期太阳活动多达十倍的速度（例如，太阳活动极小期）。

　　2011年的发展情况

　　轨道碎片对航天器运行的影响继续增大

　　2011年4月1日格林尼治时间02时36分，一块2009年铱星与“宇宙”卫星碰撞产生的具有潜在威胁的轨道碎片，迫使用飞行控制器重新定位国际空间站。四天后，即2011年4月5日，一块来自2007年中国反卫星武器试验产生的轨道碎片在距离国际空间站4.5千米的范围通过，强迫船员采取预防措施。国际空间站的三名船员关闭了各个空间舱之间的舱门，并躲进了“联盟TMA20号”宇宙飞船中，该船是作为船员的救生舱。据NASA报导，在格林尼治标准时间20时21分该块碎片靠的最近。由于没有及时进行提醒，所以没有采取规避机动。2011年9月29日，国际空间站进行另一次规避机动，以应对来自Tsyklon火箭体的一块碎片。

　　加拿大的RADARSAT卫星在2011年进行了五次规避，以避开太空碎片。这些规避都是根据美国战略司令部的警报和加拿大航天局（CSA）进行的数学关联分析。根据空间科学和技术机构总干事戴维·肯德尔所说：“侥幸避开的碰撞数字正在上升，且相当惊人”。从2011年4月至12月之间，RADARSAT-1接到了14次靠近警报，其中2次需要进行规避。RADARSAT-2接到14次警报，其中3次需要规避。

　　在2011年，美国国家航空航天局对其机器人卫星进行了九防撞机动。九次中的四次规避是为了避开中国在2007年进行反卫星武器试验生成的碎片和2009年铱星-“宇宙”卫星碰撞产生的碎片。

　　2011年的发展情况

　　各国表示遵守国际太空碎片减缓指南

　　从2011年7月至9月的两个月里，ESA将它的地球观测卫星ERS-2机动至寿命较短的处置轨道。EAS共进行了60次的机动，将2.1公吨的ERS-2从785千米的轨道移动至平均高度为573千米的轨道上。在这个高度上，ERS-2将在大约15年时间后脱离轨道，这个时间框架是根据自己的指南和国际建议确定的。

　　中国在一份官方白皮书中概括了其2011年的太空活动，它表示“已经稳步推进其太空碎片减缓工作，全面停止使用‘长征’火箭，并将一些老化的地球同步轨道卫星脱离轨道”。中国承诺致进一步加强其“有关太空碎片监测和减少的工作，以及航天器的保护工作”，以及采取“措施以减少航天器和运载火箭完成任务后留下的太空碎片。”

　　2011年，美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局（NOAA） 依照美国和国际准则将两颗大的地球同步轨道卫星移入“坟地”轨道。2011年11月28日，NASA使用两次重度燃烧后，将通信卫星TDR4转移至地球同步轨道上方300～500千米的处理轨道。2011年12月9日，再次实施机动以消耗过期卫星的剩余燃料。2011年12月6日，美国国家海洋和大气管理局用GOES15取代了GOES11。2011年12月16日，美国国家海洋和大气管理局进行了两次机动转移。

　　GOES11被送到地球同步轨道上方350千米的轨道上，然后耗尽其剩余推进剂。在2011年除了TDR 4和GOES11，地球同步轨道中属于美国的其他四颗卫星也依据指南进行了处置。

　　2011年6月，在JAXA Akari红外天文望远镜停止运行后，被转移至较低的轨道来限制其在太空的剩余时间，“该望远镜在那里可能对运行中的航天器构成危害，或者在那里与另一个物体发生碰撞而产生碎片”。Akari的最初运行高度大约为700千米，现根据国家和国际指南被转移至高度为440千米的轨道上，以确保它在未来的25年内衰减。

　　2011年的发展

　　国际上对轨道碎片的认识增强并继续着手解决

　　2011年9月1日，美国国家研究理事会（NRC）发布了一份详细的报告，回顾了“NASA当前对流星体和轨道碎片所做的工作，并建议美国国家航空和航天局是否应该增加或减少工作或追求新的方向”。NRC的航空和航天工程董事会成立了美国国家航空和航天局轨道碎片项目评估委员会，负责编写和编制报告。唐纳德·凯斯勒博士是一位退休的美国国家航空和航天局资深科学家，负责领导这个由13位专家组成的委员会。

　　报告指出，“根据少数合理的假设”，轨道碎片的数量可能已经达到“临界点”。“临界点”指的是就在此刻，轨道中太空碎片数量将会因碎片本身相互碰撞而增多，甚至以级联的和不可逆转的方式产生更多的碎片，也称为凯斯勒综合症。这个过程在近地轨道中最为迅速，但也会在较长时间内出现在地球同步轨道中。报告认为，一旦跨越了这个门槛，碎片减缓的努力将不再足以稳定近地轨道中的碎片数量。在这一点上，积极消除碎片（ADR）或补救将成为必要的安全与保障太空运行措施。然而，这种情况越来越频繁地表现在意外碰撞上，这可能需要几十年的时间才能变得明显。在此期间，运行中卫星受到严重破坏的概率将增大，或任务终止的概率也变得更可能，因此必须对状况进行认真的监测。报告指出，尽管美国国家航空和航天局已经承认需要积极消除碎片（ADR），但更多的工作必须要付诸实践才能完成。由于任何轨道碎片清除计划都要越过“至关重要的国家和国际法律门槛”，所以该报告建议，NASA通过其总法律顾问与美国国务院一起，探讨积极消除碎片（ADR）的法律和外交方面事务。

　　2011年3月1日，美国国家航空航天局和美国国防部在得克萨斯州的休斯顿举行了第14轨道碎片工作组（ODWG）会议。在会议上，这两个部门在《2010年美国国家太空政策》指出，NASA和国防部共同寻求研究和开发技术和方法，“以减少和消除在轨碎片，降低风险和增强对当前和未来的碎片环境的了解”。该政策呼吁国防部和美国国家航空和航天局“跨机构确认潜在的碎片消除技术预案，并在NASA和国防部之间形成协作性的环境，共同实现轨道碎片的协同效应”。2011年8月29日，负责政策的国防部副部长下属太空政策办公室与NASA举行了专题讨论会，以协调ODWG以外有关政策指导的机构活动。

　　就像前面提到过的发展情况， 2011年12月29日，中华人民共和国发布了一份白皮书《2011年中国的航天活动》。白皮书强调了在过去的五年里，将轨道碎片减缓作为其太空活动一项关键优先任务，并将延续到未来。

　　2011年2月3日，国际跨学科太空碎片代表大会发布了报告《长期可持续性的太空活动：克服空间碎片的挑战》，并将该报告给提交给联合国COPUOS。该报告是2009年5月8至9日在加拿大蒙特利尔以及2010年4月29至30日在德国科隆召开的两次国际跨学科会议形成的产品。

　　报告旨在“客观地展示空间碎片的现状，评估当前碎片减缓措施的有效性，以及其他提出改进当前和未来太空碎片减缓措施和/或补救工作方面的建议”。该报告的结论认为，在采取任何解决方案之前，公众有必要达成对碎片及其相关风险问题的普遍认识，否则要维持现状是不可能的。该报告还考虑了其他可能的解决方案，包括将COPUOS《碎片减缓指南》转变为原则，采用太空行为准则和工业标准，并建立一个“公共的、开源的、全球的SSA太空物体目录和跟踪网络”。最终，该报告代表了多年来跨学科、国际的、共同应对挑战的努力，阐明了太空碎片所提出的挑战以及对应对挑战的可用选择办法。

　　2011年3月，国际通信卫星与加拿大MDA公司签署了一项协议，长期租用该公司的卫星在轨服务航天器，称为空间基础设施服务（SIS）载具。然而在2012年1月16日，国际通信卫星和MDA公司决定取消他们涉及SIS服务的合作协议。

　　2011年11月2日，美国国防高级研究计划局（DARPA）宣布其新的“凤凰”计划，旨在“开发和演示技术，以便共同从地球同步轨道中的退役和失效卫星上收获和重复使用有价值的卫星组件，以及展示在大大降低成本的情况下能够创建新的空间系统的能力”。

　　本质上，“凤凰”计划旨在“改变地球数千英里上空的太空垃圾的用途，使其成为宝贵的卫星零件，甚至全新的宇宙飞船” 。

　　太空安全的影响

　　全球对太空碎片构成威胁的正确评估不断增强，对外太空的可持续发展形成积极的认识，成为解决太空问题的方案组成部分。

　　虽然政策制定者正着手强化现有的碎片减缓指南，但科学家和工程师们的研究已经进入下一阶段：消除轨道碎片，这是对轨道碎片减缓的必要补充，这样可以确保持续的太空安全。但是，这种自愿性指导方针还不足以解决这个问题，正如一些航天器经营者并没有按照要求将地球同步轨道中的卫星寿终正寝。

　　指标1.3：无级电频谱和通信带宽的需求

　　无线电频率

　　无线电频谱是电磁频谱的组成部分，可以实现无线电信号的发送。频谱分为各种频率带宽。频率的单位一般是赫兹，是以每秒钟的周期来界定的。无线电信号也可以是以其波长为特点，也就是与频率相反的。更高的频率（更短的波长）能够比更低的频率（更长的波长）发送更多的信息，但需要有更多的功率来传输更长的距离。

　　在美国，某些广泛使用的频率范围已经按字母顺序对带宽进行命名。通信卫星主要使用L波段（1-2GHz）和S波段（2-4GHz）用于移动电话、船舶通信和消息发送。C波段（4-8GHz）广泛用于商业卫星经营者，可以提供各种类服务，例如漫游电话服务，而Ku波段（12-18GHz）用于在卫星用户之间提供连接。Ka波段（27-40GHz）现在被用于宽带通信。超高频、X波段和K波段（分别为240-340MGHz、8-12GHz和18-27 GHz）在传统上已经留作美国军方使用。

　　大多数卫星通信低于60GHz；因此各行为者正在争夺一个相对较小部分的无线电频谱，竞争尤其激烈的频谱低于3GHz的那部分。另外，7-8GHz波段通常由GEO卫星使用，运行在此波段的卫星数量在过去的二十年里快速增长。因为许多卫星争夺这个有利的频率和更紧密的轨道槽，所以意外信号干扰的风险增大了。

　　最初在1994年被采用的国际电信联盟章程负责管理国际共享的有限无线电频谱和轨道槽，这些都是GEO中的卫星所使用。该章程的第四十五条规定，“所有电台……建立和运营的方式必须不会对其他成员的无线电服务和通信产生有害干扰”。军用通信不受国际电信联盟章程的管理，但他们必须遵守防止有害干扰的措施。它也观察到，随着军事对带宽的需求增长，“来自军事通信和跟踪系统对卫星通信的干扰正在上升”。

　　尽管拥挤的轨道会导致信号干扰，但正在开发的新技术可以对使用更多频率进行管理，允许更多的卫星不受干扰地运行在很近的距离上。跳频、低功率输出、数字信号处理、频率敏捷收发器和软件管理的频谱等，有可能大大提高带宽的使用并缓解带宽分配冲突。当前的接收器比几十年前的有更高抗干扰能力，反映出需要增加频率的使用和共享。重要的研究包括正在进行使用激光通信，特别是军队。激光传输信息拥有非常高的比特率和有非常紧密的光束，可以允许收紧放置卫星，从而减轻当前太空中的交通堵塞和干扰。

　　当两个航天器需要在同一时间使用相同的频率时，就会出现干扰问题，它们的视野会重叠，或者在彼此非常接近的距离上发射。虽然干扰并不流行，但它是卫星运营商日益关注的一个问题，尤其是在拥挤的太空中。减少这种干扰的一种方法就是，确保所有太空行为体获得合理的和足够的带宽。为此，美国国防部向商业部门的第三代无线通信公布了部分军方保留的频谱，范围从1.710至1.755 GHz。如下所述，在2011年情况发生变化，当时它得知电信公司LightSquared展开了数以千计高功率发射器，这些将会干扰美国的GPS信号，凸显了太空可持续运营之类问题的重要性。

　　轨道槽

　　今天的卫星主要使用三个基本轨道区域：LEO、MEO（中高地球轨道）和GEO（见图1.1）。截至2012年4月1日，大约有999颗卫星在运行，其中470颗在LEO、69颗在MEO、424颗在GEO、36颗在高椭圆轨道（HEO）。HEO越来越多的被用于为特定的应用，比如早期预警卫星和极地通信覆盖。LEO通常用于遥感和地球观测，MEO拥有基于太空的导航系统，如美国全球定位系统（GPS）。大多数通信和一些气象卫星处在GEO中，这是因为在此高度的轨道运动与地球的24小时旋转保持同步，这样在GEO中的卫星就是“挂”在地球上的一个点。

　　GEO槽位于地球赤道上方或靠的非常接近。同样也期望这样的低倾角可以使卫星足迹的可靠性最大化。美国感兴趣的轨道弧介于西60度至135度，因为这个地区的卫星可以为整个美国大陆提供服务；这些轨道槽也适合其他美洲地区。对欧洲来讲，类似的理想地点在非洲，而亚洲的理想地点在印尼。

　　由于电视或宽带应用的距离远且使用高带宽信号，所以GEO卫星必须生成大功率传输装置向地球传递强信号。为了避免射频干扰，GEO卫星必须维持一个最低的2度和最高9度的轨道分离，这取决于他们收发信号的波段、他们提供的服务及其地面天线的视野。因此，只有有限数量的卫星可以占据主要赤道（0度倾斜）轨道。在围绕美国大陆的赤道弧上，用于有限数量卫星的空间是极其受限的。为了处理有限可用轨道槽，国际电信联盟章程规定，包括GEO在内的无线电频率和相关轨道“必须合理、高效和经济使用……这样国家或国家集团可能公平使用这些频率和轨道”。但是在实践中，GEO中的轨道槽已经奠定了先到先服务的原则。

　　公平待遇已经进一步损害了国际电信联盟一连串的早期注册，通常所谓的“纸卫星”，再结合国际电联收入不足以及对卫星网络归档费用的纠纷。“在国际电信联盟之前一度大约有1300份卫星网络归档文件（应用程序），其中大约有1200份归档文件是针对纸卫星”。ITU费用表把归档文件复杂性、大小与费用联系在一起，并在2008年进行最后一次更新。虽然支付570美元的费用就可以提出将近60000美元的复杂申请，但还是需要进行大量的协调。减少不必要注册的额外措施包括，对要发射卫星进行为期七年的在线申请，在建立归档文件的时候提供预先发布的信息，以便验证意图的严肃性并在六个月支付建档费用。

　　最初，对MEO区域中的拥挤情况并没有引起关注，这是因为此区域的主要用户仅有美国的全球定位系统和俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）。然而，当俄罗斯增加了更多的卫星，并且如果中国和欧盟发展与计划自己的星座时，会出现更多的问题。ITU要求注册这些星座的运行频率，但并不规定特定的轨道槽。所有这四个系统使用或将使用不同倾角的多个轨道，并且每个系统都有不同的运行高度。尽管这对日常运行不会带来问题，但如果未能妥善处置寿终正寝MEO卫星，并且如果在另一系统的运行高度进行处置，就可能导致在未来出现问题。

　　2011年发展

　　LightSquared电信计划与美国的GPS信号建立联系

　　2011年1月24日，美国联邦通信委员会（FCC）有条件地批准了美国电信公司的LightSquared计划，部署40000部高功率发射器为客户提供宽带服务，尽管意识到他们会干扰附近的GPS信号。这种干扰会发生的，这是因为“GPS频带的下限与LightSquared分配的边缘频率距离不到5MHz”。如果LightSquared的发射器得到部署，将会产生足够的噪音来阻止接收器“听”到弱的GPS信号。这些结论得到两份技术报告的支持，一份是由白宫特许专门小组，即国家天基定位、导航和定时系统工程论坛（NPEF）制定的，另一份是由技术协会，即航空无线电技术委员会制定。

　　FCC授权LightSquared的工作条件，它将与美国全球定位系统行业协会和美国军方一起经营GPS，“以便确定干扰的程度并制定缓解措施”。2011年5月31日完成了测试，最终报告在六月中提交给FCC。该报告认为，“尽管LightSquared下行链频率顶部10 MHz波段的设备和传输装置的测试结果不同——该波段最靠近GPS频率——但会对大量的遗留GPS接收器性能产生不利影响。不过LightSquared也宣称，针对这种导致部分GPS接收器出现故障的干扰，设备制造商要确保他们的设备配备有阻挡来自邻近频率噪音的设备。

　　美国众议院拨款委员会批准停止为LightSquared公司进一步支出，直到FCC解决GPS干扰问题才有条件的豁免。LightSquared予以了反驳，从FCC寻求确认其有权使用FCC授权给公司的频谱，以及认为进行GPS干扰保护缺乏法律基础。该公司声称GPS设备不仅得到进入RNSS波段运行的授权，而且也进入到LightSquared分配的MSS波段中。

　　LightSquared后来推荐由三部分组成的解决方案来解决干扰GPS信号问题：它“将其陆地基站功率降低至”授权的级别，同意暂停使用其L波段下行链频率的上部10 MHz，并只使用其L波段下行链频率中较低的10 MHz的频率来启动商业经营。然而，这个提议未能消除令人担心的干扰问题，所以联邦机构和高管呼吁进一步测试。此项测试得出结论，认为LightSquared网络“原始的和修改的计划”将会“对许多GPS接收器造成有害干扰”。2012年2月14，FCC发表声明说，它将撤销LightSquared的有条件执照。

　　太空安全影响

　　太空资源的有限性，如轨道槽和无线电频率等，将对现有太空行为体和新兴太空行为体对太空的使用继续构成复杂的治理挑战。新兴航天国家对属于自己的轨道槽和无线电频率的需求，不仅增加了本已拥挤不堪的环境压力，同时也对先到先服务的原则进行公平分配的质疑。此外，发生有意和无意频率干扰仍将是可预见未来的一个重要的太空安全问题，这需要更有效的监管制度，正如本章所述LightSquared发展那样。

　　指标1.4：来自近地轨道碰撞的威胁和解决方案的进展情况

　　近地物体是指小行星和彗星，它们的轨道非常接近地球或贯穿地球的轨道。NEO被细分为近地小行星（NEA）和近地彗星（NEC）。这两种都是潜在危险对象（PHO），那些与地球轨道相交的NEO，对地球本身的影响概率都比较高。按照概率来讲，由于彗星代表整体碰撞威胁的一个非常小的部分，大多数NEO研究人员普遍关注潜在威胁小行星（PHA）。PHA是指其轨道在地球轨道0.05天文单位范围内的小行星，它的亮度级大于22（直径大约150米）。到2011年底，有8453个已知的NEA，其中839个的直径是1千米的直径或更大。

　　最初的努力是寻找具有威胁的NEO，重点是寻找所谓的“文明杀手”级的，也就是直径等于或大于1千米的NEO。据估计，在此级别上大约有1100个物体，它们的撞击力可能会消灭地球表面的区域。然而，现在有越来越多的人一致认为，最大的威胁不是来自能摧毁整个地球的小行星，而是那些有可能破坏大城市等地域的小行星。这些物体的直径大约是45米，其中一个在1908年在西伯利亚的通古斯引起爆炸。

　　持续的技术研究正在探索如何缓解NEO与地球发生碰撞。由于任何具有撞击力的NEO都极具高质量、速度、距离，所以挑战是巨大的。缓解方法根据潜在撞击事件发生前预警时间的长短分为两类。如果预警时间大约数年或者几十年，可采用恒定推力方法逐渐改变NEO的轨道。如果预警时间相对较短，那么可能采用某些动力学方法。动力变位法可能包括用一系列动能弹撞击NEO，但是一些研究人员提倡使用在附近爆炸核武器，以试图改变NEP的轨迹。然而，这种方法会对环境和外太空的稳定产生更多的威胁，并将带来复杂的技术挑战和政策影响。

　　国际上对NEO构成的潜在威胁的认识日益增强，已经促使在各种与缓解有关的挑战与政策多边论坛上进行讨论，如下所述。

　　2011的发展

　　国际社会认识到NEO问题并继续就解决方案展开讨论

　　2011年5月9 到12日，由罗马尼亚空间局主办，国际宇航科学院（IAA）在罗马尼亚首都布加勒斯特举行第四次行星防御会议，会议增强对NEO问题的国际认识并商讨了解决方案。会议产生了一份白皮书，概括要点和会议的建议。这些要点按标题进行编制，分别为“发现和描述”、“威胁”、“偏转和扰乱”、“教育公众”、“民间防御”和“法律和政策”等。对主要空间机构提出的建议包括为一些事件做好安排，例如发现几乎没有预警到的物体、展示各种偏转和破坏选项的任务以及把握“可驯服时刻，比如这年11月接近的2005 YU55号小行星，这有助于公众理解风险和缓解。

　　2011年末，德国航空航天中心（DLR）宣布，它将协调一项多年度的国际性合作，“详细调查三项最有前途的缓减技术”来应NEO威胁：“动能撞击器、爆炸变位和策略牵引机”。这是较为积极主动的，“近地天体盾牌”汇集了来自6个不同的国家的13个伙伴组织，其中包括美国和俄罗斯，目的是检查缓解方法、NEO物理性质、技术开发、演示任务和全球反应战役路线图。

　　加拿大的近地天体监测卫星（NEOSSat）是“世界上第一个专门探测和跟踪小行星和卫星的太空望远镜”。NEOSSat的发射原定于2010年，但新的发射日期定在2012。加拿大国防研究与发展 （DRDC）和CSA共同资助此项目。

　　加拿大微卫星系统有限公司在光谱应用研究和COM DEV国际的支持下，正在建设手提箱大小的微卫星。NEOSSat每天将收集数以百计的图像，由卡尔加里大学的NEOSSat科学操作中心进行下载和分析。该计划将使加拿大“有助于编录近地小行星数量和各类的国际性努力，生成对目标锁定至关重要的信息，为未来的太空探索任务确定新的目的地”。

　　虽然国际上对NEO的认识已经增强，但威胁地球的物体数量仍低于先前所认为的。根据1998年美国国会指示，美国的NASA的喷气推进实验室（JPL）在2011年9月29日宣布，它已完成了对NEO数量的更精确统计。喷气推进实验室的调查确定了地球1.95亿千米范围内至少90%的物体的数量和大致位置。

　　*直径大于等于1千米

　　天文学家们此前估计，有35000中等大小的NEO（介于100和1000米）和1000个更大的NEO。完成这项研究后，喷气推进实验室将中等大小NEO的数量修订到19500个，将大型的数量修订到981个。该数据是由广域红外勘测探测器（NEOWISE）采集的。2010年1月至2011年2月，“NEOWISE对整个天空碗扫描了两次”。产生的数据被用于一个抽样技术中以生成最终的数字。5200个中等大小的物体和911个大型物体被编目，并且现在也被跟踪。

　　2011年发展

　　联合国COPUOS在达成可行的创造性威胁缓解方案方面取得进展

　　联合国COPUOS第14行动小组“正在制定进程建议，以便协调有关国际来源的NEO发现和跟踪信息，汇总新兴航天国家设计任务和活动，使民间防御机构和救灾机构参与活动计划的制定，并定下与缓解工作相关的决心”。该项工作是基于行动小组成员收到的输入信息，特别是太空探险者协会和其专门小组关于小行星威胁缓解的报告，该报告题为《小行星威胁—呼吁全球反应》。在2011年8月和11月，安全世界基金会和太空探险者协会主持了两次NEO专题讨论会，为第14行动小组提供支持。

　　太空安全影响

　　就协作性NEO探测、预警和决策方面而言，鼓励和加强空间态势感知、数据共享和增强空间安全性等方面的国际合作取得了进展。虽然NEO碰撞可能会产生有害的效果，但通过合作性的多边努力可解决这个挑战，并通过加强不同太空行为体之间的联系，从而对太空安全产生积极的影响。    知远/沈松