去年，肯尼亞馬瓜尼縣一枚重達近 500 公斤的金屬環從空中落下。圖片來源：Anadolu/Getty

去年 12 月 30 日下午 3 點，肯尼亞馬庫埃尼縣穆庫庫村的居民被一聲巨響驚醒。田野中央有一枚神祕的、冒煙的金屬環，直徑 2.5 米，重近 500 公斤。2023 年 5 月，在烏干達西部的其他地方，村民報告說，他們看到天空中出現火光，隨後碎片如雨點般落下，殘骸散落在 40 公里寬的區域。

這些不是普通的隕石——它們是廢棄衛星和廢火箭級的殘餘物，毫無徵兆地返回地球。

征服地球太空垃圾問題的探索

這些事件並非孤例。從德克薩斯州到沙特阿拉伯，從開普敦到亞馬遜雨林，世界各地發射到低地球軌道 (LEO) 的物體現在都正在落回地球。有些物體在大氣層中燃燒殆盡，但有些物體——尤其是那些由鈦和耐熱太空合金製成的物體——在重返大氣層後倖存下來，並墜落地面，有時墜落在人口稠密的地區。

問題越來越嚴重。隨着商業航天的快速擴張，每年都有數千顆衛星被髮射。然而，很少有衛星擁有者計劃以可控的方式將它們從軌道上移除。

無論身處何地，地球表面、飛機上還是太空中的每個人，都越來越面臨這些拋射物的威脅1。

航天國家和公司必須緊急應對這一威脅。太空垃圾不受控制地重返大氣層不僅僅是一種麻煩，它還是一個法律、環境和潛在的災難性問題。如果沒有新的政策和緩解策略，這些事件導致生命損失只是時間問題。

上述問題日益嚴重

低地球軌道是距離地球表面 160 公里至 2,000 公里的太空區域，也是最擁擠的軌道區。它是成像衛星、氣象和通信星座以及國際空間站(ISS) 等空間站的所在地。

這也是太空中垃圾最多的區域，其中有超過 6,000 噸的人造物體。世界經濟論壇預測，到 2030 年，將有超過 60,000 顆衛星被髮射，其中大多數註定會成爲垃圾2 , 3。

全球太空交通管理的四個步驟

大多數衛星重返大氣層都是不受控制的。一些航天機構故意將報廢衛星送入海洋。然而，許多運營商只是讓它們自然衰變，不確定它們會落在哪裏。地球上的任何地方都可能成爲危險地點。

當低地球軌道上的物體受到大氣阻力時，它們會逐漸減速並盤旋返回地球。較小的碎片在重返大氣層時會燃燒殆盡，但較大的碎片（火箭級、燃料箱和衛星部件）通常會倖存下來，以每秒數百公里的速度撞擊地球。它們撞擊釋放的能量相當於一枚小型導彈4。重返大氣層的速度越高，碎片散佈的範圍就越遠。

預測墜毀地點極其困難。當物體從太空墜落時，它墜向地球的路徑並不是一條直線，甚至不是平滑的。預測它的着陸位置需要進行復雜的計算，並考慮許多因素，包括地球自轉、重力、風以及物體的初始速度和高度5。數學模型（例如 NASA 的物體再入生存分析工具和簡化的一般擾動模型）可用於估計衰減軌道碎片的軌跡。

2014 年 4 月，在巴西薩利諾波利斯發現了一大塊宇宙飛船殘骸。圖片來源：Tasso Sarraf/AFP/Getty

歷史一再表明，危機往往被忽視，直到它們升級爲災難。太空垃圾也不例外，不緊急處理可能會帶來災難性的後果。想象一下，一顆重達數噸的大型衛星毫無預警地重新進入地球大氣層。與 2001 年和平號空間站的受控下降不同，這個物體很可能會偏離軌道並撞向一座城市。破壞將是災難性的，帶來法律、政治和金融混亂。

風險不僅限於地面撞擊。一個主要但很少被討論的擔憂是墜落的碎片可能與商用飛機相撞。在任何時候，全球都有超過 10,000 架飛機在空中飛行。密集、高速的物體在繁忙的空中走廊中不受控制地下降可能會導致空中災難。目前，沒有全球協議來警告飛行員或航空公司即將來臨的太空碎片。2022 年，美國領空因不受控制的火箭體重返大氣層而短暫關閉。儘管這種關閉很少見，但全球太空活動的增加使類似事件更有可能發生，這凸顯了對碎片減緩和受控重返大氣層制定更嚴格規定的需求，以防止未來的中斷和安全隱患。

連鎖碰撞威脅

除了直接威脅墜落的碎片之外，還有一種名爲“凱斯勒綜合徵2”的隱患。該現象由美國宇航局科學家唐納德·凱斯勒於 1978 年提出，預測低地球軌道物體的密度將達到一定程度，以至於它們之間的碰撞會產生更多的碎片，從而引發一系列進一步的碰撞。

這種自我延續的循環可能會導致某些軌道區域無法使用，對衛星、太空任務和國際空間站構成風險。截至 2021 年，軌道上有超過 4,000 顆活躍衛星，估計有 600,000 塊大小從 1 到 10 釐米不等的太空垃圾6。平均每年有一顆衛星因與另一顆衛星或碎片相撞而毀壞。

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越來越多的太空垃圾不再是遙遠或假設的威脅，而是迫在眉睫的危險。歐洲航天局 (ESA) 估計，截至今年 2 月，地球軌道上目前有超過 36,000 個大於 10 釐米的物體被追蹤，而地球軌道上有超過一百萬個 1 釐米至 10 釐米之間的物體。即使是微小的碎片（許多碎片太小，無法被當前的跟蹤系統檢測到）也會因其飛行速度而造成巨大破壞。國際空間站依靠防彈板進行保護，但僅靠防護是不夠的。空間站的工作人員必須保持警惕；太空行走的宇航員尤其容易受到傷害。

不斷升級的形勢凸顯了太空交通管理和防撞戰略的迫切需要，以確保太空探索和利用的長期可行性。隨着軌道擁堵情況的惡化，對強有力的跟蹤、問責和緩解戰略的需求變得不可否認。

此外，軌道碎片反射的陽光和燃燒會造成光污染，越來越干擾地面科學觀測站對夜空的觀測。例如，SpaceX衛星星座發出的明亮軌跡雖然不屬於活動碎片，但當它們在夜空中移動時很難被忽視。今年1月，天文學家誤將SpaceX於2018年發射的特斯拉Roadster電動跑車當作可能威脅地球的小行星。投入全球資源來追蹤這樣的物體是一種浪費。

法律黑洞

儘管太空垃圾墜毀事件日益頻繁，但國際法仍然嚴重過時。1967 年《外層空間條約》規定發射國應對其太空活動造成的損害負責，1972 年《責任公約》允許受影響國家尋求賠償7。然而，這些條約是在現代衛星熱潮之前制定的，存在漏洞。

如今，聯合國已承認 195 個國家，但只有 30 個國家開展載人航天計劃，由全球 77 個航天機構管理。其中只有 20 個機構成功將物體送入軌道。世界上絕大多數人口都面臨太空垃圾的威脅，但他們並未造成太空垃圾問題。

2001 年 1 月，一個 70 公斤的有效載荷輔助艙降落在沙特阿拉伯。圖片來源：NASA 軌道碎片計劃辦公室

當碎片落入國際水域或偏遠地區時，沒有明確的法律程序來認定責任。在此類事件中遭受損害的非航天國家索賠的渠道有限。軍用和機密衛星使歸責變得複雜，因爲一些國家拒絕承認墜落碎片的所有權，這使得確定責任變得困難。

追蹤碎片的努力仍然支離破碎。包括美國太空監視網絡、歐空局和位於加利福尼亞州門洛帕克的 LeoLabs 等私營公司在內的組織使用雷達和光學望遠鏡監測軌道上的物體。然而，這些組織只能追蹤大於幾釐米的碎片，留下數百萬個較小的碎片下落不明。沒有普遍授權的數據共享框架，導致全球態勢感知存在差距。

整體方法

解決太空垃圾危機需要採取綜合措施，將追蹤、問責、清除垃圾和可持續性融爲一體。航天國家、私營企業和國際監管機構必須共同努力，執行嚴格的政策，投資創新解決方案，並促進共同責任。

我們需要建立一個全面、公開的碎片追蹤數據庫，並通過國際合作確保各方提供實時數據。先進的人工智能驅動分析可以改進預測，提高避免碰撞和重返大氣層的預測。

利用大量微型衛星探索太空

問責制必須成爲太空治理的基石。需要制定更明確的國際法規和強有力的框架來處理與太空垃圾有關的損害。私營運營商必須對其產生的垃圾負責。

在所有太空技術中嵌入唯一標識符（例如包含極小文本或圖像的微點）的強制性系統，無論大小（從主要衛星部件到外部面板），都將確保碎片來源可追溯。這種方法已在汽車行業成功實施，用於防盜。此類標準的執行可由國際監管機構執行，例如聯合國外層空間事務辦公室，該辦公室已爲太空活動的長期可持續性制定了指導方針。

然而，僅靠減緩並不是一個可行的長期戰略。主動的太空垃圾清除技術可能會催生出利潤豐厚的企業。機械臂、漁網、魚叉和基於激光的軌道調整等創新解決方案爲捕獲和脫離軌道的大型碎片提供了有希望的方法。能夠幫助回收已到使用壽命的物體的技術應該成爲所有新衛星的標準。能夠實現受控再入的推進系統、可生物降解的衛星材料和自脫離軌道機制將減少長壽命碎片的積累。

還必須明確規定評估人造太空物體對環境的影響，以避免將污染負擔從太空轉移到地球。衛星的設計應採用在重返大氣層時完全分解的材料，防止碎片在燃燒後倖存下來併到達地球表面。目標不僅應是清理太空，而且還應以不會造成進一步生態後果的方式進行。

如果不採取果斷行動，地球軌道環境將變得十分危險，未來的探索和商業活動將受到嚴重限制。只有通過全球協調一致的努力，我們才能確保太空對子孫後代來說仍然是一個安全且可行的領域。

自然 639 , 571-573 (2025)