軍事科技

太空碎片管理難題與因應對策
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2022.03.07
作者
周若敏
中共政軍與作戰概念研究所 周若敏 政策分析員

太空碎片管理難題與因應對策
太空碎片管理難題與因應對策
關鍵字: 太空碎片、美國、聯合國
(本評析內容及建議,屬作者意見,不代表財團法人國防安全研究院立場)


美國情報高等研究計畫署(Intelligence Advanced Research Project Activity, IARPA)發布有關於「太空軌道碎片探測與追蹤」的資訊需求書。依照IARPA所公布的資料,該需求書的主旨為徵求探測與追蹤當前無法檢測到之太空軌道碎片的創新辦法。美國太空軍也有Orbital Prime計畫,該計畫為資助商業開發的軌道運行技術,其中的關鍵目標之一即為清除太空軌道碎片。拜登政府的科技政策辦公室(Office of Science and Technology Policy)去年11月也發出關於太空碎片的研究計畫,[1] 從上述美國三項有關太空碎片的相關訊息來看,美國想從政府及軍方單位來解決這項問題。

太空碎片問題日漸增長將會危害太空活動


中國雲海一號02星在2021年3月被發現在軌道解體,美國NASA調查可能是被俄羅斯的火箭碎片擊中導致解體。俄羅斯去年(2021)11月中時無預警炸毀一顆老舊衛星Cosmos-1408,爆炸產生的碎片剛好在國際太空站的軌道上,讓太空人必須躲到太空艙內避難。中國去年(2021)年底向聯合國投訴表示,其天宮太空站曾在2021年7月及10月時差點與SpaceX的Starlink衛星相撞。[2] 以上事件可看出隨著越來越多國家及私人企業向太空發射衛星及進行太空活動,地球外圍的空間越來越擁擠,連帶引發物體在軌距離過近、太空碎片擊中衛星等問題,危及太空站及太空人的運作及安全。輕則單純擦撞,重則可能會導致通訊監管等活動中斷,太空空間管理成為須正視的議題。

根據美國情報高等研究計畫署的數據,目前地球外圍環繞著超過3萬塊直徑超過10公分的碎片、直徑在1到10公分之間的碎片約50萬塊(歐洲太空總署估計約75萬塊),以及超過1億顆小於1公分的超小碎片(歐洲太空總署估計約1.6億塊)。[3] 低地球軌道(Low Earth Orbit, LEO)的平均撞擊速度為10公里∕秒,即使是最小的碎片也可能造成嚴重損壞,而目前的追蹤技術是運用雷射擊中軌道上的碎片並反傳回地面感測器,計算碎片的位置及動線,但由於地球引力及阻力的影響,碎片無法留在固定的軌道上,因此更難進行計算與預測路線,且公厘大小的碎片無法用上述方法檢測到。美國情報高等研究計畫署想了解軌道碎片與地球周圍太空環境的相互影響,並以新技術試驗是否可探測、測繪及追蹤現行方式無法追蹤到的碎片,若是能有效追蹤細小碎片將可保護太空中的人員、衛星及其他裝置資產的運行安全。

降低太空碎片為太空國家的共同目標


聯合國外太空事務廳(United Nations Office for Outer Space Affairs)於2010年發布《和平利用外太空委員會太空碎片緩減準則》(Space Debris Mitigation Guidelines of the Committee on the Peaceful Uses of Outer Space),共七點準則讓會員國和國際組織參考:1.限制在正常運作期間分離碎片、2.最大限度地減少操作階段可能發生的分裂解體、3.限制軌道中意外碰撞的可能性、4.避免故意自毀和其他有害活動、5.最大限度地降低剩存能源導致的任務後分裂解體的可能性、6.限制航天器和運載入軌火箭在任務結束後長期存在於低軌道區域、7. 限制航天器和運載入軌火箭在任務結束後對地球同步區域的長期干擾。[4] 美國2019年公布新版的〈軌道碎片減緩標準作法〉(Orbital Debris Mitigation Standard Practices),目標是解決軌道碎片增加的問題,限制太空載具控制運行期間釋放的碎片、減少意外爆炸的可能性、降低碎片碰撞的機率等。這份標準作法為美國在太空活動制定指導方針,同時讓各國政府及私人企業作為太空安全活動參考,除在運營服務及在太空測試和實驗可符合成本效益和任務要求,並採取額外措施限制軌道碎片的產生。未來該份標準作法會依需求會持續的更新,以應對技術和政策方面不斷的推陳出新。[5] 美國政府認為儘量減少新碎片並降低現有碎片的影響,是符合所有太空國家的利益。

目前最主要的問題在於如何突破小型碎片的追蹤限制,不過從美國與聯合國所公布的文件來看,想要有效減少太空碎片,應先限制碎片繼續增加,並追蹤現有的碎片,最後再進行移除,因此「預防、追蹤、移除」三步驟將會是未來太空碎片管理的主要辦法,若移除太空碎片技術上能有所進展,將能更加保障各國的太空資產及太空活動的安全。

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