太空越來越擁擠了。近地軌道擠滿了老化衛星和太空碎片，這增加了新衛星的碰撞風險。而新衛星碰撞又增加了太空垃圾……如此惡性循環。一項新研究認為，解決太空垃圾問題最有效的方法不是捕獲碎片或將舊衛星拖離軌道，而是向運營商收取“軌道使用費”。這可能有點像碳稅。

計算機生成的太空碎片圖像  圖片來源：NASA

軌道使用費還將提高航天工業的長期價值。研究人員近日在美國《國家科學院院刊》發表論文稱，每顆衛星的年費上升到23.5萬美元，不僅能降低碰撞風險，到2040年，還將使衛星產業的價值增加3倍。

“太空是人類共同的資源，但公司在決定是否發射衛星時，並沒有考慮到這些衛星會給空間環境帶來多大的成本。”該論文作者、美國環境科學研究所經濟學家Matthew Burgess說， “我們需要一種政策，讓衛星運營商直接將可能發生的其他成本也計算入發射成本。”

太空也“堵車”

據科學家估計，目前有2萬個物體，包括衛星和太空碎片，正飄蕩在近地軌道上。隨著商業衛星的不斷增加，太空也將面臨“大堵車”。

2019年4月，美國亞馬遜公司提出“柯伊伯項目”，計劃將3236顆衛星送入近地軌道，為北緯56度到南緯56度之間的區域提供寬帶網絡服務。

同年5月，美國太空探索技術公司的“獵鷹9”火箭將首批60顆“星鏈”衛星“打包”送入太空，之後還將有1584顆衛星部署在地球上空550千米處的近地軌道。

美國一網公司也在第一階段部署約650顆互聯網衛星，並於去年2月發射了6顆衛星。

有研究認為，大量衛星的湧入，讓軌道開始不堪重負，增加了碰撞風險。因此小衛星一旦完成使命，應立即脫離軌道。

正是出於對減少太空垃圾的考慮，太空探索技術公司不得不將原定在地球上方1150千米高度運行的1600顆衛星減少到1584顆，軌道高度則降低至550千米。因為當衛星燃料不足或無法正常運行時，在較低軌道更容易清理——這裡的地球大氣粒子能更快地撞擊衛星，將其推離原有軌道並拖向地球，並終結在大氣層裡。

即便如此，研究人員認為，隨著每個運營商發射的衛星越來越多，它們的碰撞風險仍會飆升，最終推高軌道衛星的價值。

“炸掉”還是“拖走”

自2000年以來，太空垃圾協調委員會等國際組織相繼制定了實現空間可持續性的準則。例如衛星壽命結束後使其失活，或將衛星高度降到足夠低以便墜毀在大氣層中。

南京航空航天大學航天學院教授聞新在接受《中國科學報》採訪時曾表示，一般按照國際要求，航天器壽命結束後，要變軌，最終飛入南太平洋的“太空垃圾場”。

但是，火箭殘骸或其他較大的衛星碎片，因技術問題會最終成為太空垃圾。而目前處理太空垃圾的辦法五花八門，甚至有人建議成立專門的作戰隊，進行太空“交通管制”。

近日，日本首支“太空作戰隊”在東京都府中基地成立。日本防衛省稱，太空作戰隊的主要任務是監控太空垃圾、隕石及不明衛星。

2019年升空的金牛座納星便是為了驗證“離軌帆”技術，以減少太空垃圾。針對近地700千米以內的低軌微小衛星，採用薄膜“離軌帆”標配裝置，能在衛星壽命末期在軌展開，以增大氣動阻尼的方式實現“被動離軌”。

美國米德伯理學院經濟學助理教授Akhil Rao告訴《中國科學報》，到目前為止，人們提出的太空垃圾解決方案主要是技術或管理方面的。技術方案主要包括用網或激光清除軌道上的太空碎片。“在衛星壽命結束時將其拖離軌道是管理上的修正。”他說。

但Burgess表示，像這樣的工程或管理解決方案難以解決太空碎片問題，因為它們不會改變運營商的動機。例如，清除太空碎片可能會促使運營商發射更多衛星，反過來又使低地球軌道更加擁擠，增加碰撞風險，最終提高成本。

“這是一個激勵問題，而不是一個工程問題。關鍵是建立正確的激勵機制。”Rao說。

“罰單”貼到太空去

Rao、Burgess和同事發現，解決太空碎片問題的一個更好辦法可能是收取軌道使用費，即對軌道衛星徵稅。“這和發射費不一樣，發射費本身並不能使運營商在必要時讓衛星脫離軌道，事實上造成損害的不是發射行為，而是軌道衛星本身。”Rao說。

研究人員將軌道使用費與常規業務（即進入太空）和技術手段（如清除太空垃圾）進行了比較。他們發現，軌道使用費能迫使運營商直接衡量其衛星的預期壽命價值，以及將另一顆衛星送入軌道的成本和製造額外風險的成本。

研究人員發現，在收取使用費的情況下，衛星產業的長期價值將從通常情況下的6000億美元增加到3萬億美元，增加的價值主要來自減少碰撞的相關成本。

軌道使用費可以是直接費用或可交​​易許可，也可以是特定軌道的費用，因為不同軌道的衛星會產生不同的碰撞風險。最重要的是，每顆衛星的費用將根據行業將另一顆衛星送入軌道的成本進行計算，其中包括當前和未來額外碰撞風險和空間碎片生產的預期成本。

“在我們的模型中，重要的是衛星運營商為其他運營商承擔的碰撞風險買單。”參與該研究的科羅拉多大學博爾德分校經濟學教授Daniel Kaffine告訴記者。而且，這些費用會隨著時間的推移而增加，以覆蓋更清潔軌道的價值上升。模型顯示，最優費用將以每年14%的速度增長，到2040年達到每顆衛星約23.5萬美元。

但研究人員表示，為了實現相關目標，所有發射衛星的國家都需要參與其中——大約12個國家使用自己的運載火箭發射衛星，30多個國家使用自己的衛星。實際上，這與各國在碳稅和漁業管理方面採取的措施相似。

“在其他領域，解決公地悲劇往往是一場需要付出巨大社會成本的’追趕遊戲’。但相對年輕的航天工業可以在這些成本升級之前加以規避。”Burgess說。