空间碎片主动移除法律规制的构建

随着空间碎片数量的激增,当前的碎片减缓措施已难以应对外空轨道安全挑战,急需构建空间碎片主动移除机制。现行国际法在空间碎片的识别标准、主动移除决策机制和保障机制方面缺乏规定。空间碎片主动移除是所有航天国家道义上的义务。为此,国际社会应迅速行动,在联合国框架下设立国际碎片管理机构,制定相关准则,以明晰空间碎片的法律属性、移除条件与标准,并设立保障基金与责任制度,确保主动移除机制稳健发展。

空间碎片主动移除者的权利保障问题研究

外层空间商业化日益发展,空间碎片的大量存在会对国家外层空间活动造成极大的威胁。可喜的是,越来越多的国家、私人公司和非政府组织已经参与到空间碎片主动移除活动中,然而这些实体进行空间碎片主动移除活动的一大前提便是其空间碎片主动移除的行为能够得到合理的法律保障。因此,确有必要通过明确空间碎片的权利归属、合理限制和规范登记国的权利、明确空间碎片主动移除致损时损害责任承担的具体路径,保障主动移除者的权利。

逐步迈向应用的空间碎片主动移除技术

空间碎片主动移除技术正处于从概念设想向实际应用加速迈进的新阶段。经过多年的研究论证,目前国际上形成了抓捕移除和激光烧蚀移除两种主流空间碎片移除方案,本文详细介绍了采用这两种方案的典型项目,为后续研究提供参考。

空间碎片环境现状与主动移除技术

概述了空间碎片环境现状和对航天活动的影响,讨论了空间碎片主动移除对保持空间碎片环境稳定的必要性。空间碎片研究重心先从防护转向减缓,再转到主动移除,最终是清洁空间。评述了空间碎片主动移除技术现状,指出天基激光主动移除空间碎片技术具有很好的工程应用潜力。

天基碎片主动移除的非军事化界限

国际空间法体系主要规范空间碎片减缓措施,对能够切实减少碎片数量的碎片主动移除措施尚未形成统一规定。由于空间碎片的法律概念和所有权、管辖权的规定尚存立法空白,天基空间碎片主动移除可能被视为空间军事活动,进而引发外空军事化的争议以及违反和平利用外层空间原则及禁止使用武力原则的合法性争议。厘清天基碎片主动移除的非军事化界限有助于国际社会统一主动移除的法律定性。对现行的国际空间条约的分析表明,空间碎片具有"潜在有害干扰"的法律特征,会对正常空间活动造成负面影响。因此主动移除碎片应遵循"消除空间碎片对空间活动的危害"的基本准则,据此进行的碎片移除不应属于外空军事化或非法使用武力的范畴。

空间碎片主动移除任务的相关法律问题

外层空间活动增多,空间环境日益恶劣,但却欠缺相应的国际国内空间法律。基于空间碎片主动移除任务流程,提出中国作为移除任务责任主体应遵循法律约束,他国作为行为主体造成中国卫星损害时可采取法律保护。初步构想中国空间碎片主动移除任务的法律机制,针对移除飞行器方案设计阶段和飞行试验阶段,分别制定风险评估、许可登记、监测预警、应急机制以及赔偿处罚制度。结合中国航天技术领域发展现状,提出应进一步完善中国空间碎片减缓标准及政策法律机制建设。

空间碎片主动移除法律问题研究

航天国家对外层空间的频繁使用造成了空间碎片的日益增多,为外层空间的环境带来了污染。空间碎片的治理目前依靠外层空间五大条约以及具有软法性质的《空间碎片减缓准则》与《IADC空间碎片减缓指南》进行规制,在外层空间可持续发展的背景下,空间碎片主动移除面临法律上的困境,具体包括空间碎片移除的法律依据薄弱、以及空间碎片面临所有权障碍。本文主要针对无登记国的空间碎片的所有权问题提出解决办法,指出以明示和默示放弃所有权的方式解除无登记国的所有权问题。

空间碎片主动移除任务规划研究综述

人类太空探索活动产生的空间碎片已成为太空空间中的主要污染物,并成为人类航天事业发展的重大障碍和威胁,因此,空间碎片主动移除问题引起了国际社会的广泛关注.对此,以空间碎片主动移除任务规划为主题,在对国内外相关文献进行系统分析的基础上,简要介绍空间碎片主动移除的发展现状;具体描述低地球轨道和地球同步轨道空间碎片主动移除任务规划问题;从目标筛选与分组、访问序列规划和转移轨迹规划3个层次介绍该问题的模型构建技术;按照显性枚举方法、隐形枚举方法和元启发式方法将空间碎片主动移除任务规划方法分类,对当前研究成果进行总结并指出存在的问题;最后,对未来空间碎片主动移除任务规划问题的研究方向进行展望.

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中,天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术,特别是针对移除海量的、尺寸在1～10 cm的危险碎片而言,更是具有独特优势。然而,这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高,目前的硬件水平还达不到实用指标要求,制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍,本文另辟蹊径,利用小卫星概念,提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座,通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度,最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数,根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力,结果显示,10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜,能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而,针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域,设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案,通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座,降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求,为该技术的应用提供了新的思路和途径,所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。

激光空间碎片移除技术发展与展望

随着人类空间探索活动的增多,太空中由于人类活动造成的空间碎片数量急剧增长,这些空间碎片对在轨航天器的安全威胁日益增大。为了保护空间环境,保证航天器的在轨安全和轨道资源的可持续利用,最有效且一劳永逸的方法是主动清除(Active Debris Removal,ADR)。本文介绍了空间碎片主动移除技术,分析了天基和地基激光空间碎片移除技术的特点、差异及互补性,阐述了空间碎片激光移除关键问题,并给出了未来天基激光移除碎片的发展建议。

空间碎片移除能力发展,中国航天当前要务之一——空间环境治理刍议

各航天大国竞相部署大规模小卫星星座,将导致近地轨道空间碎片危机加速到来。低轨空间碎片的"雾霾式大爆发"前景,将迫使各航天大国大力发展空间碎片移除能力,同时加强在空间碎片治理方面的国际合作,但合作并不容易。空间碎片移除能力将牵引和推动航天能力发展,成为未来航天事业的一个制高点。中国在空间碎片治理方面有重要的利益,权利和责任,应制定政策和计划,培养力量,加大研发力度,加速发展空间碎片移除能力。

天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程,优化移除任务规划和策略,基于真实的可观测空间碎片数据,设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发,对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析,确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台,通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。

基于碰撞能量转移的空间碎片移除新方法

碰撞能量转移方案的基本思路是通过准弹性碰撞将碎片携带的部分能量转移到航天器,在完成碎片降轨任务的同时,推动航天器完成轨道转移,移除更高轨道的碎片。进一步,采用气动力辅助变轨方式调整航天器轨道参数,促使航天器与目标碎片多次碰撞,从而减小碰撞速度差。首先介绍了利用碰撞能量转移方案移除碎片的航天器的结构组成、工作机理和关键技术,然后对影响对心碰撞和非对心碰撞的因素进行分析研究,找出对航天器携带弹性捕网的性能要求低、适合多次碰撞的区域。

空间碎片减缓“5年规则”的来龙去脉

1995年美国提出的空间碎片减缓“25年规则”在全球范围内被广泛采纳,但小卫星、大星座的迅速兴起对该规则的实际效果带来很大挑战。2022年9月,独立于白宫、向国会汇报的联邦通信委员会率先发布空间碎片减缓“5年规则”。联邦通信委员会此举维护了其在美国国内空间碎片减缓领域的领先地位。下一步,美国政府行政分支很可能会在新版《美国政府轨道碎片减缓标准做法》中采纳“5年规则”,并利用“5年规则”来引领和塑造空间碎片减缓国际规则。“5年规则”的推出预示着空间碎片减缓规则体系整体上趋于严格,可能将带动主动碎片移除技术、政策、产业的发展。

不规则目标旋转状态对激光烧蚀驱动冲量的影响

激光烧蚀驱动技术是最有前途的空间碎片主动移除技术之一,但是在其移除过程中碎片的旋转状态会对激光驱动效果产生很大的影响,是该技术研究中需要解决的一个问题。通过理论计算分析了激光脉冲连续驱动旋转平板目标的冲量规律,及脉冲频率和目标旋转角速度对其的影响。并通过目标表面三角化三维重构计算的方法分析了不同脉冲频率和目标旋转角速度下,圆柱体、长方体、圆锥等典型外形目标和不规则目标自身旋转对激光脉冲连续辐照驱动产生冲量的影响规律。结果表明,目标自身旋转会使得脉冲激光连续作用的驱动效果随脉冲次数增多产生周期性变化,其大小和周期性变化规律受自转速度、脉冲频率及自身外形特点的影响;通过激光辐照策略的合理选择,可最小化甚至消除旋转对激光脉冲连续作用产生冲量方向的影响。

绳系系统在空间碎片清除中的应用

本文针对空间绳系系统对空间碎片清除问题进行综述分析。在介绍空间碎片及其移除任务现状的基础上,着重介绍了空间绳系系统主动移除技术,主要包括空间绳系机器人、空间绳网以及绳矛系统。在此基础上,对绳系系统主动移除中涉及的关键技术——目标捕获与目标离轨,进行了详细的研究综述与讨论。最后,阐述了空间绳系系统主动碎片移除技术存在的困难及应用前景。

论“ADR-OOS-RPO”系统技术异化应用对外空安全的潜在威胁

"空间碎片主动移除-在轨卫星维护"(ADR-OOS)从概念的提出到技术方案设想均是在美国主导下推向国际航天界和国际空间法学界直至外空委成员国在国际层面进行讨论的。在许多国际场合,美国政府的军事航天机构和航天主管部门及其航天专家都在宣扬"ADR-OOS"对整治近地轨空间碎片环境的积极作用,避而不谈开展"ADR-OOS"活动所需的"交会和靠近操作"(RPO)系统技术潜在的自主天基武器系统功能对正常运行的目标卫星的破坏作用和产生更多空间碎片的负面作用。在既没有专门规范"ADR-OOS"行为,也缺失专门规制"RPO"技术应用的国际规则的国际空间法制与政策环境下,在谋求单边安全优势的外空安全观支配下的美国力图把自己制定的"ADR-OOS-RPO"技术应用的国内标准和规范推向国际航天社会,把有利于自己的商业利益和军事能力增强的国内规范变为国际规范。开展"ADROOS"活动所需的"ADR-OOS-RPO"系统技术的在轨使用是美国实现外空军事化和武器化战略规划的重要组成部分,我国航天科技和法律界对"ADR-OOS-RPO"系统技术的军事、政治敏感性及其异化应用对外空安全的潜在威胁应该保持清醒的认识。

空间碎片监测移除前沿技术与系统发展

空间碎片是人类航天活动产生的太空垃圾.随着航天活动的日益频繁,空间碎片数量快速增加,已经对人类空间资产安全构成了严重威胁,是全世界面临的重大挑战.开展空间碎片主动移除是国际社会的共识,是构建人类命运共同体的重要内容之一,对保障国家空间资产安全、维护国家安全和利益、确保国际外空事务主导地位和太空话语权、塑立航天大国责任和形象、引领高新科技创新发展、促进生成新兴太空经济和产业模式等具有十分重大的意义.本文深入分析了空间碎片环境现状及演化趋势,系统评述了空间碎片监测与移除研究国内外现状与发展趋势,梳理了涉及的关键技术和科学问题.围绕我国太空安全、空间事业可持续发展等重大需求,分析了我国空间碎片监测与移除存在的问题与差距.提出了空间碎片环境治理概念、技术体系构成和以空间碎片"精准监测、高效移除、有效防护"为技术核心,形成功能齐备、性能先进、高效率、低成本、常态化、商业化、国际化的空间碎片环境治理业务能力为目标的系统工程发展建议.

空间翻滚非合作目标消旋技术发展综述

大量残存太空的空间垃圾对在轨运行航天器的安全构成严重威胁,对其进行主动移除已迫在眉睫。火箭末级、失效卫星等非合作目标已失去姿态调整能力,且长期在失控状态下运行,受太阳光压、重力梯度等摄动力矩及失效前自身残余角动量等因素的影响往往会出现翻滚运动。对翻滚非合作目标直接捕获存在碰撞风险,为降低风险系数采取消旋后再捕获是较为合适的方式。在对火箭末级、失效卫星等典型非合作目标运动形式及消旋过程进行分析的基础上,综述了目前国内外所提出的接触式及非接触式消旋方法,并对非合作目标翻滚运动测量及动力学参数辨识和消旋控制这两项消旋共性关键技术进行了归纳总结。本综述将为中国空间碎片主动清除技术的发展提供有益参考。