空间碎片危机——新空间时代的能力构建

本书展示了空间碎片风险是如何随时间演变的，并从法律、政治、经济、社会和技术领域概述了业界当前面临的挑战。本书试图描述可信的风险是什么，并为如何减轻负面后果提供建议。作者来自于在空间碎片减缓、空间政策和法律以及空间态势感知领域活跃的世界知名大学、研究机构和私营商业部门。本书的目标受众包括普通公众、科学界、决策者、业务经理、承保人（再保人）以及空间运行和轨道碎片减缓国际标准制定者。此外，由于空间碎片的主题和清理空间的重要性正在演变，并逐渐引起公众的兴趣，预计本书将在各部门非专业人士中拥有更广泛的读者。

第1章 空间碎片危机 1
第2章 塑造我们对空间运行环境的认知 4
2.1 空间态势感知和空间交通管理的介绍 4
2.2 空间态势感知和空间交通管理的定义 5
2.2.1 空间态势感知 5
2.2.2 空间交通管理 7
2.3 什么是空间环境管理以及它适用于哪些地方 9
2.4 空间交通管理是否应该包含监管、监测和执行 9
2.5 合适法律框架的重要性 10
2.5.1 全球相关空间态势感知和空间交通管理的属性 10
2.6 如何评估交会 11
2.7 是什么让空间态势感知和空间交通管理如此具有挑战性 13
2.8 谁来提供空间态势感知和空间交通管理服务 14
2.8.1 传统的空间态势感知和空间交通管理服务 15
2.8.2 其他的全球空间态势感知和空间交通协调提供者 18
2.8.3 定义商业空间态势感知和空间交通管理选项 20
2.8.4 空间态势感知和空间交通管理商业服务选项的历史 20
2.8.5 描述空间态势感知性能 21
2.9 作为空间环境长期可持续发展基础的空间态势感知和空间交通
管理 23
2.10 高质量空间态势感知和空间交通管理的重要性 24
2.11 空间态势感知和空间交通管理标准的重要性 26
2.12 空间态势感知和空间交通管理标准的适用场合 27
2.13 空间数据交换的极端重要性 29
2.14 算法真的很重要：火箭科学更是如此 30
2.15 算法和输入：综合性全源数据融合场景 31
2.16 迫切需要改进空间态势感知和空间交通管理的情况 34
2.16.1 当前的空间碎片环境 34
2.16.2 碰撞已经在发生 36
2.16.3 空间中碰撞和爆炸的长远影响 36
2.16.4 操作人员已经在努力开展响应性操作、识别和避免碰撞 38
2.16.5 活跃卫星的数量可能增加10倍 39
2.16.6 跟踪到的碎片数量可能增加10倍 40
2.16.7 交会与接近操作和在轨服务的出现 40
2.16.8 更多的商业和国际空间运营中心 41
2.16.9 比之前需要更多的空间交通协调 41
2.16.10 空间行为者的增加 41
2.16.11 不断增加的空间飞行器和操作复杂性 41
2.16.12 更先进的空间态势感知处理算法和可扩展的体系结构 42
2.17 关于空间态势感知和空间交通管理的总结 42
缩略语 42
词汇表 44
延伸阅读 48
参考文献 49
第3章 空间碎片可持续性：理解和参与外层空间环境 52
3.1 引言 52
3.2 科技研究视角的观点 53
3.3 空间碎片和社会技术可持续性挑战 54
3.3.1 有限边界、有限环境下的空间可持续性 55
3.3.2 作为一个安全问题的空间可持续性 56
3.4 作为一种双向风险现象的空间碎片 58
3.5 本章小结 59
缩略语 60
词汇表 61
延伸阅读 61
参考文献 62
第4章 最拥挤轨道空间碎片的离轨/转轨方法概述 64
4.1 引言 64
4.2 空间碎片离轨或转轨的工程解决方案 65
4.2.1 系绳系统 65
4.2.2 电动系绳 67
4.2.3 机械臂 67
4.2.4 非接触式激光系统 69
4.2.5 非接触式离子束系统 69
4.2.6 太阳帆和可展开的附加气动舵面 69
4.3 空间碎片群的飞越优化 70
4.3.1 大型空间碎片移到处置轨道的方式和目标物体之间的转移方案 70
4.3.2 低地球轨道空间碎片离轨到处置轨道的第一种转移方案建议 71
4.3.3 低地球轨道空间碎片离轨到处置轨道的第二种转移方案建议 73
4.3.4 在低地球轨道中确定空间碎片转移序列的复合解决方案 74
4.3.5 地球静止轨道空间碎片转轨到处置轨道的转移方案 75
4.4 空间公司和机构的项目概况 76
4.4.1 轨道服务问题：碎片主动清除技术发展的关键载体 76
4.4.2 欧洲服务任务项目 78
4.4.3 美国服务任务项目 79
4.4.4 日本服务任务项目 81
4.4.5 太阳帆任务：航天器使用寿命结束时被动离轨的可用技术 81
4.5 本章小结 82
缩略语 82
词汇表 83
延伸阅读 84
参考文献 84
第5章 基于商用现货技术的空间碎片减缓 90
5.1 引言 90
5.2 与目标碎片交会时的制导和导航技术 93
5.3 用于智能空间相机的商用现货技术 94
5.3.1 热真空条件 94
5.3.2 辐射条件 95
5.4 利用商用现货技术进行空间碎片清除的视觉制导和导航系统 96
5.4.1 系统架构 97
5.4.2 电力系统 97
5.4.3 用于图像预处理和接口的现场可编程门阵列 99
5.4.4 软件实现和开发环境 99
5.4.5 空间机器人方面取得的成就 99
5.5 本章小结 101
缩略语 101
词汇表 102
延伸阅读 102
参考文献 103
第6章 解决不可避免的问题：与空间碎片减缓和补救相关的
法律和政策问题 108
6.1 引言 108
6.2 空间碎片：一个紧迫的问题 109
6.3 目前关于空间碎片的国际法律框架 110
6.4 空间碎片减缓：主要国际指南概述 112
6.4.1 IADC指南和COPOUS指南的内容 113
6.4.2 关于空间碎片减缓的不足和机会 115
6.5 空间碎片补救：法律问题和潜在答案 116
6.5.1 补救路上的法律障碍 116
6.5.2 补救的机会和可能的解决方案 118
6.6 本章小结 118
缩略语 119
词汇表 119
延伸阅读 120
参考文献 120
第7章 在空间碎片问题背景下的空间活动风险评估 124
7.1 引言 124
7.2 空间碎片相关的风险 125
7.2.1 空间碎片的法律环境 126
7.2.2 与空间碎片有关的风险 129
7.2.3 与碎片清除项目有关的风险 130
7.3 面向保险市场的风险转移 131
7.3.1 现有的空间保险覆盖范围 131
7.3.2 应用到空间碎片领域 133
7.4 空间保险的可能发展 136
7.4.1 空间保险市场概述 136
7.4.2 保险支持：思路 137
7.5 本章小结 138
缩略语 138
词汇表 138
延伸阅读 139
参考文献 140
第8章 空间部门的弹性及其治理方法 142
8.1 将天基资产作为关键基础设施：基础设施相互影响的灾难场景 142
8.2 天基基础设施的弹性定义和衡量指标 149
8.3 从科学到风险治理 155
8.4 将空间碎片作为系统性风险引入 160
8.5 结论：走向风险转移 161
缩略语 163
词汇表 165
延伸阅读 165
参考文献 166
第9章 机会之道 174