低轨大规模星座环境治理法律需求研究

孙湘筠， 李伟杰， 高国柱

(1. 北京航空航天大学法学院， 北京100191; 2. 北京空间飞行器总体设计部， 北京100094)

1 引言

低地球轨道(LEO) 卫星通信相对于传统的高地球轨道(GEO) 卫星通信， 具有轨道多样化、 卫星生产批量化、 终端小型化及通信时延短、 频率利用率高、 通信容量大、 能全球覆盖的特点， 是卫星移动通信的重要手段。 近年来， 低轨卫星在整个产业中引起了广泛的关注。 2013 年开始星座活动逐渐狂热。 OneWeb、 SpaceX 和Telesat 等公司都设想通过数百颗甚至数千颗低轨卫星提供宽带服务， LEO 星座的大规模建造运动已经开始。 我国航天科技集团、 航天科工集团也分别推出了“鸿雁计划” 与“虹云计划”， 拟通过卫星组网建设天基通信系统。

随着这些由成百上千甚至上万颗卫星组成的星座不断部署， 低轨区域空间日趋拥挤。 并且，半个多世纪以来的外空活动已经使地球轨道被大量的空间碎片所包围， 600 ～1000km 的低轨高度更是空间碎片最为密集的区域。 在空间碎片对卫星发射活动造成不利影响的同时， 卫星发射本身也在加剧着空间碎片对外空环境的污染。 在低轨大规模卫星星座的建设中， 外空环境治理已成为必须妥善考量的因素。

本文首先分析低轨大规模星座现状与发展趋势， 研究了其空间环境治理的法律需求， 针对空间环境治理提出了相应的典型空间法问题， 并提出应对低轨大规模星座环境的法律政策研究与落实建议， 旨在为相关领域研究提供参考。

2 低轨环境现状及发展趋势

近年来， 由于人类空间活动频繁， 空间碎片数量急剧增加， 截至目前， 地球轨道上的空间碎片质量已将近8000t， LEO 区域增加量超过50%，是空间碎片最为密集的区域[1]。 空间碎片可以按照尺寸的大小分为三类: 一类是尺寸在10cm 以上的， 称为大空间碎片， 能被地基监测设备监测到， 航天器一旦与此类碎片发生碰撞， 将会彻底损坏， 甚至完全解体， 产生数以万计的小尺寸碎片； 一类是尺寸在1mm 以下的， 称为小空间碎片， 只能通过天基直接探测， 或者分析回收物的表面获取其信息， 此类碎片可通过航天器表面加固防护材料进行防护； 还有一类碎片称为危险碎片， 尺寸介于前两者之间， 目前尚无有效的观测方法， 这类碎片数量比大空间碎片多， 对航天器的损坏能力比小空间碎片大， 十分危险[2]。

卫星运行时遭遇大大小小空间碎片的频率很高， 而不同尺寸的空间碎片对卫星的危害程度是不同的。

首先， 大型失效卫星和碎片的坠落对人类时刻存在威胁。 大型碎片运行到120km 以下高度的区域时， 会加速下降直至进入地球大气层。 未烧蚀完全的碎片一旦落到人口稠密区， 将有可能对人员造成重大伤害或损毁建筑物。 若掉落地面的碎片是载有核燃料的运载火箭末级或带有放射性物质， 将对地面人员与地面自然环境构成严重威胁。

其次， 轨道中的空间碎片对运行中的卫星等航天器是不容小觑的威胁。 这些较大尺寸的空间碎片一旦与航天器撞上， 轻则穿透舱壁或损坏关键器件， 重则发生灾难性碰撞解体， 航天器粉身碎骨， 产生大量解体碎片， 进一步污染空间轨道资源。 即使小至毫米和微米的碎片， 对卫星的在轨运行也会带来极大的危害， 大量小碎片与航天器碰撞， 会造成卫星表面的砂蚀或穿孔， 改变卫星表面性能或造成器件损伤， 甚至彻底毁坏。

此外， 大量空间碎片的存在还会引发“凯斯勒效应”。 由碰撞解体事件产生的大量空间碎片也增加了再次发生碰撞的可能性， 碰撞碎片的不断产生， 对有限的轨道资源构成了严重威胁。 当某一轨道高度的空间碎片密度达到某一临界值时， 碎片之间极有可能产生可怕的链式碰撞， 导致空间碎片数量急剧增加， 卫星轨道资源将会遭到永久性破坏， 人类对太空的探索和利用将不得不终止， 这种现象即“凯斯勒效应”。

尽管低轨区域面临严重的空间碎片威胁， 这一轨道高度的卫星发射数量依然惊人。 美国SpaceX “星链” 星座计划于2019 年到2024 年内将4425 颗卫星送到轨道平面， 组成小卫星互联网星座。 OneWeb 公司计划发射720 颗运行高度约1200km 的近地轨道卫星。 波音公司计划搭建由3000 颗低轨道小卫星组成的星座。 我国航天科技集团“鸿雁星座”， 计划2020 年前建成6 颗卫星组成的局域网； 到2023 年完成60 颗星组网， 建成天基窄带通信系统； 2024 年到2025 年集中完成270 颗卫星补网建设。 航天科工集团“虹云工程” 计划发射156 颗在1000km 运行的低轨小卫星， 到2025 年实现全部卫星组网运行[3]。

可以预见， 未来低轨卫星在运行中， 不仅遭受外空碎片撞击的几率增大， 与其他卫星相撞的几率也可能增大， 而卫星遭受撞击亦可能分离出更多空间碎片， 形成恶性循环。 为保证人类外空活动的可持续性， 外空环境污染的治理迫在眉睫。

3 低轨环境治理空间法需求分析

目前， 国际上关于外层空间法体系主要由五大外空条约和一系列联合国大会决议、 宣言以及某些区域性机构或组织通过的准则、 指南等组成， 具有“硬法” 与“软法” 并存的特点。 硬法是指对国家有约束力的国际法规范， 最典型的硬法是五大外空条约， 其所确立的外空法的一般原则、 空间物体造成损害的责任制度、 空间物体登记制度、 营救宇宙航行员制度及在月球和其他天体进行活动的有关制度等， 各缔约国必须遵守。软法指不具有法律约束力的决议、 宣言或行为准则等文件。 联合国通过的决议和宣言涉及到在外层空间使用核动力源、 关于地球静止轨道使用、空间碎片减缓等内容， 也有关于外空活动国际合作的一般性宣言， 这些文件是对现有外空条约体系的补充[4]。

低轨环境治理必须通过外空活动来实现， 因此探讨低轨环境治理的空间法需求问题， 首先应依据国际空间法规则体系。 同时， 应针对部署低轨卫星星座的任务需求及其实际执行的飞行程序， 需要梳理相应的空间法需求， 并依此分析研究部署低轨卫星星座过程中可能面临的各种法律问题， 需要参考现有制度框架并寻求解决， 同时也需要另辟蹊径。

3.1 低轨星座建设及环境治理所涉及的空间法规则

大规模部署低轨卫星星座首先需要保证进入轨道的卫星避免与其他在轨运行的航天器相撞，进而避免国际责任与空间碎片等问题。 空间物体和空间碎片繁多的低轨环境也对外空活动信息的透明度提出了更高的要求。 发射国不仅应依据《登记公约》 对卫星发射时的轨道信息进行登记，还应采纳《外层空间活动中的透明度和建立信任措施问题政府专家组报告》 中提出的提升空间活动透明度措施， 及时交流与通报卫星的轨道参数、 变轨计划、 交会等信息。

此外， 部署低轨卫星星座还应注意空间环境保护条款。 《外层空间条约》 第九条规定， 各缔约国从事外空活动应避免造成有害污染。 如在轨服务器使用核动力源， 应遵循《关于在外层空间使用核动力源的原则》， 保证核动力源符合安全标准， 在放射性物质有重返地球的危险时履行通知义务， 承担相应的国际责任。 基于《禁止在大气层、 外层空间和水下进行核武器试验条约》 的共识以及《禁止为军事或任何其他敌对目的使用改变环境的技术的公约》， 在轨进行的试验不应包括核武器试验或改变空间环境外层空间的动态、 组成或结构的试验。

除了应避免核污染以外， 任何星座建设操作都应尽量避免产生空间碎片。 依据《空间碎片减缓准则》， 应尽量减少分离碎片， 对于任务中产生的废弃物宜回收或清除， 避免其漂浮于轨道。航天器本身的设计也应当避免可能导致意外分裂解体的故障形式。 如果检测到将会导致发生此类故障的状况， 则应计划并执行加以处置和钝化的措施， 以避免分裂解体。 当低轨卫星星座中出现部分卫星退役重返， 另有新卫星进入轨道等变动时， 星座发射国应及时更新星座中卫星的登记信息与轨道位置， 通过信息透明化最大程度限制在轨意外碰撞的可能性。

3.2 现有空间法相关条款分析

如前所述， 当前的国际空间法体系是由与空间活动有关的五大国际条约和一系列重要的原则、 宣言和决议组成， 通过空间法探索与实践，先后提出外空法九大法律原则， 包括自由探索和利用、 不得据为己有、 国际法适用、 和平利用、合作与互助、 国家责任、 损害赔偿、 登记与管辖权、 空间的商业用途。 同时， 随着人类外空活动范围不断扩大， 外空逐渐呈现出商业化、 军事化和武器化等趋势， 相应的空间法探索研究也提出了一些新的方向， 主要包括外层空间的可持续利用问题、 外空军事化和武器化问题、 外空资源开发法律问题等。

1967 年《外空条约》 主要规定的缔约国相关权利义务中， 与低轨大规模卫星星座建设及低轨环境保护有关联的通用化条款可以归纳为两个方面:

首先是一般性条款， 包括自由探索和利用外空的权利、 空间物体的登记国对其空间物体具有管辖权、 控制权和所有权、 外空活动应基于和平目的、 禁止将外层空间据为己有、 外空活动应为所有国家谋福利和利益、 外空活动应遵守国际法和《联合国宪章》、 合作互助与妥为顾及他国利益、 保护外空环境与防止地外物质损害地球环境。

其次是与星座部署及环境保护关联密切的条款， 包括发射国在发射空间物体进入或越出轨道应进行国内登记、 设立国家登记册的事宜应当通知联合国秘书长、 尽速全面实现国际登记的义务、 关于非在轨空间物体的信息通报义务、 空间物体具有适当标志或登记号码或二者兼备时的通知义务、 协助辨识空间物体的义务。 在保护外空环境的条约及文件方面， 《关于在外层空间使用核动力源的原则》 规定了外空核动力源安全使用的准则和标准， 对载有核动力源的航天器重返地球的通知、 协商、 国际合作、 责任及赔偿等方面也作出了规定。 在软法规则上， 《外层空间核动力源应用安全框架》 对核动力源的规范应用提供了安全目标、 管理指导、 技术指南、 评估风险、减轻后果等方面的指引参考。

有关空间碎片减缓的规则以软法为主， 包括联大决议、 宣言、 原则、 指南和部分国际组织的工作文件等， 主要包括机构间空间碎片协调委员会(IADC) 空间碎片减缓指南(2002)、 联合国空间碎片减缓指南(2007)、 外空建立信任和透明度专家组报告(2013)、 外空活动长期可持续性(LTS) 指南(前言+21 条) (2018)、 国际标准组织(ISO) 关于空间碎片减缓的标准、 国际电信联盟(ITU) 关于静止轨道卫星碎片减缓的建议。 相关条款的核心内容是指在进行空间任务过程中， 应有效预示任务风险、 尽可能降低产生空间碎片的概率， 同时在产生空间碎片以后， 应采取合理的应对措施， 包括碎片监测及减缓， 并且与其他现有外空法条款相适应。

4 低轨星座轨道环境治理典型空间法问题

4.1 通过主动移除空间碎片进行轨道维护

在建设低轨卫星星座的过程中， 为保证卫星和整个星座能够在服役期内安全顺利地运行， 发射国可能需要主动移除干扰卫星运行的空间物体， 保证轨道安全、 畅通。 关于空间物体的主动移除， 主要是涉及目标航天器(包括有效的、 故障的、 完全废弃的) 以及广义上的空间碎片的主动移除处置。 在主动移除空间碎片时， 依据《外层空间活动长期可持续性指南(草案)》 (LTS 草案) 提供的参考， 应尽量避免移除过程中产生更多空间碎片， 尽量避免对其他航天器造成碰撞、干扰等不利影响， 以免产生违反和平利用外空的原则的嫌疑。

目前对于一国主动移除或摧毁空间物体没有强制性的规定， 但根据LTS 草案， 主动移除或摧毁空间物体应确定被移除目标的具体信息， 采用不对其他航天器造成不利影响的方法， 考虑空间物体重返大气层时可能对地球表面或大气层中飞行器造成的损害， 公开主动移除或摧毁行动的信息。

需要注意的是， 虽然LTS 草案中建设性地提到了主动移除空间碎片的问题， 但这一条提案并未达成足够的共识， 未写入《外层空间活动长期可持续性指南》， 这一文件本身也并不具备法律约束力。 因此， 现有的国际法没有任何直接或间接的规定， 使一国负有主动清除其产生的空间碎片的义务或责任[5]。

从需求上来看， 从事外空活动的国家均可能有为本国航天器清除空间碎片的需求， 而由谁来清除往往很难确定。 各国对其外空活动承担国际责任， 由产生碎片的国家来清除无可厚非， 然而空间碎片具有所有者(所属国) 的相对模糊性，对于大多数直径小于10cm 的碎片来说， 其所属国无法识别或识别成本过高。 从概率来看， 多数空间碎片来自于美国、 俄罗斯等航天大国[6]， 针对无法识别的空间碎片造成损害的责任问题， 可以寻求建立以市场份额制度为主， 以保险制度为辅的责任机制[7]。 此外， 技术与效率也是解决主动移除问题的关键。 如果一国具有比较成熟的移除空间碎片技术， 同时可以用较低的成本避免较大损害的发生， 空间碎片的主动移除就可能成为一种合理的责任承担形式。 即便空间碎片的制造国在技术上没有能力主动移除， 支付一定的赔偿金额， 由具备技术的国家或实体实施空间碎片的主动移除， 也有一定的合理性和可行性。

目前， 各航天大国均在探索通过在轨服务移除空间碎片的途径， 希望由执行在轨操作任务的航天器或者空间机器人同时承担清除空间碎片的职能。 例如美国研发的“通用轨道修正航天器”(SUMO) 和Restore-L 航天器， 欧洲航天局研发的“地球静止轨道清理机器人” (ROGER) 与HERMES 航天器， 日本的轨道维护系统， 加拿大的“空间基础设施服务” (Space Infrastructure Servicing)， 俄罗斯的“Pod” 航天器和Sweeper 航天器， 以及我国执行空间碎片观测任务的“实践-17” 卫星[8]等。 将来， 在轨服务有望成为清除空间碎片的有效途径， 并为移除空间碎片责任机制的建立提供物质基础。

4.2 卫星产生的环境污染及其治理

4.2.1 核动力源污染

核污染是除空间碎片之外， 对空间环境产生不利影响的另一大因素。 核动力源由于体积小、寿命长及其他特性， 特别适用于甚至必须用于在外层空间的某些任务。 1978 年， 苏联卫星“宇宙-954” 在加拿大西北上空解体， 星上30kg浓缩铀反应物和反应堆陨落， 放射性碎片洒落在约800km 长的地带上， 清除费用达1400 万美元。最终苏联赔偿加拿大政府300 万加元。

《关于在外层空间使用核动力源的原则》 中第八至第十条明确规定了核动力源航天器发射国对其所造成损害的责任、 赔偿和纠纷解决机制。《外层空间核动力源应用安全框架》 也规定了发射国的安全责任， 并要求其做出风险评估、 减轻事故后果等措施。

依据以上两份文件的规定， 如果卫星核动力源泄漏对地面环境造成污染， 卫星的发射国应承担国际责任， 依据《责任公约》 应负绝对责任。损害赔偿应按照国际法和公平合理的原则确定，以便索赔的自然人或法人、 国家或国际组织能够恢复至损害发生前的状态。 赔偿数额还应包括偿还有适足依据的搜索、 回收和清理工作的费用，其中包括第三方提供援助的费用。 责任国在处理事故的过程中应当对各项措施进行评价， 以减轻有可能向地球环境释放放射性材料的事故的后果， 采取保护受灾地区、 污染信息公开等措施。

4.2.2 卫星碰撞产生的碎片

卫星活动对于低轨环境的一大影响在于， 卫星之间可能相撞并产生大量空间碎片。 1996 年7月24 日， 法国“樱桃” 卫星与一块火箭残骸发生碰撞， 导致卫星重力梯度杆遭到破坏。 2005 年1 月17 日， 中国长征四号火箭残骸与美国“雷神—博纳” 火箭末级碰撞， “雷神—博纳” 火箭末级产生了两块地面可跟踪的大碎片。 2009 年2月11 日， 美国“铱星-33” 与俄罗斯卫星“宇宙-2251” 发生碰撞， 产生了数千个空间碎片。

卫星碰撞产生的赔偿责任问题可以依据《责任公约》 的规定解决， 但碰撞所产生的空间碎片却无论从技术上还是法律上都难以解决。 目前可行的办法只有防患于未然， 加强对空间碎片的监测和卫星运行参数的监控。 根据《外层空间活动中的透明度和建立信任措施问题政府专家组报告》 中提供的建议， 提升空间活动透明度措施，及时交流与通报在轨航天器的轨道参数、 变轨计划、 交会等信息， 才能够实现最大程度减少卫星之间的碰撞， 减少轨道中空间碎片的产生。

而如果碰撞已经发生， 空间碎片已经产生，若不能放任碎片存在于卫星轨道中， 则又要回到前文中主动清理空间碎片的问题上。 清理卫星碰撞碎片， 除了依赖于技术的发展， 还宜寻求建立空间碎片主动移除的责任制度， 由事故的责任国进行清除作业或购买清除服务。

4.2.3 低轨大规模星座风险应对

由于航天器和运载火箭轨道级具有易发生重大跨区碰撞、 驻留轨道多年、 在近载人任务轨道区域运行、 在高利用区域运行以及在碎片高密集区域运行等特点， 在任务结束后， 应限制其长期存在于低地轨道区域。 针对当前低轨大规模星座的爆炸式发展趋势， 需要重点对其在轨寿命进行约束。

国际标准化组织制定的《ISO 标准24113 “空间系统——空间碎片减缓要求”》 提出， 航天器和运载火箭轨道级的设计、 运行和处置， 都应注意防止在其整个轨道寿命周期产生碎片。 对于已经结束轨道操作阶段而穿越低地轨道区域的航天器和运载火箭轨道级， 宜在控制下将其从轨道中清除。 如果不可行， 则应在轨道中对其进行处置， 以避免它们在低地轨道区域长期存在。 无论采用何种方法， 处置过程中均应尽力避免它们发生碎裂。 在从低地轨道清除物体时， 须予以适当注意， 确保那些持续存在而到达地球表面的碎片不会对人员或财产造成不应有的危险， 包括有害物质所造成的环境污染。

5 结论与展望

综上， 国际法中有关空间环境治理的规范以决议、 指南等不具有法律约束力的“软法” 文件为主， 仅为各国的空间活动提供参考和指引。 由于缺乏国际法“硬法” 规则的制约， 空间碎片问题、 低轨卫星所面临的空间碎片污染以及卫星活动本身造成的空间碎片污染均处于难以解决的状态。 未来， 空间碎片污染的治理既要依赖技术手段的进步， 也要依赖制度规则的建立。

对于空间碎片碰撞损害的责任承担， 应当从以下几个方面考虑。 各国对于本国的空间探索活动所造成的损害应承担国际责任， 同时各国也应在一定限度内承担空间探索活动所带来的风险。当空间碎片对大气层内的航空器和地面上的人员财产造成损害， 应依据《责任公约》 由空间碎片的发射国承担绝对赔偿责任。 但在无法确定空间碎片归属的情况下， 可以通过建立新的损害赔偿机制来解决。 鉴于空间碎片是由几个主要空间大国的航天活动产生的， 因此， 有必要建立相应的空间碎片损害赔偿机制， 由有关国家通过成立损害赔偿基金或通过损害责任保险制度来妥善解决损害赔偿问题。 在技术条件允许的情况下， 主动移除空间碎片也可作为承担责任的方式。

同时， 低轨空间作为人类共同继承的遗产，唯有各国协同保护， 才能实现外空活动的可持续发展。 空间碎片的增加和卫星交会的增多， 要求航天部门需对空间碎片和卫星轨道状况加强监测， 而比获取监测信息更重要的是各国之间的信息公开和信息共享， 加强外空活动信息交流与通报， 通过提升空间活动的透明度减少碰撞发生，从而抑制空间碎片的产生。