美国宇航局报告识别了处理轨道碎片的经济有效方法

美国宇航局的一份报告总结道，减少卫星在任务结束后在轨道上停留的时间是解决轨道碎片问题最经济有效的方法之一。

该报告由 NASA 技术、政策和战略办公室于 5 月 20 日发布，是 2023 年 3 月一份报告的后续，该报告重点关注碎片修复技术或清除碎片的方法的有效性。新报告扩大了范围，包括碎片缓解策略或防止碎片产生的策略，以及跟踪改进措施。

研究发现，最有效的方法之一（以收益与成本之比衡量）是减少所谓的任务后处置时间。即卫星完成任务后脱离轨道所需的时间。美国政府法规基于国际准则，要求卫星在 25 年后脱离轨道。然而，美国联邦通信委员会通过了将于今年 9 月生效的法规，将任务后处置时间缩短至 5 年。

美国宇航局的研究发现，即使任务完成后的处置时间缩短幅度很小，也能带来巨大的收益。报告指出，“我们估计，采用 15 年规则的收益是成本的 20 至 750 倍，在 30 年内可能产生高达 60 亿美元的净收益”。

较短的处置时间可以带来更高的净收益，如果航天器在任务结束后立即脱离轨道，净收益最高可达 90 亿美元，尽管成本效益比较低。在 NASA 的研究考虑的所有情景中，缩短任务后处置时间都会产生大于 1 的成本效益比，这意味着收益大于成本。

虽然研究发现改进任务后处置（一种碎片减缓措施）非常有效，但它也发现一些碎片修复方法也有好处。最有希望的是所谓的“及时”防撞方法，它涉及使用激光或其他技术来推动有相互碰撞危险的大块碎片。

报告总结说，这些方法的成本效益比与最有希望的缓解方法类似，同时补充说，模型中的不确定性可能会导致补救措施更有希望。“我们鼓励航天界认识到，补救措施的有效性可以与缓解和跟踪相媲美，甚至可能更好，”报告总结道。

其他有前景的工具也基于成本效益分析，包括为航天器增加一定程度的屏蔽以保护其免受撞击，以及改进对“高风险”会合点的跟踪，以便卫星运营商在避免碰撞操作方面做出更明智的决定。然而，这些估计存在很大的不确定性，特别是在屏蔽方面。

其他技术的表现却出人意料地差。改进航天器钝化技术（从电池和推进剂箱中移除可能产生碎片爆炸的能量源）即使在最乐观的情况下，也未能在 30 年内产生净正效益，实施钝化措施的成本超过了这样做的成本。

虽然这项研究涉及大量技术分析，但其结果以财务指标来表达。“通过用美元来衡量一切，我​​们可以直接比较屏蔽航天器与追踪较小碎片，或清除 50 块大碎片与清除 50,000 块小碎片，”该报告的主要作者杰里科·洛克在一份声明中说。

这项新研究是在NASA 宣布新的太空可持续性战略一个月后发布的，该战略强调在开发解决轨道碎片问题的技术之前，需要更好地描述轨道碎片问题。这包括制定评估太空可持续性的框架，并确定哪些不确定因素最需要解决。

美国宇航局技术、政策和战略办公室副局长 Charity Weeden 在一份声明中表示：“这项研究是 NASA 工作的一部分，旨在通过从经济角度看待这一关键问题，迅速提高我们对 NASA 最近发布的太空可持续发展战略中概述的环境的理解。”