星图测控丨4000字深度解析太空交通安全困局，共探可持续发展之路

随着太空交通快速发展，太空交通安全问题愈发严峻，太空碎片、航天器碰撞风险明显增加，太空交通管理日益成为关注的热点问题。本文通过分析太空交通安全现状，以及交通面临的太空碎片、轨道资源、航天器碰撞等安全风险，总结监测预警、碰撞规避、碎片治理和资源冲突等方面的技术挑战，提出了构建监控网络、优化规避策略、推进太空碎片治理、创新太空资源利用等方面的太空交通安全保障技术措施，提高太空交通安全管控能力。最后针对太空交通安全发展趋势，探寻太空交通安全可持续发展道路，为推进太空交通安全管理提供参考。

太空交通安全现状

在太空活动中，卫星主要分布于三类典型轨道。

• 低地球轨道（LEO，200-2000公里）：距离地球近，卫星运行周期短，能快速覆盖地球表面，信号传输延迟低，便于实时通信和数据回传。但轨道拥堵最严重、空间碎片密集、大气阻力相对较高、受太阳活动影响显著。

• 中地球轨道（MEO，2000-36000公里）：轨道高度适中，单星覆盖范围比LEO广，主要部署导航定位卫星和区域通信卫星。然而卫星需保持极高的轨道精度，对空间碎片碰撞预警和轨道机动要求严格。

• 地球静止轨道（GEO，约36000公里）：卫星相对于地球表面保持静止状态，可实现对特定区域的持续覆盖。但轨道位置和频率资源稀缺，碎片清除技术在GEO轨道的应用仍面临挑战。

太空交通面临的安全问题

 太空垃圾威胁

太空垃圾包括废弃卫星、火箭残骸、解体碎块等，数量呈爆炸式增长。根据celestrak网站公布的截至2025年7月的数据统计，人类自20世纪中叶以来已累计向太空发射约2.2万颗人造卫星，其中有大约1.2万颗卫星目前仍处于在轨运行状态并维持功能正常，其他的则已废弃，成为“太空垃圾”。欧洲航天局（ESA）发布的《2025年太空环境年度报告》显示，太空碎片数量庞大且仍在增长，大于10厘米的太空碎片约有54000个，尺寸在1厘米到10厘米之间的太空碎片约有120万个，尺寸在1毫米到1厘米之间的太空碎片约有1.4亿个。这些碎片以每秒数公里高速运行，碰撞航天器轻则损伤表面，重则导致系统失效甚至爆炸。未完全烧毁的碎片再次进入大气层时，也可能危害地面安全。

 轨道碰撞危险

轨道碰撞是太空交通安全的重大威胁，在轨卫星数量与太空垃圾的增多，使碰撞风险显著上升。截至2025年7月，已确认的在轨碰撞事件共5起，卫星因碎片撞击导致功能失效或解体事件共2起，低轨卫星每年遭遇的需关注碰撞风险事件大于40起，星链星座半年内为避免碰撞而进行的轨道调整约为50000次。轨道碰撞不仅导致卫星损坏报废，还会产生更多碎片，加剧太空环境恶化。同时，频繁的避碰轨道调整会消耗卫星燃料，缩短使用寿命，增加太空活动成本。

 太空轨道和频率资源接近饱和

轨道资源方面：地球同步轨道（GEO）因位置固定且高度唯一，仅能容纳数百颗卫星，目前通信、气象等关键卫星已密集占据其“黄金位置”；近地轨道理论容量约5–6万颗卫星，而各国已公布星座规划已逼近5.7万颗。

频率资源方面：卫星通信依赖的Ku、Ka等主流频段可用带宽已接近极限，国际电信联盟“先到先得”的分配规则导致大量频段被提前抢占，即使部分资源暂未被实际使用，也加剧了稀缺性。

太空交通安全管理面临的技术挑战

 太空目标监测与跟踪能力不足

太空环境中存在大量的碎片，现有监测体系难以实现全面覆盖和精准跟踪。

• 一是监控范围有限，地面雷达虽能监测较大尺寸物体，但难以捕捉毫米级以下的微小碎片；光学望远镜受天气和光照条件制约，在恶劣天气或夜间无法工作，且分辨率不足，影响对微小碎片的观测；
• 二是数据精度不足，不同国家和机构的监测数据标准不统一，数据共享、责任划分、应急响应等环节存在技术壁垒，导致碰撞预警的准确性大打折扣。若是两颗航天器的轨道预测误差超过1公里，则可能错过关键避碰窗口。
• 三是太空数据更新较慢，低轨卫星星座的大规模部署使在轨目标数量呈指数级增长，现有监测系统的算力和响应速度难以匹配，无法实时更新所有目标的轨道参数。

 碰撞规避技术局限性

航天器主动避碰依赖精准的轨道预测和高效的机动能力，但实际操作中面临多重技术瓶颈。

• 一是燃料和精度限制，航天器携带的燃料有限，频繁变轨会缩短使用寿命，低轨卫星每次避碰变轨都可能会消耗其燃料储备；同时，微小卫星因推进系统简陋，难以实现精细化轨道调整，避碰成功率较低。
• 二是多目标协同避碰难度较大，当一颗航天器面临与多颗碎片或卫星的碰撞风险时，如何规划最优避碰路径以避免“避碰后二次碰撞”，仍是算法层面的技术难点，协同决策复杂度较大。
• 三是预警时间窗口紧张，对于突发碎片撞击，航天器往往缺乏足够的预警时间启动避碰程序，并及时规避。

 太空碎片治理技术尚未成熟

轨道太空碎片的持续累积，加剧了“凯斯勒综合征”风险，但治理技术仍处于探索阶段。

• 一是主动移除技术落地难，目前提出的碎片清除方案，如机械臂抓捕、激光推移、飞网捕获等多处于试验阶段，面临精准对接、动力续航、目标识别等技术挑战。

• 二是碎片化目标处理难，对于已解体卫星所产生的数千块小碎片，现有技术难以逐个清除，而激光烧蚀等远程清除方式的能量控制、轨道扰动预测等问题尚未完全解决。

• 三是单次任务效率低，太空碎片治理单次任务覆盖范围有限，捕获或清除目标数量较少；传统航天活动持续产生新碎片的速度，远超单次治理任务的清理速度。

 频率与轨道资源冲突的技术协同缺失

轨道和频率资源的稀缺加剧了太空竞争，而技术层面则缺乏高效的资源分配与协同机制。

• 一是频谱干扰问题较为突出，低轨卫星星座使用的Ku、Ka频段与地面通信、高轨卫星存在频谱重叠，易引发信号冲突。

• 二是轨道协同调度机制缺失，不同国家或企业的卫星星座在相同轨道高度密集部署，但缺乏统一的轨道参数共享和调度管理，导致轨道插队、频率抢用现象频发。

保障太空交通安全的技术措施

 构建精准的太空目标监测网络

太空态势感知是实现太空交通管理的前提，通过天地一体监测技术升级，实现对太空目标的全时段、高精度追踪。构建一体化太空态势感知网络，整合地基雷达、天基红外传感器、光学望远镜等监测设备，实现对太空目标的全天候、全空域监测。同时整合地面和天基监测数据，构建完善的预警系统，运用大数据技术，对海量监测数据进行快速处理和分析，预测太空物体的运动轨迹和潜在碰撞风险。当监测到潜在碰撞威胁时，预警系统迅速发出警报，并提供详细的碰撞信息，为航天器操作人员提供充足时间采取规避措施。例如，星图测控洞察者空间信息分析基础平台，支持超过1万颗卫星、10万+空间碎片的碰撞预警计算。

图 1 洞察者空间信息分析基础平台碰撞预警热力图

 优化碰撞规避与协同调度策略

随着太空交通的日益拥挤，航天器碰撞规避与协同调度成为保障太空交通安全的关键。当监测到潜在碰撞风险时，以碎片的碰撞危险评估结果为前提，进行燃料和机动能力受限情况下的最优规避策略设计、任务约束条件下的轨道机动方案设计，以及规避机动与日常轨道维持一体化轨道设计。通过高效的碰撞轨道机动计算方法和实施策略，避开碰撞威胁。例如，星图测控的太空资产管理应用平台，支持近地、中轨、高轨等不同轨道场景的在轨服务策略优化分析。

图 2 太空资产管理应用平台任务规划界面

 推进太空碎片治理与源头防控技术

为有效缓解太空碎片累积压力，可从清除存量碎片与控制碎片增量两方面协同发力，构建全链条、多技术的碎片治理体系。研发机械臂抓捕、飞网捕获、激光推移等技术，主动清除存量太空碎片，降低高风险区域威胁；试验推广“离轨帆”、“拖拽绳”等低成本离轨装置，实现卫星任务结束后受控再进入大气层，减少退役航天器长期滞留轨道的风险。

 创新频率资源高效利用与协同机制

采用自适应跳频、波束成形等技术，让卫星根据区域通信需求动态调整频段与波束指向，提高频率的空间复用效率；试验太赫兹、激光通信等新型频段，拓展频谱资源边界；建立基于区块链的频谱确权与动态分配机制，实现不同卫星星座间的频段临时租用与实时释放，通过智能合约减少频谱冲突引发的任务中断风险。

 人工智能技术的综合应用

图 3 太空云智算平台空间安全智能分析

在当前太空探索与开发日益激烈的背景下，人工智能技术发展为太空交通安全管理开辟了新的技术途径，在目标监测、自主规避、碎片管理、星座管理等方面展现出显著潜力。

• 碰撞预警领域，人工智能通过分析大量历史碰撞案例和实时监测数据，建立碰撞风险评估模型，对碰撞风险进行实时监测和预警；利用深度学习模型，对太空星座的历史轨道数据进行学习，结合地球引力场变化、太阳活动等复杂影响因素，预测航天器未来轨道。

• 自主规避领域，人工智能技术可综合预警信息、卫星状态、任务优先级等要素，智能规划最优机动方案，自动生成最优规避策略；通过智能环境感知、决策模拟等智能体训练，生成决策智能体模型。遇到突发情况，能够自主按照生成策略实施规避，确保航天器安全。

• 空间碎片管理领域，利用深度学习技术强化对目标的识别与跟踪，丰富完善太空碎片数据库；通过建立碎片智能演化模型，预测空间碎片数量、分布和运动状态的长期变化趋势，为发射任务和卫星在轨测控提供数据支持。

• 巨型星座管理领域，人工智能技术针对星座密集部署需求，为卫星星座分配互不冲突的轨道面，并根据实时监测的轨道数据，动态调整卫星的轨道维持策略；计算规划最优运行路径，协调星座卫星的轨道相位，避免相邻卫星过于接近，同时提高通信覆盖连续性。

太空交通安全的可持续发展道路

随着航天事业飞速发展，尤其是商业航天的蓬勃兴起，短期内大量航天器被送入太空，太空交通面临严峻安全问题。为实现太空交通的安全管理与发展，可从以下四个方面入手：

• 一是构建地基与天基互补的立体化观测网络，结合人工智能算法对海量观测数据进行实时处理与分析，提高空间碎片运行轨迹的预报能力，实现空间安全态势感知与预警。

• 二是开发新的轨道碎片清除技术，通过回收或轨道转移技术将现有碎片及废弃航天器推离现有工作轨道，减少碎片产生，降低太空碰撞风险，实现太空轨道环境安全。

• 三是规范空间飞行器运行行为，涵盖卫星发射、轨道使用、频率分配、退役离轨等关键环节，实现太空交通的有序管理。

• 四是开展交流与合作，统筹协调观测数据共享、碎片清除协同、轨道资源分配等事务，整合资源推动技术创新，共同应对太空交通管理难题，实现太空交通的可持续发展。

中科星图测控技术股份有限公司

中科星图测控技术股份有限公司成立于2016年，股票代码：920116，致力于成为全球领先的太空管理服务商。公司围绕航天器在轨管理及天地通信，构建高效、智能的天地一体化航天测控通信与太空交通管控系统，提升航天系统的能力和效益，为全球用户提供太空管理综合解决方案。

(中科星图)