星圖測控丨4000字深度解析太空交通安全困局，共探可持續發展之路

隨着太空交通快速發展，太空交通安全問題愈發嚴峻，太空碎片、航天器碰撞風險明顯增加，太空交通管理日益成為關注的熱點問題。本文通過分析太空交通安全現狀，以及交通面臨的太空碎片、軌道資源、航天器碰撞等安全風險，總結監測預警、碰撞規避、碎片治理和資源衝突等方面的技術挑戰，提出了構建監控網絡、優化規避策略、推進太空碎片治理、創新太空資源利用等方面的太空交通安全保障技術措施，提高太空交通安全管控能力。最后針對太空交通安全發展趨勢，探尋太空交通安全可持續發展道路，為推進太空交通安全管理提供參考。

太空交通安全現狀

在太空活動中，衞星主要分佈於三類典型軌道。

• 低地球軌道（LEO，200-2000公里）：距離地球近，衞星運行周期短，能快速覆蓋地球表面，信號傳輸延迟低，便於實時通信和數據回傳。但軌道擁堵最嚴重、空間碎片密集、大氣阻力相對較高、受太陽活動影響顯著。

• 中地球軌道（MEO，2000-36000公里）：軌道高度適中，單星覆蓋範圍比LEO廣，主要部署導航定位衞星和區域通信衞星。然而衞星需保持極高的軌道精度，對空間碎片碰撞預警和軌道機動要求嚴格。

• 地球靜止軌道（GEO，約36000公里）：衞星相對於地球表面保持靜止狀態，可實現對特定區域的持續覆蓋。但軌道位置和頻率資源稀缺，碎片清除技術在GEO軌道的應用仍面臨挑戰。

太空交通面臨的安全問題

 太空垃圾威脅

太空垃圾包括廢棄衞星、火箭殘骸、解體碎塊等，數量呈爆炸式增長。根據celestrak網站公佈的截至2025年7月的數據統計，人類自20世紀中葉以來已累計向太空發射約2.2萬顆人造衞星，其中有大約1.2萬顆衞星目前仍處於在軌運行狀態並維持功能正常，其他的則已廢棄，成為「太空垃圾」。歐洲航天局（ESA）發佈的《2025年太空環境年度報告》顯示，太空碎片數量龐大且仍在增長，大於10釐米的太空碎片約有54000個，尺寸在1釐米到10釐米之間的太空碎片約有120萬個，尺寸在1毫米到1釐米之間的太空碎片約有1.4億個。這些碎片以每秒數公里高速運行，碰撞航天器輕則損傷表面，重則導致系統失效甚至爆炸。未完全燒燬的碎片再次進入大氣層時，也可能危害地面安全。

 軌道碰撞危險

軌道碰撞是太空交通安全的重大威脅，在軌衞星數量與太空垃圾的增多，使碰撞風險顯著上升。截至2025年7月，已確認的在軌碰撞事件共5起，衞星因碎片撞擊導致功能失效或解體事件共2起，低軌衞星每年遭遇的需關注碰撞風險事件大於40起，星鏈星座半年內為避免碰撞而進行的軌道調整約為50000次。軌道碰撞不僅導致衞星損壞報廢，還會產生更多碎片，加劇太空環境惡化。同時，頻繁的避碰軌道調整會消耗衞星燃料，縮短使用壽命，增加太空活動成本。

 太空軌道和頻率資源接近飽和

軌道資源方面：地球同步軌道（GEO）因位置固定且高度唯一，僅能容納數百顆衞星，目前通信、氣象等關鍵衞星已密集佔據其「黃金位置」；近地軌道理論容量約5–6萬顆衞星，而各國已公佈星座規劃已逼近5.7萬顆。

頻率資源方面：衞星通信依賴的Ku、Ka等主流頻段可用帶寬已接近極限，國際電信聯盟「先到先得」的分配規則導致大量頻段被提前搶佔，即使部分資源暫未被實際使用，也加劇了稀缺性。

太空交通安全管理面臨的技術挑戰

 太空目標監測與跟蹤能力不足

太空環境中存在大量的碎片，現有監測體系難以實現全面覆蓋和精準跟蹤。

• 一是監控範圍有限，地面雷達雖能監測較大尺寸物體，但難以捕捉毫米級以下的微小碎片；光學望遠鏡受天氣和光照條件制約，在惡劣天氣或夜間無法工作，且分辨率不足，影響對微小碎片的觀測；
• 二是數據精度不足，不同國家和機構的監測數據標準不統一，數據共享、責任劃分、應急響應等環節存在技術壁壘，導致碰撞預警的準確性大打折扣。若是兩顆航天器的軌道預測誤差超過1公里，則可能錯過關鍵避碰窗口。
• 三是太空數據更新較慢，低軌衞星星座的大規模部署使在軌目標數量呈指數級增長，現有監測系統的算力和響應速度難以匹配，無法實時更新所有目標的軌道參數。

 碰撞規避技術侷限性

航天器主動避碰依賴精準的軌道預測和高效的機動能力，但實際操作中面臨多重技術瓶頸。

• 一是燃料和精度限制，航天器攜帶的燃料有限，頻繁變軌會縮短使用壽命，低軌衞星每次避碰變軌都可能會消耗其燃料儲備；同時，微小衞星因推進系統簡陋，難以實現精細化軌道調整，避碰成功率較低。
• 二是多目標協同避碰難度較大，當一顆航天器面臨與多顆碎片或衞星的碰撞風險時，如何規劃最優避碰路徑以避免「避碰后二次碰撞」，仍是算法層面的技術難點，協同決策複雜度較大。
• 三是預警時間窗口緊張，對於突發碎片撞擊，航天器往往缺乏足夠的預警時間啟動避碰程序，並及時規避。

 太空碎片治理技術尚未成熟

軌道太空碎片的持續累積，加劇了「凱斯勒綜合徵」風險，但治理技術仍處於探索階段。

• 一是主動移除技術落地難，目前提出的碎片清除方案，如機械臂抓捕、激光推移、飛網捕獲等多處於試驗階段，面臨精準對接、動力續航、目標識別等技術挑戰。

• 二是碎片化目標處理難，對於已解體衞星所產生的數千塊小碎片，現有技術難以逐個清除，而激光燒蝕等遠程清除方式的能量控制、軌道擾動預測等問題尚未完全解決。

• 三是單次任務效率低，太空碎片治理單次任務覆蓋範圍有限，捕獲或清除目標數量較少；傳統航天活動持續產生新碎片的速度，遠超單次治理任務的清理速度。

 頻率與軌道資源衝突的技術協同缺失

軌道和頻率資源的稀缺加劇了太空競爭，而技術層面則缺乏高效的資源分配與協同機制。

• 一是頻譜干擾問題較為突出，低軌衞星星座使用的Ku、Ka頻段與地面通信、高軌衞星存在頻譜重疊，易引發信號衝突。

• 二是軌道協同調度機制缺失，不同國家或企業的衞星星座在相同軌道高度密集部署，但缺乏統一的軌道參數共享和調度管理，導致軌道插隊、頻率搶用現象頻發。

保障太空交通安全的技術措施

 構建精準的太空目標監測網絡

太空態勢感知是實現太空交通管理的前提，通過天地一體監測技術升級，實現對太空目標的全時段、高精度追蹤。構建一體化太空態勢感知網絡，整合地基雷達、天基紅外傳感器、光學望遠鏡等監測設備，實現對太空目標的全天候、全空域監測。同時整合地面和天基監測數據，構建完善的預警系統，運用大數據技術，對海量監測數據進行快速處理和分析，預測太空物體的運動軌跡和潛在碰撞風險。當監測到潛在碰撞威脅時，預警系統迅速發出警報，並提供詳細的碰撞信息，為航天器操作人員提供充足時間採取規避措施。例如，星圖測控洞察者空間信息分析基礎平臺，支持超過1萬顆衞星、10萬+空間碎片的碰撞預警計算。

圖 1 洞察者空間信息分析基礎平臺碰撞預警熱力圖

 優化碰撞規避與協同調度策略

隨着太空交通的日益擁擠，航天器碰撞規避與協同調度成為保障太空交通安全的關鍵。當監測到潛在碰撞風險時，以碎片的碰撞危險評估結果為前提，進行燃料和機動能力受限情況下的最優規避策略設計、任務約束條件下的軌道機動方案設計，以及規避機動與日常軌道維持一體化軌道設計。通過高效的碰撞軌道機動計算方法和實施策略，避開碰撞威脅。例如，星圖測控的太空資產管理應用平臺，支持近地、中軌、高軌等不同軌道場景的在軌服務策略優化分析。

圖 2 太空資產管理應用平臺任務規劃界面

 推進太空碎片治理與源頭防控技術

為有效緩解太空碎片累積壓力，可從清除存量碎片與控制碎片增量兩方面協同發力，構建全鏈條、多技術的碎片治理體系。研發機械臂抓捕、飛網捕獲、激光推移等技術，主動清除存量太空碎片，降低高風險區域威脅；試驗推廣「離軌帆」、「拖拽繩」等低成本離軌裝置，實現衞星任務結束后受控再進入大氣層，減少退役航天器長期滯留軌道的風險。

 創新頻率資源高效利用與協同機制

採用自適應跳頻、波束成形等技術，讓衞星根據區域通信需求動態調整頻段與波束指向，提高頻率的空間複用效率；試驗太赫茲、激光通信等新型頻段，拓展頻譜資源邊界；建立基於區塊鏈的頻譜確權與動態分配機制，實現不同衞星星座間的頻段臨時租用與實時釋放，通過智能合約減少頻譜衝突引發的任務中斷風險。

 人工智能技術的綜合應用

圖 3 太空雲智算平臺空間安全智能分析

在當前太空探索與開發日益激烈的背景下，人工智能技術發展為太空交通安全管理開闢了新的技術途徑，在目標監測、自主規避、碎片管理、星座管理等方面展現出顯著潛力。

• 碰撞預警領域，人工智能通過分析大量歷史碰撞案例和實時監測數據，建立碰撞風險評估模型，對碰撞風險進行實時監測和預警；利用深度學習模型，對太空星座的歷史軌道數據進行學習，結合地球引力場變化、太陽活動等複雜影響因素，預測航天器未來軌道。

• 自主規避領域，人工智能技術可綜合預警信息、衞星狀態、任務優先級等要素，智能規劃最優機動方案，自動生成最優規避策略；通過智能環境感知、決策模擬等智能體訓練，生成決策智能體模型。遇到突發情況，能夠自主按照生成策略實施規避，確保航天器安全。

• 空間碎片管理領域，利用深度學習技術強化對目標的識別與跟蹤，豐富完善太空碎片數據庫；通過建立碎片智能演化模型，預測空間碎片數量、分佈和運動狀態的長期變化趨勢，為發射任務和衞星在軌測控提供數據支持。

• 巨型星座管理領域，人工智能技術針對星座密集部署需求，為衞星星座分配互不衝突的軌道面，並根據實時監測的軌道數據，動態調整衞星的軌道維持策略；計算規劃最優運行路徑，協調星座衞星的軌道相位，避免相鄰衞星過於接近，同時提高通信覆蓋連續性。

太空交通安全的可持續發展道路

隨着航天事業飛速發展，尤其是商業航天的蓬勃興起，短期內大量航天器被送入太空，太空交通面臨嚴峻安全問題。為實現太空交通的安全管理與發展，可從以下四個方面入手：

• 一是構建地基與天基互補的立體化觀測網絡，結合人工智能算法對海量觀測數據進行實時處理與分析，提高空間碎片運行軌跡的預報能力，實現空間安全態勢感知與預警。

• 二是開發新的軌道碎片清除技術，通過回收或軌道轉移技術將現有碎片及廢棄航天器推離現有工作軌道，減少碎片產生，降低太空碰撞風險，實現太空軌道環境安全。

• 三是規範空間飛行器運行行為，涵蓋衞星發射、軌道使用、頻率分配、退役離軌等關鍵環節，實現太空交通的有序管理。

• 四是開展交流與合作，統籌協調觀測數據共享、碎片清除協同、軌道資源分配等事務，整合資源推動技術創新，共同應對太空交通管理難題，實現太空交通的可持續發展。

中科星圖測控技術股份有限公司

中科星圖測控技術股份有限公司成立於2016年，股票代碼：920116，致力於成為全球領先的太空管理服務商。公司圍繞航天器在軌管理及天地通信，構建高效、智能的天地一體化航天測控通信與太空交通管控系統，提升航天系統的能力和效益，為全球用户提供太空管理綜合解決方案。

(中科星圖)