近地軌道要 “堵死” 了？1.3 億太空碎片威脅下，智能推進(jìn)成唯一破局點(diǎn)？ |【經(jīng)緯低調(diào)科普】

在巨型星座、新型火箭技術(shù)與在軌服務(wù)的共同驅(qū)動下，商業(yè)航天已邁入全新發(fā)展階段。據(jù)美國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會與摩根士丹利等機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球太空經(jīng)濟(jì)規(guī)模有望在2040年突破一萬億美元，一個(gè)潛力無限的太空時(shí)代正在加速到來。

然而，在這一繁榮圖景背后，危機(jī)已悄然浮現(xiàn)。作為航天活動核心區(qū)域的近地軌道，正面臨前所未有的擁擠與風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)據(jù)顯示，截至2025年初，地球軌道上大于10厘米的可追蹤物體超3.65萬個(gè)，1至10厘米的致命碎片逾百萬個(gè)，微小碎片更是可能高達(dá)1.3億個(gè)。這些高速飛行的物體隨時(shí)可能引發(fā)碰撞，而“凱斯勒效應(yīng)”的理論警示與2009年美俄衛(wèi)星相撞的現(xiàn)實(shí)案例，都印證了軌道環(huán)境惡化的嚴(yán)峻性。隨著SpaceX“星鏈”、亞馬遜“柯伊伯計(jì)劃”及我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程等巨型星座加速部署，碰撞風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)攀升，甚至出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星逼近中國空間站的緊急避碰事件，軌道安全已成為制約行業(yè)存續(xù)的核心議題。

我們正處在一個(gè)由巨型星座、新型火箭技術(shù)和在軌服務(wù)共同定義的商業(yè)航天發(fā)展的新階段。據(jù)美國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會（ SIA ）與摩根士丹利等機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球太空經(jīng)濟(jì)的規(guī)模有望在 2040 年突破一萬億美元。 可持續(xù)的太空經(jīng)濟(jì)提供核心支撐是什么？商業(yè)航天要求著哪些技術(shù)創(chuàng)新和責(zé)任擔(dān)當(dāng)？

本篇文章作者為遨天科技創(chuàng)始人王紅霞從技術(shù)和行業(yè)發(fā)展角度，為大家分享：《智能推進(jìn)：在日漸繁榮的軌道上構(gòu)建可持續(xù)的太空經(jīng)濟(jì)》。以下，Enjoy：

來源丨你好太空

作者丨遨天科技創(chuàng)始人王紅霞

01

電推進(jìn)的技術(shù)革命

航天產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其根基在于航天器核心能力的躍升。其中，電推進(jìn)系統(tǒng)——作為航天器的“心臟”，正經(jīng)歷著一場從“高能”到“高效”再到“高智”的深刻技術(shù)革命。在這場革命的浪潮之巔，電推進(jìn)（Electric Propulsion, EP）技術(shù)正成為決定未來商業(yè)航天格局的關(guān)鍵變量。

與化學(xué)推進(jìn)不同，電推進(jìn)系統(tǒng)通過電場或磁場加速工質(zhì)，以微小但持久的推力，實(shí)現(xiàn)數(shù)倍于前者的燃料效率（高比沖）。這一特性，契合了現(xiàn)代商業(yè)衛(wèi)星星座對“低成本、長壽命、精細(xì)化”運(yùn)營的核心訴求。

更少的燃料意味著更低的發(fā)射質(zhì)量和成本，更長的在軌壽命則直接提升了衛(wèi)星資產(chǎn)的投資回報(bào)率。正因如此，電推進(jìn)已不再是“可選項(xiàng)”，而是巨型星座時(shí)代的“必需品”。

從SpaceX的“星鏈”衛(wèi)星采用氪工質(zhì)霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模部署與軌道維持，到OneWeb、亞馬遜“柯伊伯計(jì)劃”，乃至我們自有的星座系統(tǒng)，無一例外地都將電推進(jìn)作為其星座的標(biāo)準(zhǔn)配置，一個(gè)由電推進(jìn)驅(qū)動的太空經(jīng)濟(jì)時(shí)代已然來臨。

然而，當(dāng)我們站在這個(gè)價(jià)值萬億美元太空經(jīng)濟(jì)的門檻上，一個(gè)基礎(chǔ)性的、物理性的制約正變得日益突出：我們賴以生存的近地軌道（Low Earth Orbit, LEO）正變得前所未有的擁擠和危險(xiǎn)。這不僅是一個(gè)環(huán)境問題，更是一個(gè)關(guān)乎整個(gè)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)存續(xù)與發(fā)展的核心戰(zhàn)略議題。

02

近地軌道擁擠與風(fēng)險(xiǎn)

近地軌道是一種有限的、不可再生的戰(zhàn)略資源。

截至2025年初，根據(jù)美國空間監(jiān)視網(wǎng)（Space Surveillance Network）和歐洲空間局（ESA）空間碎片辦公室的公開數(shù)據(jù)，地球軌道上尺寸大于10厘米的可追蹤物體已超過36,500個(gè)，而尺寸在1至10厘米之間的致命碎片估計(jì)超過100萬個(gè)，微小碎片（1毫米至1厘米）則可能高達(dá)1.3億個(gè)。這些物體以平均每秒7.8千米的速度飛行，任何一次碰撞都可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

美國國家航空航天局（NASA）科學(xué)家唐納德·J·凱斯勒（Donald J. Kessler）在1978年發(fā)表的一篇名為《軌道碎片環(huán)境中的碰撞頻率》（Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt）的論文中首次提出了“凱斯勒效應(yīng)”。

這個(gè)理論的核心思想是：當(dāng)近地軌道上的人造天體（如衛(wèi)星、火箭殘骸等）的密度達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，一次碰撞產(chǎn)生的碎片會引發(fā)更多、更頻繁的碰撞，形成一系列連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致整個(gè)軌道區(qū)域被密集的碎片云覆蓋，變得無法安全使用，甚至在數(shù)百年內(nèi)都無法通行。

2009年，美國正在太空工作的“銥星33號”（Iridium 33）通信衛(wèi)星與俄羅斯已經(jīng)報(bào)廢的“宇宙2251號”（Kosmos-2251）軍用衛(wèi)星，在西伯利亞上空約790千米的高度相撞。這次碰撞產(chǎn)生了超過2300個(gè)可追蹤碎片，并進(jìn)一步惡化了軌道環(huán)境。這個(gè)事件被認(rèn)為是凱斯勒綜合癥的一次小型“實(shí)景預(yù)演”，它證明了理論中的太空碰撞，的確是會真實(shí)發(fā)生的。

如今全球商業(yè)航天任務(wù)及星座部署正以指數(shù)級增長，凱斯勒效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)正在大幅提升。以美國的SpaceX為例，截至2025年10月，“星鏈”（Starlink）計(jì)劃已部署超過9800顆衛(wèi)星，并計(jì)劃最終達(dá)到42000顆的規(guī)模。英國的OneWeb（現(xiàn)為Eutelsat OneWeb）和亞馬遜的“柯伊伯計(jì)劃”（Project Kuiper）同樣規(guī)劃了數(shù)千顆衛(wèi)星的巨型星座。我國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程也已進(jìn)入加速實(shí)施階段。

這種部署密度在創(chuàng)造巨大連接價(jià)值的同時(shí)，也極大地增加了在軌碰撞的概率。美國星鏈衛(wèi)星先后兩次接近中國空間站，使我方空間站被迫實(shí)施了機(jī)動，以緊急避碰。

第一次緊急避碰：星鏈-1095衛(wèi)星自2020年4月19日起穩(wěn)定運(yùn)行在平均高度約555千米的軌道上。2021年5月16日至6月24日，該衛(wèi)星持續(xù)降軌機(jī)動至平均軌道高度382千米后，保持在該軌道高度運(yùn)行。7月1日，該衛(wèi)星與中國空間站出現(xiàn)近距離接近事件。出于安全考慮，中國空間站于7月1日晚主動采取緊急避碰，規(guī)避了兩目標(biāo)碰撞風(fēng)險(xiǎn)。第二次緊急避碰：2021年10月21日，星鏈-2305衛(wèi)星與中國空間站發(fā)生近距離接近事件。鑒于該衛(wèi)星處于連續(xù)軌道機(jī)動狀態(tài)，機(jī)動策略未知且無法評估軌道誤差，存在與空間站碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

這并非個(gè)例，而是日益常態(tài)化的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。未來，這種碰撞規(guī)避的動作將會越來越多。智能化的電推進(jìn)系統(tǒng)，就會是一種必然的配置和必要的技術(shù)儲備。

03

推進(jìn)技術(shù)的轉(zhuǎn)變

在這一背景下，航天器推進(jìn)技術(shù)的角色正在發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變——從僅僅關(guān)注將衛(wèi)星“送上去”的運(yùn)載效率，轉(zhuǎn)向更加注重在軌“活得好、活得久、退得凈”的精細(xì)化運(yùn)營與控制能力。

化學(xué)推進(jìn)以其高推力的特性，在快速變軌和入軌階段依然不可或缺。然而，對于商業(yè)星座長達(dá)10-15年的在軌壽命而言，電推進(jìn)系統(tǒng)以其高比沖（Isp）帶來的燃料效率優(yōu)勢，正成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

電推進(jìn)的比沖通常是化學(xué)推進(jìn)的5到10倍，這意味著在提供相同總沖量（ΔV）的前提下，所需推進(jìn)劑質(zhì)量大幅減少。這直接轉(zhuǎn)化為更低的發(fā)射成本、更大的有效載荷，以及更長的在軌服務(wù)壽命。

美國Maxar Technologies（現(xiàn)已拆分更名為Vantor及Lanteris ）和Northrop Grumman等傳統(tǒng)航天企業(yè)已在其地球靜止軌道（GEO）通信衛(wèi)星上廣泛采用電推進(jìn)系統(tǒng)（如霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)）進(jìn)行位置保持和軌道提升，成功將衛(wèi)星的服務(wù)壽命延長了50%以上。

SpaceX的“星鏈”衛(wèi)星則全部采用氪工質(zhì)霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行軌道維持和最終的離軌處置，這是電推進(jìn)技術(shù)在LEO巨型星座中最大規(guī)模的應(yīng)用驗(yàn)證。

歐洲空間局（ESA）一直是電推進(jìn)技術(shù)的堅(jiān)定推動者。其“哥白尼計(jì)劃”（Copernicus）的“哨兵”（Sentinel）系列地球觀測衛(wèi)星廣泛采用了電推進(jìn)系統(tǒng)。值得一提的是，法國航空航天公司Safran的PPS系列霍爾推力器已成為全球市場的標(biāo)桿產(chǎn)品之一，被數(shù)十個(gè)國際商業(yè)衛(wèi)星平臺選用。

日本在電推進(jìn)領(lǐng)域以其獨(dú)特的微波放電離子推力器技術(shù)而聞名，其深空探測器“隼鳥號”（Hayabusa）和“隼鳥2號”（Hayabusa2）依靠離子推力器完成了數(shù)億千米的星際航行，充分展示了電推進(jìn)技術(shù)無與倫比的長期可靠性和精準(zhǔn)控制能力。

近年來，日本初創(chuàng)公司如Synspective也在其小型SAR（合成孔徑雷達(dá)）衛(wèi)星上集成了電推進(jìn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)靈活的星座部署和編隊(duì)飛行。

我國在霍爾推力器和離子推力器領(lǐng)域均取得了長足進(jìn)步。從“實(shí)踐”系列技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星到新一代通信衛(wèi)星平臺，電推進(jìn)系統(tǒng)已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。

遨天科技正致力于開發(fā)更高性能、更低成本、更長壽命的電推進(jìn)系統(tǒng)，以滿足國家級星座工程以及商業(yè)遙感、物聯(lián)網(wǎng)星座對核心部組件自主可控的迫切需求。

04

基于態(tài)勢感知的智能推進(jìn)

然而，僅僅實(shí)現(xiàn)“高效”的電推進(jìn)是不夠的。軌道的擁堵現(xiàn)狀要求推進(jìn)系統(tǒng)具備更高維度的能力——自主智能。

未來的電推進(jìn)，必須進(jìn)化為能夠與空間態(tài)勢感知（Space Situational Awareness, SSA）系統(tǒng)深度融合的智能推進(jìn)系統(tǒng)。

智能推進(jìn)系統(tǒng)將外部感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為自主決策能力，通過內(nèi)置算法實(shí)時(shí)評估碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并在必要時(shí)自主規(guī)劃最優(yōu)規(guī)避策略。依托電推進(jìn)的高比沖與精準(zhǔn)控制，僅需短暫微推力即可實(shí)現(xiàn)高效機(jī)動，將避障響應(yīng)從小時(shí)級縮短至分鐘級，顯著提升在軌航天器的生存能力。

智能推進(jìn)的終極價(jià)值，在于它將充分發(fā)揮與空間態(tài)勢感知（SSA）系統(tǒng)的協(xié)同作用，將實(shí)時(shí)軌道環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為自主運(yùn)控能力，從而成為實(shí)現(xiàn)軌道環(huán)境可持續(xù)性的核心技術(shù)。

首先，它將從源頭杜絕新碎片的產(chǎn)生。國際電信聯(lián)盟（ITU）和各國航天機(jī)構(gòu)均規(guī)定，LEO航天器在任務(wù)結(jié)束后必須在25年內(nèi)離軌。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，歷史上任務(wù)結(jié)束的航天器中，只有不到60%成功執(zhí)行了離軌。智能推進(jìn)系統(tǒng)能夠以極高的可靠性和極低的燃料代價(jià)，確保每一顆衛(wèi)星在壽命末期都能自主、精準(zhǔn)地執(zhí)行受控離軌，再入大氣層燒毀。

其次，智能推進(jìn)是主動碎片清除（Active Debris Removal, ADR）任務(wù)成功的關(guān)鍵。無論是日本Astroscale公司正在商業(yè)化推進(jìn)的“ELSA-d”捕獲與離軌服務(wù)，還是ESA資助的ClearSpace-1任務(wù)，其核心都在于捕獲目標(biāo)碎片后，如何高效、安全地將其帶離軌道。具備智能感知和精準(zhǔn)操控能力的電推進(jìn)系統(tǒng)，是這類“太空拖車”或“清道夫”衛(wèi)星完成使命的基礎(chǔ)。

05

結(jié)語：構(gòu)建負(fù)責(zé)任的商業(yè)航天新生態(tài)

我們正處在一個(gè)十字路口。一條道路是延續(xù)傳統(tǒng)的、被動的軌道管理模式，最終可能導(dǎo)致“凱斯勒綜合癥”的幽靈成為現(xiàn)實(shí)，讓我們共同的太空事業(yè)陷入停滯。另一條道路，則是積極擁抱技術(shù)創(chuàng)新，通過發(fā)展以智能推進(jìn)為代表的自主運(yùn)控技術(shù)，主動管理和維護(hù)我們賴以生存的軌道環(huán)境。

這是技術(shù)路線的選擇，也是商業(yè)倫理和長遠(yuǎn)戰(zhàn)略的抉擇。

我們呼吁全球的同行、合作伙伴、航天機(jī)構(gòu)及政策制定者，共同致力于以下幾點(diǎn)：加速智能推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，將其作為未來航天器的標(biāo)準(zhǔn)配置；推動商業(yè)SSA數(shù)據(jù)的開放與共享，建立全球協(xié)同的、高精度的空間交通管理（Space Traffic Management, STM）體系；制定并執(zhí)行具有約束力的行業(yè)規(guī)范，要求所有新發(fā)射的航天器具備可靠的主動離軌能力。

太空的遼闊，不能成為我們忽視責(zé)任的借口。相反，軌道資源的脆弱性和唯一性，要求我們這一代航天人必須以最高的智慧和遠(yuǎn)見來行事。

智能推進(jìn)系統(tǒng)和現(xiàn)代的空間態(tài)勢感知體系，就是我們寫給未來的答案。