促进国际合作以避免卫星之间的碰撞

工作纸 SEPtEmbER2023 促进国际 合作避免碰撞卫星之间 本杰明·西尔弗斯坦 促进国际 合作避免碰撞卫星之间 本杰明·西尔弗斯坦 ©2023卡内基国际和平基金会。保留所有权利。 卡内基在公共政策问题上不采取机构立场；本文所代表的观点是那些作者(S)的观点，不一定要反映卡内基、其sta或其受托人的观点。 不得以任何形式或任何方式复制或传播本出版物的任何部分卡内基国际和平基金会的书面许可。请直接询问： 卡内基国际和平基金会出版部 1779马萨诸塞州大道西北 Washington,DC20036 P:+12024837600 F:+12024831840 CarnegieEndowment.org 可在CarnegieEndowment.org上免费下载。 Contents Introduction1 方法3 系统性挑战4 游戏状态6 未来的预测10 Perspectives12 Recommendations27 Aboutthe作者32 卡内基国际和平基金会34 Introduction 大型卫星星座和周期性破坏性反卫星的部署 武器测试增加了轨道上物体之间碰撞的机会。碰撞涉及卫星产生的碎片，随后威胁到其他 卫星。卫星所有者和运营商，无论是商业行为者还是政府，在减少此类碰撞的可能性方面越来越重要。不可能维持 繁荣的空间部门，现在和后代，没有系统地解决 这些风险。令人惊讶的是，考虑到所涉及的风险，没有全面的方法来减少卫星之间碰撞的风险出现在近期甚至中期的地平线上。 潜在的碰撞-称为连词-有三种不同的类型：操作之间- 卫星，在卫星和碎片之间，以及碎片之间。减少 Therisksofeachtypeposesdistincttechnical,operational,andpoliticalchallenges.For 例如，几乎没有办法减轻两块碎片之间即将发生的碰撞；降低相关风险的逻辑方法是主动删除废弃对象 并将碎片的产生限制在first的地方。是策略显然是不合适的用于防止运行卫星之间的碰撞。相反，卫星运营商必须 操纵卫星避开即将发生的碰撞，以避免碰撞。更微妙的，迫切需要协作避免碰撞制度来减轻风险 从危险的相互作用（见表1）。 11 表1.SSA相关故障的三种类型 卫星运营商面临多种风险类型，其中最大的风险之一就是与其他太空物体相撞的风险。减轻这种风险取决于空间环境的最新运行情况、充分的信息 aboutclosecallsbetweensatellites,andešcientcommunicationwithotheroperatorswhomaybea夫ected.The 案例不仅展示了风险本身，还揭示了全球防范风险方法中的缺口。今天的航天社区。 意外事件不兼容的分析不一致的风险容忍度 NASA已编目超过250个卫星碎裂事件引起的 由几个因素，如电池 2021年4月，来自欧盟的观察员在2021年底，中国在 SST预测联合国秘书长之间的冲突约为两人 已失效的气象卫星和涉及Starlink卫星的实例 爆炸和推进问题。这个花了火箭体。欧盟的分析和中国空间站。中国 随着专家的关注，名单继续增长回到过去，以确定原因 卫星破裂。意外 碰撞是法医的罪魁祸首之一 预测了一个在fi中的机会碰撞。然而，其他分析确定的相同对象 有一个在fi很大的机会 7月操纵其空间站 和2021年10月，正是为了避免与Starlink卫星发生碰撞. 美国在自己的说明中 analystsevaluatewhenexplainingwhyconnection.Whiledramatic,this 一颗卫星可能已经崩溃了十倍的概率是 件。仍然是一个令人震惊的高机会。在 秘书长驳斥了这一点 任何Starlink卫星都接近了足以危及中国航天 18个SCS标识fi中的一个这样的 2021年的实例。对 事件的结论是一个中国人卫星云海1-02与 与任务有关的一小块 来自先前俄罗斯卫星的碎片发射。云海的原因 1-02碎片，到那个点，未知。这个意外 碎片是fifth函数firmed 之间的碰撞 已编目的对象。 不清楚云海1-02 卫星本可以操纵到 避免这种碰撞，但这个例子说明了不完整的风险 数据和分析。不知道卫星正在碰撞， 没有什么运营商可以做避免连接词。 虽然两颗卫星最终彼此擦肩而过， 这种情况说明，即使 尽管两位分析师可能都会发现虽然这并不奇怪联合风险，这并不意味着中国和美国认为 他们必然会同意 magnitude.Severegapsbetween 分析可能会阻碍缓解未来的战略。 两者之间的差异 不同的结论。Therootofthe 发散可能是所有的组合三个或另一个因素。 同样的情况不同，遭遇表明状态不会 总是同意什么是什么，什么是不安全。 为了有效，避免碰撞制度必须识别潜在的碰撞，协调 运营商之间广泛的风险容忍度，并支持高效的沟通 在卫星运营商之间。精心设计的政策和实践必须解决这些问题使运营商能够识别卫星连接，社会化合理的风险阈值，以及提供协调卫星机动的途径。此外，任何 避免碰撞的系统方法需要强大的空间态势感知(SSA) 和连接分析能力，以及共享连接的可靠手段 评估。卫星运营商依赖于这样的分析-概率估计是否有两个对象将同时位于同一位置-以通知和安排潜在 回避演习。 朝着互惠互利的fi解决方案前进，以防止 卫星仍然相对停滞不前，即使太空启用或衍生的市场 数据和服务气球。甚至在数据共享和协调方面的增量改进 虽然国际行为者之间建立了更广泛的合作体系，但进展缓慢远远没有看到。以下各节综合了全球专家的观点，包括政治- 企业制造商、经营者、经济学家、公民社会成员和商业领袖的观点帮助识别在避免碰撞方面缺乏进展的根本原因并验证 加快进展的方法。e论文通过推荐各种跨部门的和合作措施，以减少空间碰撞的风险。 Methods 卡内基太空项目对政府ošcials进行了半结构化访谈，商业行为者和行业领导者，以更好地理解 合作避免连词做法的状况。e访谈是匿名的 和汇总，以促进更开放和坦率的对话。受访者大致在技术和政治能力之间平均分配。因为几类 受访者既使用又产生数据和分析，观点被分组从行业(包括商业SSA提供商和卫星所有者和 运营商)、政府(包括先进、新兴和新生的航天国家)和第三方行为者(包括国际组织的专业人士、学者和 民间社会的成员)。是纸也受益于正在进行的卡内基e夫orts的fits 与欧洲和中国同事在太空问题上的讨论有助于论文的确定范围并通知fi编码。 总的来说，这些对话也揭示了几个主要和次要的挑战 作为对提高安全性、可持续性感兴趣的立法者和监管机构的政策选择，和太空安全。由此产生的建议侧重于国家如何变得更多 高效合作伙伴长期收集和分析SSA数据。例如，各州应加倍努力，以在 区域论坛，通常不受主要大国政治的影响。这些参与可以帮助各州提高技术能力，获取其他数据源，并创建 区域行为者制定和执行有凝聚力的政策的空间。在州一级，政府- 世界各地的企业应该审查他们的许可流程，着眼于要求支持通信和协调网络的粒度信息 在参与危险联系的卫星运营商中。 系统性挑战 避免空间物体之间的碰撞一直是卫星运营商的优先事项 几十年。直到最近，以政策为重点的工作一直是总量的一小部分然而，技术工作揭示了SSAfi领域内的持久主题 这对政策有重大影响。这些问题可以大致归类为挑战-es与收集、分析和操作有关。 集合。卫星位置数据是任何支持安全的活动的基础 为了全面评估连接风险，卫星运营商必须知道精确的他们的卫星的轨道，并有其他卫星的轨道的准确理解 可能会造成碰撞威胁。在任何计算中，这些轨道参数都带有一定程度的不确定性。尽管运营商可能在其卫星上拥有精确的数据，但他们的估计其他卫星的轨道可能不太准确。 通过使用更接近预测的预期时间收集的数据，可以减少评估结合。我们，获得更频繁的卫星观测可以提高精度- 联合评估。 分析。分析师使用预测模型来弥补观察者的固有差距-vations。有必要使用模型来了解和预测卫星的位置和轨迹，因为目前没有组织拥有一个由望远镜、雷达、 orothersensingequipmenttomaintainapermanenttrackofanygivensatellite.Whileconc - 对卫星的持续观察将是理想的，任何提供商都不太可能能够 buildtheinfrastructureneededtocompletethissoon.UsingpredictivemodelsallowsSSA 分析师在不对更多硬件进行重大资本投资的情况下提供价值，但这些分析实践提出了其他系统性挑战。值得注意的是，分析过程并不总是透明的。我们，最终用户可能无法调和矛盾 由采用不同预测算法的不同分析师产生的findings是。增加的不确定性层侵蚀了良好分析的影响，并降低了 整个系统。几十年来，系统缺乏透明度得到了加强 在分基析本实层践面。上，分析师将观测数据输入到模型中以预测未来的位置 ofasatelliteinorder.Operatorsandobserversmustmakeassumptionsabout 外部刺激来预测卫星在任何给定时刻不在的位置观察。可能影响卫星在太空中运动的力量包括， 例如，太阳辐射压力的e夫等。系统地轨道位置模型 考虑这些力，但特定的fic模型在估计时可能会使用不同的夫值或常数。配合某些力量的作用。随着时间的推移，这些模型随着计算和 观察结果提供了更精确的输入，但这些变化并不总是有所改善整个SSA生态系统的透明度。 运营。即使是最好的分析也不能单独降低太空碰撞的风险。必须及时将数据和分析分发给受影响的卫星运营商， 足够及时，以便这些操作员可以计划和执行规避演习。首先和之前- 大多数情况下，这个过程依赖于运营商和产生分析的人之间的信任。第二，卫星必须具有机动能力。卫星运营商计划 机动必须确保不要无意中进入另一个高风险轨道。 在涉及两个机动卫星的情况下尤其重要：碰撞的风险 如果两个受影响的操作员采取相同的回避策略，但彼此进入我们必须有一个有效而迅速的通信网络。 e空间感知和分析的历史对于思考如何发展具有指导意义 有效的政策，以指导未来的经济发展，以减轻空间之间碰撞的风险对象。美国政府制定了卫星建模的标准做法 20世纪60年代低地球轨道的轨迹，定期修改源代码 20世纪80年代，is代码被设计为仅与美国衍生的轨道数据一起工作，限制了其他人将代码与他们的独立或专有数据一起使用的能力。 社区和感兴趣的观察者随着时间的推移修改了方程式，以适应他们的或 Theirclients’needs,resultinginavariousofnewcode.Manyofthesebecameproprietary 知识产权，以及一些新模型对卫星产生了不可调和的预测-Lites的未来位置。这些新模型并不总是清楚地传达为什么和如何这些代码产生了不同的fi编码，几乎消除了社区的可能性 tocheckeachother’swork.E夫ortstoforesicallyrecreateandsynthesisamastersource 代码旨在标准化分析并恢复对太空观察者网络的信任 S和a数te据llit提e供Op商e。rations 基于通常适用于专有的不透明分析的关于操纵资产的决策 algorithms.Furthermore,resolvingtoinitiateanevasivemanuveryhappensinablack 框。风险容忍度受各种因素影响，如卫星的目的，能力和运营商文化。例如，运营商在涉及 人类居住的航天器可能低于涉及相对 廉价的，学术的立方体。因为既没有全球公认的标准，也没有卫星运营商、受影响的运营商之间广泛的形式化通信渠道 可能会质疑他们的邻居为什么进行演习，或者更糟糕的是，尝试逃避碰撞，只是通过靠近另一个危险物体来加剧风险。 此外，并不是所有的卫星都是机动的，也不是所有的机动卫星都是同样敏捷。这些操作差异阻碍