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科技日报记者 李禾
低轨巨型星座的快速发展为通信、导航和遥感等领域的技术进步作出了重大贡献。但卫星的大规模部署使轨道资源更为紧张、低轨空间更加拥堵，并对航天器的安全在轨运行产生威胁。为实现低轨空间活动的可持续发展，亟须发展更加合理的空间监测和治理机制来维护空间环境的安全和稳定。在英文期刊《空间科学与技术》（《Space: Science & Technology》）新发表的论文中，北京理工大学宇航学院张景瑞教授团队回顾了低轨巨型星座的发展及其对天文观测、空间环境等领域的影响，综述面向巨型星座治理的空间态势感知技术和在轨处置技术的研究进展，展望了未来低轨巨型星座发展、监测以及治理的需求和趋势。
论文简述了目前低轨巨型星座的发展情况，重点给出了星链（Starlink）以及一网（OneWeb）等典型的巨型星座的规划及建设情况。分析了低轨巨型星座对天文观测、航天器在轨安全、空间环境演化等方面的影响。在天文观测层面，由于巨型星座将主要部署在350-1100公里处，当卫星进入地面天文观测设备的视野内，卫星亮度将对数据观测造成不同程度的影响。在空间安全层面，对于在轨航天器，尤其是载人飞船等，巨型星座可能引起的碰撞风险将对空间任务执行和宇航员生命安全构成重大威胁。在空间环境层面，低轨空间物体密度的急剧增加，对空间碎片减缓和空间交通管理构成重大挑战。
论文还介绍了应对和缓解巨型星座负面影响的两个途径，即在轨目标的监测和治理。在目标监测方面，空间监测系统主要包括地基和天基两种部署形态，以及光学和雷达两种探测方法。经过国内外相关机构和学者的长期研究和推动，已发展为具有完整架构的空间态势感知（SSA）领域。目前，SSA在多传感器管理和数据融合方面也存在新挑战。为了最大程度地发挥SSA能力，多传感器的分配、多源数据的融合方法需要进一步发展。在目标治理方面，任务后处理（PMD）和碎片主动清除（ADR）是两类典型的处理方式。任务后处置通过预先配置离轨载荷，并在卫星寿命末期或任务完成后实施离轨来减少新空间“垃圾”的产生。碎片主动清除则是针对在轨的失效目标和空间碎片，通过主动清除方式将其送入大气层烧毁。ADR可以处置现有的失效目标、遏制太空垃圾增长，与PMD有机结合，是确保空间环境可持续性的重要手段。
论文展望了低轨巨型星座的未来发展趋势和具有潜力的研究方向。未来发展趋势呈现出四个特点：头部机构或企业将加速并加大轨道、频率资源的储备量；低轨巨型星座将会持续影响空间环境；空间监测系统的天地一体化趋势越发明显；空间治理方法由单目标向多目标演变，强调低成本和高效率。四个特点衍生出四大研究方向，即更公平的低轨频率、轨道资源分配协调框架需要制定，合理统一的空间交通管理技术标准需要建立，更加及时和精准的监测技术需要突破，更加科学高效的空间治理方法需要发展。
本论文作者、北京理工大学教授张景瑞是2018年度国家杰出青年科学基金获得者，兼任中国自动化学会空间及运动体控制专业委员会委员、中国力学学会动力学与控制专业委员会委员、中国振动工程学会非线性振动专业委员会委员等。本论文作者、北京理工大学预聘助理教授蔡晗，2021年受聘于北京理工大学宇航学院，主要研究领域包括空间态势感知与空间交通管理、基于随机有限集理论的多传感器多目标追踪方法、多源信息融合方法、外概率测度理论等。
（文中图片由《空间科学与技术》期刊编辑部提供）
关键词： 可持续发展
