其他发展中的巨型星座包括中国卫星网（译注：由2021年成立的中国卫星网络集团运营，在ITU申报的最初编号为GW，计划为12992颗卫星，后来有所增加，目前中国完整星网计划约为2.6万颗卫星）；欧盟的IRIS2；以及德国的Rivada Space Networks。
美国太空部队也开始在低地轨道中部署大量卫星。网络化太空战斗架构（Proliferated Warfighter Space Architecture，PWSA）设计由两个卫星“层”组成，传输层将包括300-500颗卫星，提供安全、高速数据通信、战术数据链路、卫星间激光交叉链路以及其他战斗管理功能；追踪层包括100多颗卫星，提供导弹警告、导弹跟踪和其他传感功能。追踪层将通过激光交联技术与传输层连接，太空军发展局（SDA）还希望更多卫星（包括商业遥感卫星）能与其星座相连接，以扩大其覆盖范围、容量和复原力。
第二，商业空间许可错位。美国在商业航天许可和监管方面与许多盟友国家不同，其中商业空间遥感领域最为显著。在美国，所有携带地球成像的传感器的卫星都必须通过美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）的分级别许可证。最严格的许可要求针对的是技术最优秀的企业。许多国家根本不需要空间遥感许可证，包括法国，澳大利亚等国。
拜登政府2021年12月发布《美国太空优先框架》（United States Space Priority Framework）称，为了创造自由、公平的国际市场，美国将与么盟友、伙伴合作，协调、更新太空政策、法规、出口管制和其他管理全球商业活动的措施。但要在实现协调方面取得有意义的进展，仍有许多工作要做。
第一，继续推进。美国情报界和军方不应放过这个机会之窗，而应以新的方式利用这一优势。正如美国国防部最近发布的《商业太空一体化战略》（Commercial Space Integration Strategy）所呼吁的那样，虽然依赖商业航天系统存在风险，但不整合商业解决方案，不利用商业部门的技术创新和速度也存在风险。
太空部队应加快开发和测试外空变轨技术，通过运载火箭在亚轨道上快速运送货物和人员。虽然存在有效载荷能力和成本限制，但这一技术在特定情况下可能非常有价值，可以成为对手作战计划的关键颠覆者。当前的“点对点交付”（Point to Point Delivery）计划的400万美元预算并不足以激发商业领域贯彻该计划的信心。另外，还应该测试使用无人飞船作为着陆垫在海上与外空进行货物运输。最终目标是将货物（甚至机组人员）降落在偏远的机场、基地、海上航空母舰、驱逐舰和其他船只的直升机停机坪上。
近日，马斯克发声支持特朗普，受到拜登“点名抨击”，此前，有消息人士称，特朗普表示如果当选，将聘请马斯克为其政策顾问。马斯克的商业版图中，SpaceX有着举足轻重的意义，也是马斯克获得政府合作的主要来源。今年，太空竞争话题作为大国科技竞争版图中的一部分，受到广泛关注。美国方面，星舰（Starship）第四次试飞取得重大进展；而波音的宇航员滞留国际空间站还未有解决方案。中国方面，嫦娥六号的月背土壤采样任务顺利完成；而商业航天公司火箭试飞爆炸也成为热点。从对这些事件的舆论中也可以看出，太空技术已经成为中美关系讨论中的一个重要话题。那么，全球太空技术格局现状究竟情况如何？美国企业研究所的这份报告中给出了一个总体图景。
报告认为：商业航天产业的诞生标志着全球进入第三太空时代，美国当前占据绝对优势，主要是因为以SpaceX为代表的头部商业航天企业都在美国。美国当前发射任务、卫星数量在全球都遥遥领先，所以应当继续加大投入，借助自由市场、资金获取的优势，推动太空技术创新，并将技术和产业能力转化为制度能力，维持自己的领先地位。具体而言，美国应该要求许可审批部门扩大人员配置，跟上企业的工作步伐，NASA、太空军、国家侦查局等商业服务购买主体也应当加大投入，积极推进各种新技术的发展，帮助企业获得成功。同时，通过更大、更前沿的太空探索计划，吸引其他国家与美国合作，并遵循美国制定的太空活动规则，从而奠定美国长久领先的基础。
值得注意的是：本报告的目标在于游说美国政府增加外空投入，并对国内商业公司放松监管。报告行文中有对中国竞争关系的渲染，在一些问题的事实阐述上也有选择和倾向性。中美科技竞争背景下，各科技部门都在建议美国政府加大投入，本报告建议中设计的计划也都非常宏大，而债务问题上已经面对不小压力的美国政府未来将如何分配预算，或许是更为现实的问题。
本文为文化纵横新媒体原创编译系列“技术革命的冲击与重构”之十二，原文为美国著名智库机构美国企业研究所（AEI）报告，原题为《在第三太空时代建立持久优势》，篇幅所限，有所删编。仅代表作者观点，供读者参考。
在第三太空时代建立持久优势
2023年，太空活动很繁忙。全球一年内成功完成了211次发射，创纪录地发射了2870颗卫星，使太空卫星总数增加了超过22%。但这并不是异常现象，只是多年趋势的发展结果——“第三太空时代”正在到来。
第一太空时代始于1957年发射人造卫星，并延续到1990年冷战结束，这个时期强烈两极化，两个超级大国为主要的发射主体，再太空探索中实现许多“第一”，但军事竞争是整体太空活动的主要驱动力，大约有三分之二的卫星用于军事和情报任务。
第二太空时代始于1991年海湾战争之后，多样化和停滞是主要特征。许多新的参与者加入了航天国家联盟，但总体太空活动数量相对稳定，甚至有所下降。20世纪后期，有过短暂的一波商业太空活动，但很快沉寂。这一时期，太空变得多极化，29%的发射和36%的卫星来自美国和俄罗斯以外的国家。
转向第三太空时代的里程碑式一个独特的事件：SpaceX于2015年12月首次成功回收Falcon 9助推器。此后，商业航天迅猛发展。全球轨道发射数量在2021年创下历史新高，并在之后几年一直保持。2023年的发射次数是第一太空时代（96 次）年平均发射次数的两倍多，几乎是第二太空时代（73 次）的三倍。
第三个太空时代还催生了多个快速发展的卫星星座，SpaceX的Starlink有5800多颗卫星在运行，Eutelsat的OneWeb有631颗卫星，Planet有163颗卫星。2016年到2023年，在轨卫星（包括运行卫星和非运行卫星）总数增加了两倍多。在第三太空时代迄今为止发射的卫星中，84%是商业卫星，72%由美国运营（政府和商业）。
第三太空时代早期，美国享有巨大优势，优势主要来自美国太空技术和创造这些技术的公司。然而，我们不能保证这种优势会永远持续下去，因为技术优势转瞬即逝，其他国家（和公司）总会找到复制、自主开发、甚至窃取技术以谋取自身利益的方法，抹平先发国家的优势。因此，美国的创新步伐要比竞争对手追赶的速度更快，并且不断加快。
而美国的竞争优势在于：自由市场、开放社会和获得资本的机会相结合，使公司能够更快、更有效地进行创新。
▍太空发射
第三太空时代的主要特征之一是发射活动增加。美国在发射频率和有效发射能力上远远领先于其他国家。随着新一代重型和超重型运载火箭投入使用，美国的领先优势还将继续扩大，为美国政府和美国公司创造一系列新的机会。
（一）趋势
如图1所示，全球成功发射次数从2005年的52次稳步上升至2023年的211次，美国和中国是这一增长的主要驱动力。俄罗斯和欧洲的发射活动则有所下降。
图1：各国每年发射活动次数。其中黄色是中国，蓝色是美国，红色是苏联和俄罗斯（后图相同）。
各国发射频次的差异也体现在各太空港活动的变化上。如图2所示，第一太空时代，排名前两位的太空港在俄罗斯，第三、第四是美国的发射场；第二太空时代，法属圭亚那的欧洲太空港上升到第四位，超过加利福尼亚州的范登堡发射场。而第三太空时代，佛罗里达州的肯尼迪/卡纳维拉尔角发射场以绝对优势位居第一，第二和第三活跃的太空港则在中国。
图2：各主要发射场发射活动数量排名。
发射次数是一个有用的指标，但各国比较还要看有效发射能力。图3所示，是所有运载火箭都以最大有效载荷（以吨为单位）运行，近地轨道（LEO）理论应有的发射物质量。这一指标将每次发射转换发射理论总和，而不管实际发射轨道和有效载荷。它揭示了不同的趋势。
图3：各国发射能力排名（以理论荷载总和为标准）。
美国2023年的发射量约占全球一半，但有效发射能力占比为81%。这是因为约93%的发射由Falcon 9和Falcon Heavy火箭完成，二者的有效载荷较大。而第二大发射国中国发射的小型运载火箭更多，如快舟1A和谷神星1号。
运载火箭的组合也发生了变化，如图4所示。在第一太空时代，排名前六的运载火箭系列（按发射次数计算）都来自苏联。第二太空时代，美国的Delta II和航天飞机分别占据了第二和第五的位置，欧洲的Ariane 4和5分别占据了第四和第七的位置。第三太空时代则由Falcon 9、联盟2号和长征系列运载火箭主导。其中，SpaceX的Falcon 9打破了传统太空发射市场，获得了比任何其他飞行器系列都大的份额。这主要是由于其第一级可重复使用、成本较低，还有自筹资金部署的Starlink卫星星座的发射活动加持。
图4：运载火箭系列任务数量（按次数）排名。
（二）展望
发射市场的进一步颠覆即将到来。发射需求将持续走高，几种新的运载火箭也计划于2024年投入使用。新一代重型和超重型发射器可以进一步提高有效发射能力，随着时间的推移，单次发射的有效载荷能力将升高，而发射总数有可能反而降低。
最重要的新运载火箭是SpaceX的Starship，它庞大的尺寸和完全可重复使用的设计让它无比特殊。Starship v1理论上的LEO有效载荷能力为100-150吨（约为Falcon 9的10倍），有效载荷整流罩直径为8米（Falcon 9为5.2米，译注：中国在研的长城九号火箭运载能力与Starship近似，预计首飞测试时间为2028年）。2024年3月，Starship第三次测试成功达到每小时近16500英里（译注：约26502公里）的预期速度，并在太空中成功打开有效载荷舱门，完成了油箱之间的燃料转移。
SpaceX和美国政府都高度依赖Starship的成功。美国宇航局（NASA）在期待Starship的上面级可以完成阿尔忒弥斯计划的首次载人登月，该计划已经推迟到2026年9月以后。SpaceX自己也期待Starship用于部署全尺寸Starlink v2卫星，因为该卫星只有Starship的整流罩能装载。
最近一项外部成本评估估计，Starship全面投入运营后，每次飞行的经常性成本可降至1000万美元。虽然公司需要收取更多费用才能收回约100亿美元的开发成本，但与目前的发射价格相比，Starship能把每公斤发射价格降低一个数量级。
最有可能成为SpaceX长期竞争对手的，是Blue Origin的New Glenn运载火箭。它的有效载荷能力预计将达到45吨，有效载荷整流罩直径为7米。New Glenn的第一级可重复使用，海面船上回收。其首次发射从最初预计的2020年推迟到了2024年下半年。
2024年1月8日，联合发射联盟（ULA）首飞Vulcan火箭成功。Vulcan取代了Atlas V和Delta IV系列，其有效载荷能力与Falcon 9相同。值得注意的是，Vulcan的第一级发动机是从Blue Origin采购的，与New Glenn同款。然而，虽然公司表示将来可能会尝试恢复第一级发动机，但Vulcan在设计上并没有考虑重复利用。
▍监管机构节奏滞后
2024年还有一款新型运载火箭首次亮相——欧洲Ariane Space的Ariane 6，首次发射计划于2024年夏天进行。其前款Ariane 5于2023年7月退役，加上俄乌冲突后欧洲失去联盟号火箭的使用权，因此欧洲目前没有自己的中重型运载火箭。因此，目前欧洲的许多发射由Falcon 9完成。
（一）关键问题
Starship和New Glenn等大型运载火箭的出现正在推动发射行业和发射方式的颠覆性变革。有三个问题尤其应该成为国会和行政部门明年的优先事项。
第一，启动许可拖延。监管机构要跟上新运载火箭和新发射场的测试节奏。例如，美国联邦航空管理局（FAA）对SpaceX的发射许可和环境审查在Starship的测试活动中多次延迟。延迟的部分原因时公司调整发射场地，而Starship比Falcon 9和Falcon Heavy要大得多，可能影响的区域比FAA最初批准的发射场考虑的更大。
尽管情况复杂，SpaceX仍需要FAA迅速推进，以免拖延美国政府的任务（如阿尔忒弥斯计划），并对美国商业航天工业的发展造成拖延。正如国会听证中所指出的，一个关键瓶颈在于FAA商业太空运输办公室的人员规模不足。
第二，发射场容量和多样化。美国需要增加现有发射场支持发射活动的能力。2023年，美国超过三分之二的发射活动在肯尼迪/卡纳维拉尔角完成。该发射场的活动急剧增加引发了一个问题：该场地发射上限定为多少，才不会影响太空部队的需要和穿过该地区的繁忙航空活动。同时，两个主要发射场（肯尼迪/卡纳维拉尔角和范登堡）过度依赖，也留下了安全漏洞。
第三，太空安全竞争。也许美国未来几年面临的最大问题是如何保持竞争力。根据法律，安全相关的中型到重型太空发射任务，至少需要两个独立运营的火箭系列来执行。2023年，SpaceX的市场份额上遥遥领先，占据美国发射总量的93%和全球的45%。有效发射能力则占据美国的97%和全球的78%。SpaceX的领先地位来源于几个因素：其主要竞争对手（ULA 和Ariane Space）的运载火箭正在新旧型号过渡期；俄罗斯的发射活动因制裁而大幅减少；SpaceX自己的Starlink发射需求（2023年SpaceX约三分之二发射需求来自自己）。一旦Starship投入运营，SpaceX将在市场上进一步领先，直到具有成本竞争力的挑战者出现。另外，ULA正在寻求出售，潜在买家之一是Blue Origin。
为了应对未来的复杂情况，太空部队对“国家安全太空发射阶段三”（National Security Space Launch Phase 3）计划进行了调整，创造出单独的“车道1”（Lane 1），将低风险任务分配给更多的竞争者，并扩展了传统的“车道2”（Lane 2）方案，允许三个竞争者加入。“车道1”每年仅提供一次合同机会，可在未来10年内承担最高30次发射任务，而“车道2”则要求未来5年内承担49次发射（译注：NSSL Phase 3是美国太空部队的发射采购计划，执行时间为2025-2034年，总预算为数十亿美元）。新的方案在促进竞争和创新的方向上有所推进。
（二）机会
第三太空时代给发射市场带来了许多挑战，也提供了许多机会。美国完全有能力扩大自己的领先地位，筹备中的新型商业火箭可以降低发射价格，并大大增加可能的卫星尺寸。美国政府可以再三个方向上继续扩大自己的独特优势。
第一，开发单体载荷更大的卫星。测试中的Starship和New Glenn有更大直径和有效载荷，这为NASA、太空部队和国家侦察局（NRO）提供了机会，可以开发更大的新卫星。例如，搭载更大的光学元件、天线和太阳能电池阵列的卫星，或者增加不复杂的折叠、部署机制的卫星。这些卫星将使美国获得更高分辨率的图像、更强大的信号情报，以及下一代深空科学和探测任务的可能性。
第二，SWaP-无约束设计（SWaP-Unconstrained Designs，译注：指在设计上不受尺寸、重量、功率等限制，允许设计师探索更多可能性）。新的低发射成本将使以前难以实现的卫星和星座设计成为可能。低成本不仅可以打破SWaP限制，还能实现新一轮的创新设计。例如，同步轨道卫星可以变成大型结构（甚至相当于空间站大小），同时为不同的任务提供各种有效载荷。
降低发射成本还能提高太空服务、组装和制造（ISAM）的经济性，避免开发服务的公司和其政府客户的犹豫不决，并使太空主动防御系统、保镖卫星和网络化的空间领域感知传感器进一步成为可能。
第三，加强国际伙伴关系。美国大容量运载火箭，使得一系列载人和无人深空探测任务比以往任何时候都更具吸引力。除了这些可以取得的科学进步之外，这还美国建立新的国际伙伴关系、加强现有关系提供了抓手。其他国家会有强烈的动机与美国合作进行科学和探索任务，而这些任务只有美国的大容量、低成本火箭才能完成。这一点尤其重要，因为中国和俄罗斯正在试图吸引其他国家在他们的国际月球研究站上合作。
▍卫星
第三太空时代最显著的趋势之一是卫星书迅速增加。2019到2023年件发射的卫星比过去所有年份的总和还要多，随着各公司继续部署星座系统，这一趋势还将持续。而美国在卫星能力和制造产能上有巨大优势。
（一）趋势
2023年，全球共发射了2870颗卫星。如图6所示，其中大多数来自美国（2023年为78%）。中国和欧洲也增加了卫星数量，中国在2023年发射了210颗。
图6：各国理念发射卫星数量变化。
卫星类型及其占据的轨道也发生了变化。图7显示了军事和情报卫星的总数和占比不断下降，商业卫星则迅速增加。第三太空时代迄今为止发射的所有卫星中，商业卫星占84%，它们往往部署在低低地轨道（lower LEO，低于600公里）。低低地轨道卫星比例总体飙升至92%以上，而上低地轨道（upper LEO，600-2,000公里）和同步轨道（GEO）卫星的份额有所下降。SpaceX的Starlink星座是这一趋势的主要驱动力，截至撰写本文时，该星座已有5800多颗运行卫星，所有运行卫星的58%。接下来的两个最大的运营卫星星座属于英国的OneWeb和美国的Planet，分别拥有631颗和163颗卫星。
图7：左图为在轨卫星功能类型比例，蓝色为商业，灰色为军事情报，绿色为民用，橙色为研究；各轨道卫星数量占比，按照图示颜色顺序为低轨、上低轨、同步转移轨道、高轨、中轨、同步轨道、其他。
近年来商业卫星的激增也重塑了航天产业基础和航天领域投资的偏好。根据研究公司Space Capital的数据，2016年到2023年，天使投资人、风险投资公司、企业投资者和其他机构为卫星制造公司提供了2220亿美元资金，其中890亿美元投资于687家美国公司。然而，在过去两年中，卫星领域的新投资率有所下降，从 2021 年的全球投资407亿美元下降到2023年的116亿美元。
一些航天公司还通过IPO或特殊并购（SPAC）来上市筹集资金。2021年和2022年，航天IPO和SPAC数量激增，在此期间至少有11家新的航天公司上市，如图8所示。之后，每家公司市值都大幅下跌，损失全部市值或几乎破产，包括Virgin Orbit、Astra,、Momentus，和Sidus Space。
图8：各商业太空公司IPO和SPAC价值变化。
（二）展望
在可预见的未来，新卫星的发射率将保持在高位。这一前景的主要驱动因素是商业巨型星座，以及小幅快速增长的军事和情报卫星星座。
值得关注的发展是低地轨道巨型宽带通信星座的持续部署，市场的进一步颠覆即将到来。Amazon将在未来几个月开始部署Kuiper星座，3236颗卫星已经获批，其中一半必须在2026年7月前发射。发射签约方面，原本预计由New Glenn执行12-27次，Atlas V执行38次，Ariane 6则是18次。但由于其中三枚运载火箭不在服役期，Kuiper又向SpaceX采购了三枚Falcon 9，计划在2025年中期执行发射任务。同时，SpaceX还在计划扩大 Starlink的容量，其设计的星座最终将有42000颗卫星组成。
其他发展中的巨型星座包括中国卫星网（译注：由2021年成立的中国卫星网络集团运营，在ITU申报的最初编号为GW，计划为12992颗卫星，后来有所增加，目前中国完整星网计划约为2.6万颗卫星）；欧盟的IRIS2；以及德国的Rivada Space Networks。
美国太空部队也开始在低地轨道中部署大量卫星。网络化太空战斗架构（Proliferated Warfighter Space Architecture，PWSA）设计由两个卫星“层”组成，传输层将包括300-500颗卫星，提供安全、高速数据通信、战术数据链路、卫星间激光交叉链路以及其他战斗管理功能；追踪层包括100多颗卫星，提供导弹警告、导弹跟踪和其他传感功能。追踪层将通过激光交联技术与传输层连接，太空军发展局（SDA）还希望更多卫星（包括商业遥感卫星）能与其星座相连接，以扩大其覆盖范围、容量和复原力。
NRO也在部署自己低地轨道星座。据报道，该星座名为Starshield，基于Starlink的技术设计，可能包括“几百颗卫星”。其资金来自于2021年SpaceX与NRO签署的18亿美元机密合同，星座功能中将包括近地轨道地球成像能力。
商业航天遥感公司的前景更加复杂。传统上，这个市场的最大客户是美国政府，尤其是NRO。该市场中在2022年存在包括BlackSky、Maxar、Planet、Aurora Insight、HawkEye360、Kleos Space、PredaSAR、Spire Global 和 Umbra Lab等在内的多家公司，然而迄今为止，NRO只对外签订了研究报告购买合同。2022年至今，Kleos Space申请破产，PredaSAR被Terran Orbital收购，NRO的大规模合同何时发布还未可知。
（三）关键问题
商业卫星和巨型星座的崛起凸显了几个问题，可能会阻碍美国加快创新步伐和建立持久太空优势。因为推动创新的航天公司大多是美国商业公司，这与美国政府传统的技术杠杆有所不同。它们的运营可能影响以下几个方面：
第一，航天产业基础能力。许多公司将卫星制造外包，大型航空航天和国防公司开始收购小型卫星制造商，而非扩张自身或创造新的生产技术。随着这种整合，卫星总线和较低级别的零部件可能面临产能不足、制造延迟以及供应链中断的风险。太阳能电池板、光学交联、焦平面阵列和其他关键卫星组件的二级和三级供应商可能成为行业整合的关键瓶颈。
第二，商业空间许可错位。美国在商业航天许可和监管方面与许多盟友国家不同，其中商业空间遥感领域最为显著。在美国，所有携带地球成像的传感器的卫星都必须通过美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）的分级别许可证。最严格的许可要求针对的是技术最优秀的企业。许多国家根本不需要空间遥感许可证，包括法国，澳大利亚等国。
拜登政府2021年12月发布《美国太空优先框架》（United States Space Priority Framework）称，为了创造自由、公平的国际市场，美国将与么盟友、伙伴合作，协调、更新太空政策、法规、出口管制和其他管理全球商业活动的措施。但要在实现协调方面取得有意义的进展，仍有许多工作要做。
（四）机会
美国在卫星制造和发射能力方面依然拥有巨大优势，也有强大且有竞争力的商业太空生态。2023年，美国的有效发射能力是世界其他地区总和的4倍多。这种规模上的优势可以带来自我强化的循环，让其他国家更难追赶。规模对于学习曲线、市场份额和创新发展都有重要意义。因此，以下两个动作很有意义：
第一，继续推进。美国情报界和军方不应放过这个机会之窗，而应以新的方式利用这一优势。正如美国国防部最近发布的《商业太空一体化战略》（Commercial Space Integration Strategy）所呼吁的那样，虽然依赖商业航天系统存在风险，但不整合商业解决方案，不利用商业部门的技术创新和速度也存在风险。
第二，先试后买。《一体化战略》中确定了混合任务领域，如情报、监视和侦察（ISR）；卫星通信；军民两用项目都可以从商业航天服务中受益，比传统采购计划更早交付。正如最近的一份报告中指出的，“美国军事运营商不必等待数年，才由太空部队来定义、开发专用的战术太空ISR系统；他们今天可以购买和使用不断优化的商业ISR服务。重要的是，这种“先试后买”的方法允许作战人员尝试新的太空技术，调整作战理念，在政府投资数十亿美元采购专用系统之前更好地理解真正的需求。
▍太空碎片
太空碎片是一个日益严重的问题，它影响到所有卫星运营商和所有轨道。其许多最大的成因是可预防的，例如破坏性反卫星试验和留在轨道上的报废卫星、火箭体。美国太空单位的数量和质量优势提供了一个独特的机会，来引领国际创造更稳定和可持续的环境，塑造行为规范。这对美国的长期利益有利。
（一）趋势
图10是各责任国在轨碎片的累积增长对比。只显示了可跟踪和编目的碎片（在LEO上要比网球大）。轨道上许多小碎片，可能对卫星和载人航天器造成严重损害。现已退役的美国航天飞机的挡风玻璃在几次飞行中都受到了损坏，因为太空碎片太小（例如油漆碎片）而无法追踪。
图10中的大幅增长往往来源于事故，其中一部分疏忽或主动行为。例如反卫星导弹试验、卫星撞击等。目前造成碎片最多的三大事件包括：中国反卫星导弹实验、美俄卫星撞击、俄罗斯反卫星导弹实验。
图10：各责任国太空碎片数量对比。
太空碎片对所有轨道都是危害，但太空时代开始以来，绝大多数碎片都位于低地轨道（47%）和低低地轨道（39%）。碎片坠落的时间取决于许多因素，高度、质量、横截面积和空间气候，但一般来说，低低地轨道的碎片会在几个月或几年内坠落。因此，低低地轨道可以更有效地自清洁。
然而，上低地轨道碎片坠落需要更长的时间，其中一些可能永远不会坠落。如图11所示，上低地轨道碎片随着时间的推移而增加。值得庆幸的是，高度较高的中地轨道（MEO）和同步轨道上，产生碎片的事件很少。
图11：各种轨道上碎片数变化。
另外，火箭的最高级也是碎片的主要来源之一。如果它们的推进剂没有排气，或者电池没有正确放电，火箭体可能会在轨道上停留数月或数年，然后突然爆炸，产生数百块碎片。留在轨道上的火箭体数量是一个日益严重的问题，尤其是在上低地轨道和同步轨道中（如图12所示）。
图12：各轨道上火箭体数量变化。
（二）展望
一方面，巨型星座不断扩大，更多的火箭体被留在更高的轨道上；一方面空间监测能力和碎片清除能力正在发展，因此未来几年空间碎片的前景喜忧参半。星座的兴起引发担忧，较低轨道上已经很拥挤，卫星却越来越多，卫星运营商之间的协调和空间交通管理变得越来越困难，增加了碰撞的风险。
退役卫星能自然坠落就变得很重要。为了应对质疑，SpaceX设计了分阶段发射流程，将Starlink卫星发射到超低轨道（低于300公里），检查后再送到运行高度（通常为540公里上下）。不合格卫星则留在初始高度，几周内坠落。还有自动碰撞规避系统和退役卫星主动坠落系统。
中国因留在外空的高轨道火箭体数量多而受到指责。如图13所示，在第三太空时代，中国留在外空的火箭体数目为：低低地轨道44个，上低地轨道43个，中地轨道19个，向同步及其他轨道7个。同时，NASA还指责中国火箭体返回大气层时不保留燃料，因而坠落流程不可控。
好消息是，太空领域意识（space domain awareness capacity）在不断增强，碎片处理技术方面也有创新。ExoAnalytic Solutions、LEO Labs和Slingshot Aerospace等商业公司已经为外空监管、分析产品创建了私营市场，帮助更好地跟踪和预测太空中的碰撞和风险。它们不是单纯依赖美国军方发布的非机密数据，而是正在建立由地面雷达、望远镜和数据融合平台组成的网络，为外空运营商提供更准确、及时和可操作的碰撞警告。它们提供物体的近实时图像，推测卫星的功能，诊断卫星可能遇到的问题（如太阳能电池阵列未正确部署）。
日本的Astroscale、英国的Surrey Satellite和瑞士的ClearSpace则正在开发外空清理技术。2019年，欧洲航天局（ESA）资助了机器人捕获太空碎片的任务。该任务计划于2026年执行，目标是2013年发射活动中遗留在上低地轨道的有效载荷适配器。2023年8月，任务目标被另一块空间碎片击中，产生了七块新的碎片。
从国家安全的角度看，商业监管为太空活动建立了共同基准，降低了风险。提升的透明度使其他国家更难开展敌对性质的外空活动而不被发现，为美国、盟友、伙伴乃至敌人提供了公开信息来源。当然，透明度提升对所有主体同时有效，美国也必须假设自己的所有太空活动都在被监视着。
（三）关键问题
处理太空碎片需要集体行动，因为其收益为所有运营者共同享有，但清理碎片的费用却由特定运营者支付。当前的国际协议还没有充分分配尽量减少和清除碎片的责任。研究指出，关于碎片及其来源的信息往往不完整或不准确，清理碎片的费用仍然很高，缺乏要求责任方承担费用的机制。此外，许多碎片清除技术也可用于攻击性军事目的。
这些因素相结合，可能导致太空碎片继续不受控制地增长，并抑制未来的创新。有三个问题尤其关键。
第一，建立行为规范。卫星业务的基本规则需要平衡相互竞争的需求，以维持安全、可持续的太空环境，同时允许运营商快速有效地创新和部署星座。类似的海洋公约可以作为参考。
第二，协调碎片预防规则。最迫切的需求之一是各国采取一致步调，减少非运行卫星和火箭体产生新的太空碎片。2022年，美国联邦通信委员会发布了新规则，要求美国的低地轨道卫星运营商“在完成任务后5年内处置其卫星”，可惜这一规则仅适用于美国许可的卫星和寻求美国市场准入的外国卫星。美国联邦航空局（FAA）还在考虑一项规则，要求商业公司在25年内将火箭体从轨道上移除或将其移至安全处置轨道。但同样的，这一规则仅限于美国，无法对其他国家主体进行规制，尤其是近年来高轨滞留最多的中国。
第三，颁布暂停反卫星试验令。如前所述，反卫星实验制造了大量碎片。美国也在2008年和1985年击落自己的卫星（虽然产生的碎片较少），印度则在2019年第四个执行了反卫星实验。如果更多国家效仿，后果令人担忧。
2022年12月，联合国以压倒性多数通过了一项不具约束力的决议，支持暂停，只有9个国家投了反对票，9个国家投了弃权票。截至2023年10月，已有37个国家承诺遵守反卫星试验暂停令。然而，中国和俄罗斯投了反对票，印度投了弃权票。
（四）机会
虽然美国的法律无法控制外国行为者，但凭借太空飞行器的数量优势，大多数卫星和发射活动都受美国约束。只要美国保持其数量优势，其法律就可以成为一套事实规范，违反美国法律、法规的活动将逐步被视为异常。但一些其他国家，尤其是中国，正在迎头赶上，因此，保持当前的数量优势非常重要。
另外，美国应该利用自己的登月能力作为号召，促使其他国家做出更具体和有约束力的承诺，以形成太空行为规范，协调商业航天企业的外空政策、法规、进出口管制。美国宇航局2020年10月签署的《阿尔忒弥斯协议》已扩大至39个参与国。但这些协议原则基本上不具有约束力，美国以外最大的太空大国——中国、印度和俄罗斯——也并未加入该协议。此外，美国还可以建立允许国际参与的研究岗位，进一步吸引国际力量。
▍结论和建议
第三太空时代的局势很可能超类似第一太空时代的方向迈进，越来越成为中美之间的两极竞争。目前，还未形成势均力敌的平衡局势，美国的外空发射能力和卫星建设能力远强于中国和其他国家。
但美国的优势不会无限期保持。今天的优势来自美国在太空技术方面的领导地位——这是政府和私人投资几十年来积累的成果，如果没有持续的努力和关注，这些优势很可能转瞬即逝。
美国必须将优势转化为比技术更深的国家力量：自由市场、开放社会和资本获取结合，形成真正的创新引擎。美国必须继续创新，并且要加快创新速度，以对手无法匹配的速度进行发展。
为实现这一目标，本报告提出三条建议：
（一）减少商业公司和新型火箭的障碍
要维持发射活动的优势，就需要突破许可和监管方面的瓶颈，对发射场地的基础设施和管理采取更具战略性的方法，并增加竞争机会。
国会和交通部应共同努力，增加美国联邦航空局商业太空运输办公室的劳动力。该办公室目前的155个授权职位，不足以支持美国不断增长的商业航天产业。这支队伍需要尽快扩大，也需要额外拨款来支持这种扩张。
国会还应该为发射场地的基础设施现代化给太空部队提供额外资金。增加发射场对商业发射运营商的收费可以支持这项拨款。
太空部队应修改其“车道1”的采购战略，为新进入者创造更多机会，将更多的发射任务转移至“车道1”，并允许新入场的运营商在火箭准备就绪后立即获得资格并竞争发射，而不必等待一年一次的合同机会。
（二）加强军事和情报能力优势
美国情报界和军方应迅速采取行动，利用Starship和New Glenn的超重型运载先发优势，推动美国的外空军事和情报能力进一步领先于竞争对手，并加快航天工业的创新步伐。
NRO应加快开发更大的ISR卫星，专为利用超重型运载火箭而设计电光、雷达和信号情报任务。系统升级可以创造优势，增强威慑力，对抗潜在的敌对活动。
太空部队应该开发一个新的战术ISR层，能力进一步优化，能在竞争激烈的外空战中持续监测和追踪目标。之前，太空部队与NRO就这一目标的合作计划进行了长期谈判，现在是太空部队独发展战术ISR的时候了。
太空部队应加快发展外空物流和卫星对外空服务等新兴技术。太空部队应在其下一次预算申请中增加一项为期五年的计划，向工业界发出强烈信号，发展常规的对外空服务技术和机器人维修技术。
太空部队应加快开发和测试外空变轨技术，通过运载火箭在亚轨道上快速运送货物和人员。虽然存在有效载荷能力和成本限制，但这一技术在特定情况下可能非常有价值，可以成为对手作战计划的关键颠覆者。当前的“点对点交付”（Point to Point Delivery）计划的400万美元预算并不足以激发商业领域贯彻该计划的信心。另外，还应该测试使用无人飞船作为着陆垫在海上与外空进行货物运输。最终目标是将货物（甚至机组人员）降落在偏远的机场、基地、海上航空母舰、驱逐舰和其他船只的直升机停机坪上。
太空部队和NASA作为有影响力的买家，应高度关注航天产业的二三线基地产能和供应链多元化。可以通过设置购买策略，鼓励和支持新的制造者加入。
另外，太空部队应该以“先试后买”的方案，大规模采购商业太空战术ISR服务。帮助战斗人员迅速掌握前沿技术，甚至参与需求设计，推进新技术的发展。这种方式还能帮助新兴的商业航天工业弥合开发与大规模部署之间的距离，进而获得更多商业成功的机会。
（三）撬动民用外空合作
NASA应该扩张阿尔忒弥斯计划，并为利用月球设定更长期的计划。规划中应包括对月货物运输和载人登陆活动的长期采购计划，对外空发射系统的可持续评估，以及在技术可行后对月球和地月互动进行最佳商业利用战略。
NASA还应利用即将实现的超重型火箭，开发更多深空任务。例如：比哈勃和韦伯望远镜更大的太空观测平台，对更多太阳系行星和卫星进行采样。同时，利用这些任务的吸引力——包括科研和声望——来吸引国际伙伴。NASA是太空科学和探索合作的首选，而新的深空任务将进一步增强其吸引力。
美国在外空政策方面应着重够创造有利外空行为规范，追求达成“纳什均衡”，确保在利于美国经济和战略利益的前提下，其他主体没有动力偏离规范活动。
另外，利用NASA在民用外空项目上的吸引力，推进自己制定的外空行为规范，建立在阿尔忒弥斯协议基础上的新多边协议值得考虑。协议应当要求签署国家在避免轨道碎片方面至少达到美国的监管标准，并立刻停止所有反卫星实验。同时，制定一套共同的商业外空法规、进出口和许可标准，促进公平、透明和负责任的商业太空市场。