中美為何交換“火星探測數據”？可避免因太空碰撞造成幾十億美元損失
文/田邨
據中國國家航天局網站3月31日發布的消息，今年前三個月，國家航天局和美國國家航空航天局（NASA）就交換火星探測器軌道星曆數據舉行多次會談及交流，以確保火星探測器的飛行安全。
今年兩會期間，全國政協常委、中國探月工程總設計師吳偉仁透露，美方近期多次致電中方要求共享中國“天問一號”火星探測器軌道數據，中方要求美方先提供美方探測器數據，之後美方首先將數據傳了過來。
NASA代理局長尤爾奇克則在3月23日披露稱，為了確保各自火星任務的安全，美國宇航局與阿聯酋、歐洲航天局、印度空間研究組織和中國國家航天局進行協調，交換各自火星任務的信息，以確保各自航天器的安全。
太空航行安全威脅示意圖
主動管理“太空碰撞”
為什麼中美雙方需要共享部分火星任務數據？簡言之，為了航天安全。事實上，據NASA官網信息，該機構已經有數十年與蘇聯/俄羅斯、歐洲等航天機構談判“主動管理碰撞風險”的經驗。
表面上看，這會損害各國、區域組織航天數據的保密性，但航天器只有平安進入軌道、不受干擾地運作，才能發揮其作用，而現在太空航行安全面臨兩大問題困擾，其一是航天器產生的大量空間碎片，即“太空垃圾”；其二則是因為航天器發射存在統一的“窗口期”，導致各國執行相近任務的航天器會在相近時間進入接近的軌道位置，造成碰撞風險。
僅計算經濟成本，這種風險就是所有航天機構難以承受的。NASA當前的重點項目“阿爾忒彌斯”計劃，使用的SLS重型運載火箭歷經十年研發，發射一次的綜合成本達50億美元，接近該機構年度預算的四分之一。對體量不如中美俄歐的其他航天機構來說，“一次失敗，徹底破產”更不是戲言。
目前，航天界避免此類風險的主要措施，一是通過多邊機制管控太空垃圾，二是通過雙邊數據共享避免碰撞風險。
從1999年開始，各大航天機構就在聯合國和平利用外層空間委員會下屬機構間空間碎片協調委員會的協調下，訂立了一系列各自減少產生太空垃圾的制度。但這遠不足以保障航天器安全。據NASA統計，現在直徑為10cm以上的太空垃圾已經達到17000片，直徑為2.5-7.5 cm的超過20萬片，更小的則數以百萬計。今年才過一個季度，全球已發生至少一起航天器在入軌前撞擊太空垃圾導致失效的事件。
能解決太空垃圾與航行數據共享的雙邊談判機制由此應運而生。就在與中國航天局談判的同期，NASA與馬斯克的SpaceX公司今年3月簽署了一份關於太空航行安全的聯合協議，這是NASA第一次將這項工作延伸到與商業航天機構的合作中。不過，不同航天機構的合作往往基於具體項目一事一議，不像該協議這樣全面。
按照這份協議的要求，首先，合作雙方要共享各自航天器和軌道碎片的確切位置，以及航天器發射的時間表和預定位置；其次，一方新發射的航天器，必須保證不影響另一方已經在運作的航天器正常、不間斷地運作，即“新航天器”必須避讓“老航天器”；第三，除非充分告知，否則一方不得在對方發射“新航天器”時單方面調動自己的“老航天器”干擾對方。從國際法的角度說，這種外層空間的安全飛行規則近似於“國際禮讓”的概念。
與航空領域相似的是，這種程序預防的不僅是“相撞”，更是“空中接近”，即避免兩個航天器存在以高速互相接近對方的情況出現，管控風險。如果因為同一軌道上的航天器“不多”就主張無需進行安全合作，是不符合航天要求的。與航空業不同的是，外層空間沒有“空中管制”，想要預防“空中接近”，必須由發射航天器的主體機構共享數據，各自“禮讓”。
就今年主動與中方進行數據共享，NASA現任代理局長尤爾奇克表示，其目的是“進行有針對性的接觸，共享火星任務數據，以便分析碰撞風險”。
NASA的“毅力號”探測器於今年2月登陸火星，並開始作業。中國的“天文一號”探測器2月9日進入環火星軌道，目前正繞火星運行，準備在5月或6月着陸。此外，3月29日，來自阿聯酋的“希望號”探測器進入軌道繞火星飛行，開始為期兩年的火星大氣層研究項目。
三個航天器都在去年夏天的“發射窗口期”出發，幾乎同時到達預定位置，執行的又都是人類航天史上開創性的任務，讓火星周邊變得前所未有地擁擠。在此背景下，共享相關數據，對中美雙方完成各自的探索任務，避免“太空接近”事件，都有益處。
在火星表面作業的NASA探測器示意圖
既競爭，又合作
共享火星任務數據、避免“太空接近”風險，本是航天界正常的合作，但在當下中美關係的大背景下，卻顯得不同尋常。一切源於美國國會2011年通過的“沃爾夫條款”，即由眾議員沃爾夫提出的限制NASA與中國進行聯合科研活動、限制NASA接待中國學者的法案。
雖然名義上NASA可以在向國會申請批准的情況下與中國航天局接觸，但除了本次火星任務數據共享等少數特例，“沃爾夫條款”事實上禁止了NASA與中方的正常往來。
“沃爾夫條款”從未得到NASA方面的支持。時任NASA局長、曾參與美蘇聯合太空任務的宇航員博爾登就反對“沃爾夫條款”，還因疑似違反該條款遭到國會質詢。即使是特朗普任命的NASA局長布里登斯廷，也在中國“天問一號”探測器發射成功後祝賀中國加入“國際火星科學探索俱樂部”，並祝“天問一號”旅途順利。拜登當選總統後，包括博爾登在內的多位NASA前高層公開呼籲新政府重啟與中國在航天領域的合作。
中佛羅里達大學教授、著名航天政策專家羅傑·漢德伯格指出，NASA急於和中方恢復正常合作的原因，與當年NASA在冷戰背景下與前蘇聯太空機構保持交流一樣，是因為當前人類科技還遠未破解太空奧秘，美方不能不尋求其他航天大國的協作。
“事實上，我們的太空研究變得越來越難，正進入深水區，需要突破長期瓶頸。”漢德伯格舉例稱，NASA一直在研究使人類太空飛行極其危險的輻射和微重力問題，但目前為止還沒有找到解決方案。
同樣，因為1972年就停止了登月計劃，NASA對月球的研究急需中國航天人獲取的月壤等一手資料。因為航天飛機項目已經停止，近年NASA還多次借用俄羅斯航天器將宇航員送去空間站。
漢德伯格認為，得益於現實原因，以及NASA系統的相對獨立性和中立態度，當前中美之間沒有形成太空競賽。“國會和前特朗普政府中的一些人認為中美要在太空事務中競賽，但航天界大多數人並不是這種看法。”
拜登政府上台後任命的NASA代理局長尤爾奇克已經多次透露加強和中方合作的意向。在拜登要求NASA完成的氣候變化重點任務中，NASA將“在國內和國際兩方面啟動新項目”，包括爭取與“競爭對手”就共享關鍵氣候數據達成協議。
除了與中方合作，今年2月，尤爾奇克還與俄羅斯太空主管羅戈津通了電話，討論“在太空技術的幫助下專註於氣候變化研究”，羅戈津表示，俄羅斯支持加強和美方在該領域的合作。
美國頂級智庫CSIS航天安全研究中心主任哈里森認為，中美火星任務數據共享也可以延伸出更多合作方向，包括共同減少太空垃圾，合作限制全球反衛星試驗，甚至就更廣泛的外層空間規則達成共識。
但專家們也指出，對中美雙方在航天領域的合作不能盲目樂觀。拜登政府已經表示，其航天核心計劃“阿爾忒彌斯”載人登月任務暫時不會尋求和中俄進行合作。而拜登剛剛提名的NASA新領導人、前參議員尼爾森，也被美國媒體視為相對保守的人物，曾支持限制NASA與外部機構、商業公司及中俄的合作。
“人類航天史的現實造成了NASA長久以來的運作特徵：能既與對手競爭，又和對手合作。面對蘇聯是如此，面對中國也不會有太大的變化。”漢德伯格說。
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