防止太空「交通事故」，人造衛星退役後也要進「墓地」？

刊出日期 2025.12.24

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地球軌道上現有1.2萬枚可正常運作的人造衛星，由於可重複使用的火箭「獵鷹九號（Falcon 9）」問世，降低衛星發射成本，加上製造商美國太空探索技術公司SpaceX打造跨國衛星網路「星鏈（Starlink）」，太空中的衛星數量正大幅增加。美國研究指出，如果所有向美國聯邦通訊委員會（Federal Communications Commission, FCC）申請的發射都成功執行，到了2030年代末，地球軌道上將有50萬枚人造衛星，成長速度驚人。
太空愈來愈壅塞，衛星「交通事故」風險增
外太空愈來愈壅塞，意外事故風險也跟著提升。2009年就曾發生過美國商用衛星Iridium 33與已退役的俄羅斯軍事衛星Cosmos 2251相撞，也是人類史上首起衛星碰撞意外，引發國際關注。這兩枚衛星撞上以後，產生超過2,000個可追蹤的碎片，至今仍持續在宇宙中高速飛行。
今年11月29日，台灣「福爾摩沙衛星八號」遙測衛星星系中首顆升空的「齊柏林衛星」，搭乘獵鷹九號火箭時，也因可能碰撞到地球軌道上其他物體，發射時間緊急延後了26分鐘。
一般步槍子彈的速度可達每秒1公里，而在地球軌道上運轉的物體，速度遠遠超過子彈。以離地400多公里高的國際太空站（International Space Station, ISS）為例，飛行速度約每秒7.7公里，即步槍子彈的7.7倍！就算是小小的碎片，在高速撞擊下，也能導致艙壁破損，對太空人來說可是有奪命的危險。
近年來大量發射的人造衛星，以及日益增加的太空垃圾，例如退役衛星、火箭發射過程遺棄的部件、撞擊產生的碎片等，已嚴重威脅著外太空的「交通安全」。目前低軌道（離地表2,000公里以下）約有1.4億個大於1毫米的物體，已有研究發現，為了閃避碰撞、每月改變軌道超過10次的人造衛星，2019年時只占0.2％；而到了2025年初，這個比例增長了7倍，達1.4％，顯示碰撞發生機率愈來愈高。
太空也有劃設「保護區」，退役衛星應撤離
不幸的是，情況似乎只會變得更糟。
「當低軌道的物體密度達到一定程度，碰撞事故造成的碎片將帶來更多碰撞，恐讓地球軌道被碎片占據，無法安全通行。」這套美國科學家唐納德．J．凱斯勒（Donald J. Kessler）於1978年提出的假設，即著名的「凱斯勒現象（Kessler Syndrome）」 ，如今受到太空科學家的大量關注。歐洲太空總署（European Space Agency, ESA）今年發布的報告也指出，就算不再有新的發射，現有太空碎片之間的碰撞也會導致低軌道的碎片數量增長，且從目前軌道的使用與發射活動研判，未來幾世紀還可能發生一系列的碰撞事件。
人造衛星的設計壽命短則數個月，長則超過十年，任務結束後如不妥善處理，就會持續停留在軌道上。因此，要減緩凱斯勒現象發生的根本辦法之一，便是讓退役衛星離開，不論是重返地球，或是移動到較少衛星聚集的軌道，降低與其他物體出現碰撞的機會。
國際太空碎片協調委員會（Inter-Agency Space Debris Coordination Committee, IADC）提出的「太空碎片減緩指引（Space Debris Mitigation Guidelines）」，劃定了兩個「保護區」，希望衛星結束任務後不要在這些軌道上長期逗留：一種是針對高度在2,000公里以下的低軌道衛星，另一種則是位於大約35,786公里高的「地球靜止軌道」衛星。
什麼是「地球靜止軌道」？
地球靜止軌道（Geostationary orbit，簡稱GEO）指地球赤道面上方35,786公里的圓形軌道，衛星在這個高度上繞地球一圈的時間與地球自轉同步，剛好是24小時（一個恆星日）。從地面上看地球靜止軌道的衛星，就好像靜止不動一般，用來接收訊號的地面天線也可以固定著同樣的角度，十分適合通訊、氣象等特定用途。例如台灣氣象預報常用的日本向日葵（Himawari）系列衛星，就一直停留在地球靜止軌道上，為我們24小時守望東亞的天氣狀況。
其實在多數低軌道衛星所處的位置，仍有極稀薄的空氣，會受到大氣阻力（Drag Force）影響運行。衛星執行任務期間必須要適時以推進系統修正，來維持它的軌道高度；但退役後，就任它在軌道漂流，衛星的飛行高度會漸漸下降，並受地球重力影響，衝入大氣層後與空氣劇烈摩擦，巨大的動能轉化為熱能，衛星即會燃燒殆盡。​
不過，衛星進入大氣層的時程非常緩慢，歐洲太空總署及聯合國外太空事務辦公室（UNOOSA）推估，不同軌道高度的衛星要單靠大氣阻力自然墜回地球，所需時間大約如下：
500公里以下：約25年
800公里：100～150年
1200公里：約2000年
所以對於低軌道衛星，地面人員可以控制衛星內建的推進器降低軌道高度，在退役後較安全地返回地球。
而在地球靜止軌道的衛星，因為已經完全不受空氣阻力影響了，若不處理的話它就會一直待在同樣高度，但也很難透過推進器下降這麼遠。IADC建議，應該將退役後的地球靜止軌道衛星，用推進器再往上送至300公里左右的「墓地軌道（Graveyard orbit）」。
為什麼墓地軌道適合作為退役衛星的安息地呢？因為會選擇進入地球靜止軌道的人造衛星，是看準在此高度上，衛星繞地球一圈的時間剛好24小時、與地球自轉同步，但再往上大概300公里，衛星繞地球一圈的時間已不是24小時了，不太會有衛星特別發射到這裡。當退役衛星待在這個「墓地軌道」，至少100年內不會干擾到地球靜止軌道上其他正常運行的衛星，目前大約有超過500顆衛星在此墓地長眠。
另一方面，對於較能精準控制方向的大型太空飛行器，如太空站、為太空人提供補給的貨運飛船等，科學家會選擇引導它們墜入南太平洋的「太空飛行器墓地（Spacecraft cemetery）」，這是地球上離陸地最偏遠的地點，又稱海洋難抵極（Oceanic Pole of Inaccessibility）、尼莫點（Point Nemo，Nemo為拉丁文「無人」之意）。這片「墓地」和最近的陸地相距2,688公里，也沒有人會過來捕魚，所以可以避免墜落造成人員傷亡。2030年即將退役的國際太空站，也預計埋葬在這片海域。
太空「零碎片」計畫，挑戰清除衛星垃圾
儘管地球軌道上的安全問題相當迫切，但國際間仍無法在太空領地的議題上凝聚共識，目前尚無有效監管軌道的專門機關。也就是說，IADC等國際組織提出的建議「僅供參考」，需仰賴各國政府的自主管理。
美國方面，聯邦通信委員會2022年修法，將低軌道衛星退役後移除軌道的年限從25年大幅降低到5年。 歐洲太空總署則是在2023年發布《零碎片憲章》（Zero Debris Charter），呼籲2030年前達到「零碎片」的願景。他們建議的做法之一，也是將退役衛星離開軌道的年限縮短至5年以下，並要求衛星在整個生命週期內，與任何大於1公分的碎片發生碰撞的累積概率低於千分之一。目前已有來自33國、超過200個組織（其中包含21個國家政府）參與簽署《零碎片憲章》。
歐洲太空總署甚至還投資一項新技術，要進行人類首次從軌道上移除太空碎片的任務「Clearspace-1」。他們和來自瑞士的新創團隊ClearSpace簽了一紙高達8,600萬歐元（約新台幣31.4億元）的合約，預計使用一艘配備4個機械臂的追蹤飛船捕捉太空垃圾。該計畫原本的目標是在今年處理一個「Vespa」式的織女星運載火箭次酬載轉接器，結果2023年8月時，該Vespa轉接器被小型太空碎片意外擊中，產生更多碎片；於是任務延期至2029年、目標也改為一枚重約95公斤的科學衛星「PROBA-1」。Clearspace-1若能如期達成任務，將為太空垃圾處理問題帶來一大希望。