收取“轨道使用费”会不会迫使卫星运营商处理太空垃圾？

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多年来在轨的无用航天器、火箭和卫星的积聚，给那些仍在运行的卫星带来了巨大的风险。这些太空垃圾以17500英里/小时（28163公里/小时）的速度绕着地球旋转，对目前在低地球轨道上的卫星和航天器构成了非常实际的威胁。事实上，这些年来，轨道上的太空垃圾曾多次对国际空间站上的宇航员构成威胁，他们已经无数次被迫躲避。

科学家们和工程师们在清理这个巨大的烂摊子时，提出了各种解决方案。这些方案包括配备鱼叉的卫星来串联碎片，引入奖励负责任行为的太空可持续发展评级，探测和跟踪垃圾的太空围栏，以及将垃圾拦截起来进行安全处置的网。

但随着SpaceX公司的Starlink巨型卫星星座等项目的实施，这个太空区域只会变得更加拥挤，显然需要一些大局观的解决方案。在这项新研究的作者看来，为运营商建立正确的激励机制，而不是试图通过工程和事后的干预来解决这个问题，这将对确保更负责任地利用太空有很大帮助。

“这是个激励问题，而不是工程问题，”研究主要作者、米德尔伯里学院经济学副教授Akhil Rao说。“关键是要把激励措施做好。”

Rao和来自科罗拉多大学波尔得分校的研究人员开发了一个模型，该模型考虑到了新卫星的预期寿命价值和通过其产生的额外碰撞风险给工业界带来的成本。目前的情况是，运营商倾向于继续发射卫星，直到他们的私人碰撞风险等于卫星的价值，但该团队的模型探讨了轨道使用费如何创造一种激励机制，以确保航天器在寿命结束时得到妥善管理和处置。

“这和发射费用不一样，”Rao说，“发射费用本身并不能诱导运营商在必要的时候让卫星脱轨，造成损失的不是发射，而是在轨卫星。”

轨道使用费将像碳税或渔业管理费一样发挥作用，所有发射和运营卫星的国家都需要参与，并按每单位碰撞风险收取相同的费用，这样的计划才能发挥作用。它可以作为一次性付款或可交易的许可证，费用的计算方式可以是一次性支付，也可以是可交易的许可证，费用的计算方式与另一颗卫星进入轨道对工业界的成本相关联，因为这需要更多的资源来减少碰撞风险。费用也可以根据运营商希望使用的轨道来决定，不同的轨道承载着不同的碰撞风险。

“在我们的模型中，重要的是，卫星运营商要为强加给其他运营商的碰撞风险支付成本，”科罗拉多大学波尔得分校经济学教授、论文的共同作者Daniel Kaffine说。

作为研究的一部分，研究人员还预测了引入轨道使用费将如何影响整个卫星产业的价值。由于碰撞和相关成本的减少，例如更换损坏的卫星等，他们团队估计，该行业的价值将从6000亿美元增加到3万亿美元左右。与此相呼应，以及清洁轨道价值的上升，费用也会增加。该团队发现，最佳的上涨幅度为每年14%，这意味着到2040年，每年的收费将相当于每颗卫星每年约23.5万美元。

“在其他领域，解决‘共享空间的悲剧’往往是一场追赶的游戏，需要付出巨大的社会成本。”研究合著者、来自科罗拉多大学波尔得分校的Matthew Burgess说。“但相对年轻的太空产业可以在这些成本升级之前避免这些成本。”

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。