本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2024年第1期
作者：張東江，高智傑，楊志濤，張馨文，藍鼎
來源：空間資産風險評估與控制研究[J].中國工程科學,2024,26(1):239-250.
編者按
大陸是世界第二空間資産大國，擁有天宮空間站、八百餘顆衛星以及大量相關地面設施。有效控制風險是實作空間資産效益最大化和可持續發展、推動航天強國建設、提高空間資産對國家現代化高品質發展貢獻率的重要技術基礎。因而，開展空間資産風險控制研究，既具有重要的實踐意義，又具有重要的理論價值。
中國工程院院刊《中國工程科學》2024年第1期發表中國科學院國家天文台楊志濤進階工程師研究團隊的《空間資産風險評估與控制研究》一文。文章首先讨論了空間資産的定義與内涵；其次，從多個次元梳理了空間資産的潛在風險源，并劃分為技術、軍事和管理三大類風險，之後針對技術類風險初步讨論了空間資産風險量化評估方法，建立空間資産價值的量化評估模型，并簡要分析可能的風險控制方法；最後，面向空間資産風險事件的處置應對問題，提出初步的風險事件分級模型及處置應對需重點考慮的幾個方面，如體制機制的建立、應對預案的制定、責任主體的劃分、處置行動的落實與監督等。
一、前言
大陸是世界第二空間資産大國，擁有天宮空間站、八百餘顆衛星以及大量相關地面設施。有效控制風險是實作空間資産效益最大化和可持續發展、推動航天強國建設、提高空間資産對國家現代化高品質發展貢獻率的重要技術基礎。因而，開展空間資産風險控制研究，既具有重要的實踐意義，又具有重要的理論價值。
1957年10月，世界上第一顆人造地球衛星發射成功，開創了人類航天新紀元，廣闊無垠的宇宙空間開始成為人類活動的新疆域。60多年來，全球累計發射的人造地球衛星超過10 000顆。人類航天活動日益頻繁，人造衛星已成為日常生産生活不可或缺的一部分，其應用覆寫通信、導航、氣象、遙感探測、科學研究等領域，航天技術通過衛星應用轉化為直接生産力和國防實力。人造衛星是人類探索、開發和利用太空的最主要的工具之一，随着航天技術的不斷發展以及人類需求的不斷更新，未來還将有大量的衛星發射升空。
與此同時，與人造衛星相伴而生的空間碎片數量急劇增加，主要分布在高度為2000 km以下的低地球軌道（LEO）區域，20 000 km左右的中地球軌道（MEO）區域，以及36 000 km附近的地球同步軌道（GEO）區域，正對應目前在用航天器最多的空域。數量衆多的空間碎片給正常工作的衛星帶來極大的碰撞威脅，厘米級空間碎片碰撞便足以産生重大危害，而且大型空間碎片的隕落還會給地面人員财産及生态環境帶來威脅。除空間碎片外，空間資産還可能面臨另一種來自太空的威脅，即近地小行星的撞擊。
空間資産這一概念首次由《開普敦公約》引入，在《空間資産議定書》中給出了具體定義，主要是指在軌飛行的航天器或載荷，如衛星、空間站、空間子產品、空間艙、空間飛行器或可重複使用的發射載具等。但嚴格來講，空間資産目前并沒有公認明确的定義，這一概念仍會随着研究的深入而擴大或者縮小範圍。本文主要研究空間資産面臨的各種潛在風險，故對所論述空間資産的範圍作了适當拓展，以運作于外太空的航天器（含載荷）為狹義的空間資産；與此同時，空間資産從廣義概念來看，應同時包含與航天活動密切相關的無形資産，如航天器測運控能力、管理制度、專利技術或法律法規等。是以，本文認為，空間資産風險是指對航天器等有形資産的存續形成威脅，或者對無形空間資産價值的實作形成不利的多種因素的統稱。
二、空間資産的風險分類
人類探索宇宙的活動充滿風險，空間資産及其管理也伴随着各種風險。從空間資産的内涵、相關技術與組織管理、航天器全生命流程、短期與長期等多個次元出發，詳細梳理空間資産在發射和在軌運作階段及壽命末期可能面臨的風險因素，将風險源按類型劃分為技術風險、軍事風險和管理風險三大類。
（一）技術風險
技術風險是指非軍事、非人為因素的客觀存在的風險，具體劃分為航天器損毀、航天器無控再入危害、航天器測運控能力不足和近地小行星撞擊等四種風險。
1. 航天器損毀風險
航天器在運作過程中會面臨多重風險，包括空間碎片及其他在用航天器帶來的碰撞解體風險、航天器自身的爆炸解體風險以及航天器内部的載荷故障風險等，均會造成空間資産的損失。此外，從空間環境的長期可持續利用角度而言，還存在一種凱斯勒效應構成的長期風險：即在達到一定臨界條件時，航天器解體産生的大量解體碎片造成雪崩效應，新的碎片碰撞其他航天器進而導緻空間碎片數量進一步大幅增加，使空間環境嚴重惡化甚至完全不可用。
（1）碰撞解體風險
航天器在發射階段和在軌運作階段均會面臨大量空間碎片及其他在軌航天器的碰撞威脅，且随着近年來航天器發射數量的激增，尤其是國外大型星座（如“星鍊”）的發射，碰撞風險也在快速升高。
空間碎片的平均撞擊速度超過10 km/s，碰撞能量巨大。一塊1 cm的空間碎片所造成的破壞，與被一輛品質為1 t的轎車以50 km/h的速度撞擊航天器的效果相當。對于尺寸大于1 cm的空間碎片，一旦與航天器撞上，輕則穿透艙壁或損壞關鍵器件，重則發生災難性碰撞解體，而航天器産生的大量解體碎片會進一步污染空間軌道資源，間接影響到其他在軌航天器的安全。
曆史上已經發生過多次碰撞事件。例如，1996年7月24日，法國“櫻桃色号”衛星與一塊火箭殘骸發生碰撞，導緻衛星重力梯度杆遭到破壞（見圖1）。2009年2月，美國“銥星33号”衛星與俄羅斯衛星“宇宙-2251”在788 km軌道發生碰撞，除跟蹤編目的2134個大尺寸碎片外，還産生了超過2×105個5 mm以上難以監測且難以防護的危險碎片。2013年，厄瓜多的“飛馬座”衛星與空中的火箭殘骸相撞，導緻衛星壽命終結。
圖1 航天器碰撞解體示意圖
（2）爆炸解體風險
自第一顆人造衛星進入太空以來，在航天技術不斷取得一個個劃時代突破的同時，災難和事故便如影随形、接連不斷。人造衛星從發射起至任務結束後的全生命周期中均會面臨爆炸解體的風險，因電池或燃料問題而引起的衛星爆炸解體事件已發生多次。2021年3月以來發生了多起航天器解體事件，短時間内來自中國、美國、俄羅斯三個航天大國的衛星相繼發生解體事件，這也引起了廣泛的關注。2021年3月10日，美國已退役的氣象衛星“諾阿-17”發生爆炸解體，此次解體産生了16個可跟蹤的空間碎片；2021年3月18日，大陸的氣象衛星“雲海一号”02星在軌發生解體，并産生了21個可跟蹤的空間碎片。根據相關研究，已發生的在軌爆炸解體事件達560餘次，平均每年發生約8.4次，近20年平均每年發生約12.2次。
（3）載荷故障風險
在軌執行任務的航天器數量逐年上升，種類不斷豐富，航天器工程的高投入以及越來越重要的空間研究，緻使航天器的設計與建造越來越複雜。雖然航天器執行任務的能力與自身可靠性在不斷提高，但由于自身結構複雜，運作環境易變，仍然很難避免故障的發生。2010年8月，美國發射的“先進極高頻”星座首顆衛星在變軌時因發電機故障，使原設計90 d完成的變軌需10個月到1年才有可能到達目标軌道，衛星上有限的能量被大量消耗在變軌過程中，直接影響和縮短了衛星的有效壽命；2009年，俄羅斯發射的2顆“白鶴号”衛星發生損壞，影響到國際失事船衛星搜救系統COSPAS-SAR SAT的組網運作。
Tafazoli統計了1980—2005年在129顆衛星上發生的156次故障執行個體，其中電子故障占比為45%，機械故障占比為32%。衛星上最容易産生故障的部件是太陽能電池，41%的故障發生在衛星入軌的第1年，從分系統角度來看，姿态和軌道控制、指令和資料處理、測控與通信分系統、結構機構和有效載荷分系統發生故障的比例分别占32%、27%、15%和12%，其他故障占14%。由于航天任務的特殊性，對于大型複雜航天器而言，一個微小的故障都有可能引起系統性的問題，甚至産生災難性後果。
（4）凱斯勒效應
1978年，Kessler就提出當近地軌道上的物體密度達到足夠高時将會引發碰撞雪崩效應，即由碰撞解體産生的大量空間碎片，在碎片密度足夠高的情況下，引發再次碰撞，碰撞碎片不斷産生，導緻空間碎片數量急劇增加，最終空間碎片将會在地球外層空間形成一個碎屑層，阻止人類進入太空，人類對太空的探索和利用将不得不終止，衛星軌道資源遭到永久性破壞。這種現象後來被稱為“凱斯勒效應”。2006年，美國宇航科學家J.C. Liou再次提出，在目前的空間碎片減緩水準下，即使不再發射任何空間物體，空間環境也隻能維持穩定50年，凱斯勒效應将會變成現實，屆時地球周圍的空間将失去利用價值，因而必須采取相關措施阻止或減緩空間碎片的增長，保護太空環境。圖2為美國航空航天局（NASA）利用模型計算的空間物體數量長期演化情況。
圖2 空間物體數量長期演化情況
2. 航天器無控再入危害風險
航天器被送入太空，在服役期滿或壽命末期，部分大型航天器（如“和平号”空間站等）會采取主動離軌再入政策；部分航天器（如同步軌道衛星等）會進入墳場軌道，騰出寶貴的軌道資源，以免對正常軌道上的衛星構成威脅。從地球上發射進入太空，完成任務後再進入到地球大氣層并在地球上着陸的航天器稱為再入航天器，也可稱為傳回式航天器，如傳回艙、航天飛機、空天飛機等。再入航天器的傳回過程指再入航天器脫離原來的運作軌道，再入到地球大氣層并在地面安全着陸的過程。再入航天器在傳回過程中若發生故障，将在大氣層解體墜毀；失效航天器按設定模式沿着螺旋型橢圓軌道衰減無控飛行，最終再進入大氣層解體墜毀。
航天器的再入墜毀都意味着空間資産的損失，目前每年都會發生100次左右的航天器再入事件，除去有特殊熱防護設計的傳回式衛星 / 飛船等，大部分空間物體會在再入環境的強氣動力 / 熱作用下熔融 / 燒蝕 / 解體，大部分品質熔融 / 燒蝕殆盡，但一般仍有10%~40%的殘餘品質會到達地面，并可能導緻地面人員傷亡與地面資産的損失。
3. 航天器測運控能力不足風險
太空資源的重要性日益突出，國際主要航天國家對空間碎片帶來的威脅也已經達成共識，在滿足自身發展需求的同時，努力開展合作以共同應對空間碎片構成的潛在威脅。
航天器的測運控能力是實作空間目标監測、航天器在軌機動規避、隕落預警等工作的基礎與核心。若測運控能力不足，則會對空間資産帶來風險，并可能導緻空間資産的效能與價值無法充分發揮。
（1）與監測預警相關的測運控能力不足風險
因監測能力不足無法完成對所有空間目标的有效監測，在此情景下将會導緻漏警，即未能對即将發生的碰撞風險提前發出預警；同時，監測能力不足還可能導緻無法及時完成所有空間目标的編目更新，由此會導緻軌道預報精度偏低，因而出現較多虛警，即對本不危險的交會事件也發出風險預警。虛警容易引起航天器不必要的機動規避，這将消耗航天器有限的燃料資源，造成其使用壽命的降低。因運控能力不足可使航天器無法及時有效地進行機動規避，導緻航天器與其他空間目标發生碰撞解體的風險升高。
（2）與空間交通管理相關軟實力不足的風險
從廣義上講，空間交通管理也屬于測運控能力的一種。在空間交通管理領域，相應國際規則的制定與落實進展緩慢，導緻國際間對航天器間碰撞風險的預警和避碰事件溝通交流不夠充分，是以造成大陸航天器與他國航天器間的碰撞風險快速升高，尤其是在國外大型星座衛星的快速部署背景下，風險将進一步加大。
4. 近地小行星撞擊風險
近地天體是指軌道近日點在1.3 AU以内的太陽系小天體，主要包含小行星和彗星兩類天體，由于近地小行星的數量占絕大多數，是以通常稱為近地小行星撞擊威脅，不再專門注明包含近地彗星。曆史上也曾發生多起近地天體撞擊事件。數量衆多的近地天體對地球構成了潛在而巨大的撞擊威脅，其原因主要在于：首先，近地天體的運作軌道與地球軌道接近，存在與地球發生碰撞的可能；其次，近地天體與地球的相對速度高達幾十千米每秒，一旦碰撞會産生巨大的撞擊能量，易造成較大的災難；最後，近地天體數量很多且目前絕大部分尚未發現，潛在撞擊風險較高。近地小行星同樣是尺寸越小數量越多，據估計直徑在米級以上的數量即可超過100萬顆。而對于在軌航天器而言，即使被厘米級的微小天體撞擊，其結果也會是嚴重損毀，是以在巨大數量的背景下，近地小行星同樣對空間資産構成了很高的潛在撞擊風險。
（二）軍事威脅與風險
自從第一顆衛星發射上天之後，太空就成為了人類的新戰場。随着近年來的科技進步與發展，在氣象、全球定位系統、網絡通信、偵查和監視等領域，不論是民用還是軍用，人類越來越倚重太空裡的各種衛星。如果沒有衛星，數字化、資訊化軍隊将不能充分發揮戰鬥力，而飛彈、戰機等對資訊依賴較高的武器裝備也會失去戰鬥力。擁有強大的反衛星能力，将成為戰時極具威懾力的撒手锏。
2015年8月，俄羅斯将空軍和空天防禦軍合并組建為俄羅斯空天軍，受俄羅斯總參謀部上司，由空天軍總司令部直接指揮，使命是戰略預警、防空、反導、戰略和戰術打擊、航天發射等。2016年6月，美國空軍航天司令部簽發的《建設“航天任務部隊”，打造未來太空戰士》白皮書指明：美國空軍航天司令部必須轉變自身文化，掌握相關知識和技能，進而使航天部隊能夠在全球太空公域中暢通無阻，并在必要時實施自衛。2018年6月，美國宣布将建立“太空軍”，成為繼陸軍、海軍、海軍陸戰隊、海岸警備隊、空軍之後，美國的第6支獨立武裝力量。此外，美國戰略司令部至少與澳洲、日本、意大利、加拿大、法國、南韓、英國等7個國家的44家公司簽署了空間監視資料共享協定，以加強空間态勢感覺能力。
基于航天器在軍事威脅方面的不同作用方式，可将軍事風險分為如下三種類别。
1. 空間系統軍事化風險
美國國防部在2005年提出了快速響應空間的發展戰略，通過采用天地一體化的空間态勢感覺系統來監視航天器發射、傳回和在軌運作，同時還能觀測軌道碎片和自然天體的運作情況。通過分析目标資訊來掌握空間态勢，為軍事活動提供空間目标物的資訊态勢保障。表1總結了美國空間态勢感覺天基系統的發展情況。
表1 美國空間态勢感覺天基系統發展情況
2021年7月1日，美國“星鍊”1095衛星從原555 km軌道，降低到距離地球382 km軌道，接近中國空間站。2021年10月21日，美國”星鍊”2305衛星經過複雜變軌，再次接近中國空間站。這種行為不僅對其他航天器帶來極大的安全隐患，也會消耗航天器攜帶的工質，增加不必要的維護成本，降低使用壽命。
2022年12月2日，SpaceX公司宣布成立了一個名為“星盾”的新業務部門，目标客戶是美國國家安全機構和五角大樓。SpaceX公司宣稱，“星盾”将利用近地軌道上的“星鍊”衛星星座滿足美國國防和情報機構日益增長的需求。該公司明确宣稱：“星鍊”最初是用于消費者和商業用途，而“星盾”設計用于政府服務，初步重點是三個領域，包括地球觀測、安全通信和有效載荷托管。由此“星鍊”的軍事意圖和價值顯現，給他國帶來巨大的安全隐患。
2. 航天器武器平台化風險
在軌航天器同時可被用作天基武器的發射平台，而可支援的武器則是對天、對空、對地武器均有可能。今後一個時期在太空發生武力沖突的航天器主要是衛星，是以太空戰争将主要圍繞衛星與反衛星武器間的鬥争展開。對衛星實施武力的目的是破壞目标衛星的功能或對其實施摧毀。在實施手段上分為軟殺傷和硬殺傷。軟殺傷主要通過電磁幹擾、網絡攻擊等手段實施，對衛星不形成實體破壞，隻使其在一定時間内失去部分或者全部功能。常用手段包括電磁幹擾、網絡攻擊等。硬殺傷以對衛星形成實體破壞為目的，使得衛星功能永久喪失。目前，空間硬殺傷手段主要包括：動能武器、天基在軌操作、天基雷射武器、天基微波等。
3. 太空戰威懾
空間已經成為維護國家安全和利益至關重要的戰略要地。以美國為核心的空間聯盟日益擴大，2015年，美國繼續推行綜合控制空間的戰略思想，強化與盟友的空間安全合作。2015年，美國與德國簽訂共享空間态勢感覺服務資訊協定；與印度就維護外層空間環境的長期可持續性與安全性開展首次空間安全對話；與以色列航天局簽署協定，共同開展空間監視與避碰工作；與日本舉行第三次全面航天對話，明确雙方将密切合作開展第二次空間态勢感覺桌面推演，推進雙向資料共享、推進國際外層空間行為準則談判工作的深入開展、推進空間活動的透明度與信任建立措施等議題。如美國牽頭組織的“施裡弗軍演”，目的就是增強空間系統彈性，提高抗毀能力；為作戰人員提供優化效應以支援其聯合行動；保護多作戰領域沖突下的空間實體。
2015年1月，日本釋出第三版“航天基本計劃”，明确将“保障空間安全”放在航天政策目标的首位，首次提出提高空間系統整體彈性等空間安全措施，其中與盟國合作實作資訊共享成為重要内容。在2015—2020财年預算中，歐盟為空間監視撥款7000萬歐元。2015年6月，法國、德國、意大利、西班牙、英國簽署協定，共同建造統一分發資料的空間監視與跟蹤網絡。
（三）管理風險
1. 管理制度不比對風險
随着近年來大陸商業航天的快速發展，在軌航天器數量激增，航天應用産品與模式也在快速疊代，同時航天工程的技術難度也随之升高，在此複雜背景下，相應的一些管理制度若與目前的快速發展階段不比對便會導緻空間資産的實際效能無法充分發揮。
從航天應用和産業發展角度來看，商業航天作為航天領域的新興力量，正以前所未有的速度和規模發展壯大。這不僅為人類探索宇宙提供了新的機遇，也為經濟發展和科技創新帶來巨大潛力。航天産業是當今世界最具挑戰性和帶動性的高科技領域之一，也是國家綜合國力的集中展現和重要标志。目前全球商業航天市場呈井噴式增長，市場競争日趨激烈，獨角獸企業逐漸引領産業發展方向，衛星商業應用的需求帶動了全球商業航天産業的全産業鍊發展。此外，商業航天還催生了新的太空經濟形态，引發人們對商業航天更多應用場景的探索。
從技術角度來看，目前航天重大工程研制系統呈現出複雜性、巨型性、高風險性、開放性、技術與管理緊耦合等特點，可視為航天複雜巨系統工程。為保證完成工程研制、實作技術突破并解決科學問題，需要适應與航天複雜巨系統特點建構相适宜的管理體系。
反觀國外的情況，美國作為世界航天強國，也在不斷創新其管理模式和工作機制。美國航天管理體制是一個由國防部、NASA進行宏觀管理，以科研機關、承包商、大學為基礎的公私結合、軍民結合的綜合體系。美國航天項目管理人員在組織管理過程中引入組織設計理念，按照不同層次确定合适的組織結構，并建立了科學的制度體系來規範其行為，如美國政府主要通過合同管理的辦法對美國的航天企業進行管理。在美國航天項目管理過程中，技術創新、制度創新及管理理念的創新思想和實踐不斷湧現，如漸進式采辦政策、系統互換管理、資格許可制度等。這些創新思維和實踐蘊含在航天系統的戰略規劃中，并以國家政策作為支撐，為美國航天項目的有效管理注入了強大動力。
2. 無形資産流失風險
與航天相關的管理制度、專利或專項技術等均是無形的太空資産，而專業人才是無形資産的重要載體。航天相關技術專業性強、進入門檻高、技術積累周期長，是以專業技術人才的流失是行業保持持續發展的損失。
2018年，西安某所由于專業技術人才的流失，最終導緻關鍵項目的進度受阻。此外，在商業航天蓬勃發展的背景下，也可能由于民營企業的經營不穩定性造成專業技術人才流失，一個典型情況就是專業人才應聘至商業公司後因公司倒閉而失業。
3. 航天項目戰略方向失誤風險
與航天相關的項目及技術具有投入大、周期長、風險高等特點，是以在一些關鍵性項目的戰略方向選擇方面，其影響深遠，需慎之又慎。本文基于曆史事件總結，将航天項目戰略方向失誤風險分為發展路徑選擇和項目決策兩方面。
（1）發展路徑選擇的影響
據NASA統計，美國的航天飛機項目共花費1137億美元，但最終不得已而被淘汰，屬于技術發展路徑選擇失誤，最終導緻了巨大的損失，其原因主要包括以下四點。① 成本高昂：航天飛機的研制、生産和維護成本都非常高昂，每次發射都需要進行大量的檢測和維護工作，使得航天飛機的成本遠高于其他發射系統。② 安全隐患：航天飛機存在一定的安全隐患，如1986年“挑戰者号”航天飛機發生爆炸事故，導緻7名宇航員死亡。此後，航天飛機的安全性備受關注，但難以完全消除安全隐患。③ 運載能力有限：相比于其他發射系統，航天飛機的運載能力有限，隻能搭載較小的負載，且搭載數量也有限制。④ 技術落後：随着科技的不斷發展，其他發射系統的技術已經超越了航天飛機，如重型火箭、商業火箭等，它們具有更高的運載能力和更低的成本，逐漸取代了航天飛機。
（2）項目決策的影響
在20世紀的登月競争中，蘇聯失敗的主要原因即是其項目決策的失誤。美國在原本落後的态勢下，宣告了登月的航天計劃，凝聚力量取得一系列科技成就。美國和蘇聯的登月競争逐漸激烈，雙方科學家都選擇在月球軌道完成交會，減少在太空中操作的步驟，降低登月難度。但是蘇聯卻在這一需要集中力量辦大事的項目中，拆分了三個設計局分别進行航空計劃，同時推進N1火箭、UR-700火箭和R-56火箭，甚至計劃都有所改變。一個典型的案例是：重達2800 t的N1火箭，裝有44台發動機，運載能力達到了100 t，前後一共進行過4次試飛，卻均以失敗而告終，而失敗原因幾乎完全一緻，那就是火箭的自動控制系統出現了錯誤動作，發出了錯誤的關機指令。事後來看，研發力量偏于分散，緻使項目推進過程中缺少足夠的技術積累以及發射失敗後也未能實作有效的故障回歸，多項決策失誤導緻了最終的失敗。
三、空間資産價值與風險評估
（一）風險事件識别
随着衛星應用領域的擴充，衛星種類與數量不斷增加，形成了日趨完善的空間應用體系，包括對地觀測、定位和導航、空間預警、通信與資料傳輸、氣象探測、科研等多個方面。對于合作目标，衛星運作商根據實際任務需要對衛星進行軌道機動、軌道維持、碰撞規避、姿态控制等操作，然而大多數情況下這些資訊是不公開的；對于非合作目标，即空間碎片和外方航天器，則需要通過對目标的軌道資訊進行分析以及時識别與感覺異常事件。
概括而言，合作目标自身出現風險事件時主要由衛星所有方或營運方及時感覺到具體資訊，對于非合作目标面臨的風險事件的識别，仍需主要依靠軌道變化進行分析識别。本文總結給出三個典型事件的基本判識方法。① 解體事件。無論是碰撞解體還是爆炸解體，均會在短時間内突然多出大量新增碎片，并且各自的軌道比較接近。② 隕落事件。利用空間物體的編目軌道根數可預報計算其未來一段時間内的運作軌迹，從其軌道高度的變化情況即可判識出該空間目标是否會再入大氣層并隕落。③ 載荷故障。對于一般的載荷故障，若不影響相應衛星的軌道運動，則難以從地面監測手段判識，通常需要根據載荷使用者使用情況得知；對于較為嚴重的載荷故障，有可能會影響到衛星姿态保持或軌道維持等功能，此時通過分析其軌道變化情況有望識别出相應故障的發生。
（二）資産價值評估
航天器是空間資産的核心組成部分，同時也是其他空間資産貢獻價值的重要載體。此處即以航天器為例評估大陸空間資産的價值，其中既包含預定功能的價值，也包含一些潛在的隐性價值。
為量化評估其價值，選取航天器的多項屬性，從不同角度來表征航天器的價值大小。用矢量
來表示該屬性集合（m表示元素個數），其中，
為航天器從研發制造到發射入軌的成本價值；
為通信、導航、遙感、軍用、商用、科研等用途屬性；
為衛星的預期（或設計）使用壽命和軌道壽命；
為影響科技創新價值及其潛在的技術外溢價值；
為與其他衛星組網協作的能力，是影響潛在價值提升力的重要因素；
為航天器自身可實作功能的拓展性。
1. 單個航天器的價值評估
單個航天器的價值用評價函數
來表示，具體形式可有兩種方案：
一種是對各屬性對應的價值進行互相獨立評估，航天器的價值是各屬性價值的總和，此時有如下表達形式，其中
用來表征屬性價值系數。
（1）
另一種是以成本價值為基礎，對其餘屬性分别評估來确定各自的增益系數
，此時考慮如下表達形式：
（2）
此處自然地應有
，而衛星壽命與其他屬性并不獨立。相關系數
主要考慮衛星剩餘壽命的影響，參照較為常用的剩餘壽命指數分布模型，取值為：
（3）
式（3）中，
為衛星期望壽命（即設計壽命）的倒數，t表示衛星已運作的時長。
2. 空間資産整體價值
空間資産整體價值（記為
）的基本盤是其核心資産（即所有在軌航天器）的價值
，可表示為
，其中n表示大陸在軌航天器的個數。
可認為是目前
時刻的空間資産靜态價值，除此之外還需評估空間資産價值的變化趨勢，如此才能為空間資産管理提供參考依據。是以，對于未來時刻
的空間資産價值的估計值可表示為：
（4）
式（4）中，增加考慮了估計參量航天器數量增長率
。
（三）風險評估與分析
空間資産技術風險較為客觀，适于定量化地評估其風險大小。風險事件發生的機率及其可能造成的價值損失是評估風險大小的兩個關鍵要素。
1. 航天器損毀風險評估
航天器損毀風險的評估整體思路是以所有空間目标的數量和軌道資料為基礎，基于軌道運動理論進行模組化分析。
對于碰撞解體風險，發生碰撞事件的機率近似正比于航天器的交會次數，故近似正比于空間物體（含航天器與空間碎片）數量
的二次方，大陸航天器發生碰撞解體事件的風險機率
即有如下關系：
（5）
對于航天器自身發生爆炸解體的風險事件，其機率
應正比于衛星數，故事件機率應有如下關系：
（6）
式（5）、（6）中，
和
分别表示碰撞解體風險系數和爆炸解體風險系數。
對于載荷受損事件，發生該風險的機率
可認為正比于大陸的航天器數量，故考慮采用下式評估，其中
表示大陸的衛星故障率，具體數值則需通過對曆史事件的統計分析得到。
（7）
對于凱斯勒效應，其發生機率主要取決于總體目标數，應近似正比于總目标數的二次方，故考慮用下式進行評估，其中
表示凱斯勒風險系數。
（8）
2. 大型航天器無控再入危害風險評估
國際上有較多軟體可針對單個航天器的再入風險進行分析。目前主要的空間物體再入預測軟體包括美國的DAS、ORSAT和歐洲的SCARAB等。本文以空間資産為着眼點，更多地從整體角度考慮再入風險發生的機率
，這主要決定于大陸所有低軌航天器（或火箭末級）的數量
，而隕落系數
則與具體的軌道分布和太陽活動水準等多種因素相關。
（9）
3. 空間資産整體風險
嚴格來講，各類風險源引起的風險事件并非嚴格獨立事件，但因各類風險事件發生的機率通常均較小，是以從宏觀研究角度而言，風險事件的相關性可以暫且忽略，故整體來看，空間資産發生風險事件的機率
為：
（10）
并且在各風險事件發生機率均較小時上式右側的近似表達成立。
此處暫隻考慮航天器損毀風險和大型航天器無控再入風險，後續可随着研究工作的深入逐漸增加對其他風險的量化模型。故綜合上文中對多類風險的量化評估模型，即有：
（11）
式（11）中，至依次為前文所述的碰撞解體事件機率、爆炸解體事件機率、載荷故障機率、凱斯勒風險機率和航天器無控再入事件機率。
從空間資産整體價值而言，價值增長主要包括新部署航天器的增量價值、載荷的單性價值、組網的複合價值以及複雜任務的潛在價值等多個方面。
與此同時，空間資産面臨的多種風險則是制約空間資産效益的潛在因素，有可能導緻空間資産整體價值的降低。主要不利因素包括三方面。
一是航天器損毀風險。航天器無論是受到空間碎片撞擊導緻碰撞解體，還是因自身故障導緻爆炸解體，此類風險事件發生的後果均是相應航天器的嚴重或徹底損毀，資産價值消失，甚或成為負資産（因其解體後的碎片将對其他航天器構成撞擊威脅）。
二是航天器内部載荷發生故障的風險。在發生太陽輻射異常、微小碎片撞擊、宇宙射線轟擊、衛星軌道或姿态操控失誤等情形下，可能導緻航天器内部載荷的部分或完全失效。在關鍵載荷發生故障時相應航天器的資産價值将大幅縮水，其原有效益将大幅降低。
三是低軌航天器在大氣阻力作用下有可能最終會無控再入大氣層，而較大型目标無法在大氣層中完全燒蝕，則有可能對地面人員财産安全構成撞擊危害。在此情形下，航天器的再入隕落本身構成其資産價值的滅失，同時其帶來的潛在負面影響也可視為一種負資産。
總體而言，空間資産價值随空間物體（航天器+空間碎片）數量的變化趨勢如圖3所示。隻有當空間物體數量接近繞地軌道空間容納上限時，空間資産效益才會明顯降低或下降。由于此處所述航天器發生損毀的風險仍然屬于小機率事件，新發射少量航天器并不會顯著提升相應風險，目前應仍然處于前中期的快速增長階段。當空間物體數量超過可容納上限時，觸發凱斯勒效應的風險将會大幅增加，并且一旦發生則整體空間資産價值必然急劇下降。
圖3 空間資産價值與空間物體變化數量變化示意圖
（四）風險事件分級
為合理有效地應對可能出現的風險事件，有必要按照危害程度對潛在風險進行量化分級，并分别制定應對預案，盡量避免風險事件的發生或降低其危害損失。
為此，參照近地小行星撞擊風險的都靈風級模型，提出如圖4所示的分級方法。風險事件的威脅程度主要從風險事件可能發生的機率和可能造成的價值損失兩個次元進行衡量。目前主要考慮價值損失在100萬元以上且風險機率在萬分之一以上的風險事件，并将其主要劃分為三級。
圖4 空間資産風險事件分級示意圖
（1）三級風險（紅色預警）：風險事件發生的機率達到50%以上。
（2）二級風險（黃色預警）：價值損失在1億元以上但發生機率在1%以内，或價值損失在1000萬元以上且發生機率為1%~50%。
（3）一級風險（藍色預警）：價值損失在1000萬元至1億元之間但發生機率在1%以内，或價值損失在1000萬元以内且發生機率在50%之内。
四、空間資産風險控制及風險事件處置應對
（一）風險控制方法
1. 加強技術能力建設
對于空間資産面臨的技術類風險，監測預警是最為基礎且至關重要的手段，進而需要具備足夠的處置應對能力。
（1）要看得見。即通過望遠鏡、雷達等裝置監測到航天器和空間碎片，這是開展空間物體軌道編目和碰撞預警工作的基礎。
（2）要算得準。通過精确計算航天器和空間碎片的運作軌道，才能準确預測各自在未來一段時間内的運作狀态，分析和計算互相之間是否存在碰撞風險、大型空間物體是否存在再入隕落風險、同時也可通過分析識别軌道異常變化來判斷航天器是否發生故障。
（3）要防得住。即針對預警計算發現的風險事件，需要有足夠的能力進行處置應對，如針對碰撞風險航天器進行機動規避。
厘米級空間碎片碰撞即可對航天器造成嚴重破壞，而目前的監測預警能力主要覆寫10厘米級及以上空間物體的搜尋發現跟蹤監測，是以仍然需要加強相應的能力建設。與此同時，通過加強編目和預警算法的研究，精進相關技術則有助于降低虛警率和漏警率，更準确地判識風險事件。
2. 疊代提升管理制度
由于航天相關技術專業性強，進入門檻高，技術積累周期長，是以專業技術人才的流失是行業無形資産的一種流失。同時由于很多航天項目均具有高投資、長周期的特點，一旦出現重大失誤，造成的損失也是巨大的。
有鑒于此，從風險控制角度而言，對相應管理制度在一定時期内的效果進行評估，并不斷地疊代優化将有助于降低此項風險帶來的損失。優化管理既注重航天工程和科學目标，也注重需求牽引與品質效益，準确把握航天事業發展方向、路徑選擇和品質效益，不斷提升空間資産管理使用效益。
3. 加強國際合作與博弈
凱斯勒效應将是對空間環境長期可持續利用的一大威脅。尤其是在美國“星鍊”衛星星座計劃提出并不斷部署以來，威脅事件的發生機率大幅提升。嚴峻的空間碎片環境問題得到了國際上的廣泛關注，未來空間碎片環境長期演化也成為該領域的研究熱點之一。空間碎片環境長期演化模型是從宏觀角度研究整個空間碎片環境的長期演化情況，通過預測空間碎片密度分布情況、碰撞事件的發生頻率等來評估未來一兩百年空間環境的穩定性，并且通過對不同的碎片減緩和清除方案的模拟分析，為碎片減緩和清除提供合理有效的政策與建議。
機構間空間碎片協調委員會（IADC）是協調全球有關空間碎片問題和空間活動的國際組織，已推出《IADC空間碎片減緩指南》，并在積極推動空間交通管理規則的制定，這将對未來各國空間活動的發展帶來重大影響。
為避免或減弱國際規則對大陸未來航天活動及産業發展的不利影響，需要加強國際合作，積極參與相關國際規則的制定，并從技術、國際法、外交等多方面展開博弈，以最大限度維護大陸的合理發展權益。
（二）風險事件處置應對
1. 優化營運管理機制
空間資産從資産所有者來講涉及多家的航天器使用者，從營運角度來講還涉及管理、設計、制造、發射、測運控等多家機關，是以，針對空間資産的風險事件應對必然涉及多家機關、部門和企業，而組織和落實風險事件的處置應對方案是一項複雜的系統性任務，這就必然需要建立相應的體制機制，包括明确處置應對任務的決策者與決策流程。
2. 制定相應的應對預案
不同等級風險事件可能造成的危害程度差異顯著，需要分别針對不同情況制定應對預案，以此及時有效地消除或降低相應風險事件帶來的危害。
3. 确定不同的責任主體
不同類型的風險事件以及不同階段的應對措施，均可能需要多家不同企業、機關、部門的行動和配合，是以詳細劃分各類事件、各個階段的責任主體，有利于推動風險事件處置應對方案的有效落實。
4. 跟蹤處置應對行動全過程
按照不同風險事件、不同應對階段和不同責任主體劃分好處置任務後，仍然需要關注處置應對行動的具體落實效果，盡量避免某一重要環節的疏漏導緻整體行動的失敗。
五、結語
本文對空間資産的内涵進行了界定，全面梳理了空間資産在發射、在軌運作階段和壽命末期可能面臨的風險源，針對技術類風險初步讨論了可能的空間資産風險量化評估方法，從航天器的多種不同屬性角度考慮建立了空間資産價值的量化評估模型，并以此為基礎簡要分析了可能的風險控制方法。面向空間資産風險事件的處置應對問題，提出了初步的風險事件分級模型，并讨論了處置應對的重點工作。基于上述研究與讨論，圍繞加強大陸空間資産風險評估與控制提出以下五點建議。
（1）加強和落實大陸航天器的登記管理工作，通過摸清家底進一步實作優化管理和提升效益，做好資産保護與管理使用的協調，提高容災備份、抗毀生存和資訊防護能力，增強太空危機管控和綜合治理效能。
（2）加強大陸空間資産管理和風險控制研究的頂層規劃，落實職責部門或機關，并引導科研人員開展相關方向的研究。
（3）推進空天一體化管理，建立國家空間交通管理中心，提高空間交通治理水準，確定能夠自由進入太空、高效利用太空、有效管控太空。
（4）增強大陸太空防衛力量建設，加快提升太空态勢感覺能力、太空突發事件應對能力、機動避碰能力、太空驗證溯源能力，確定太空系統穩定有序運作。
（5）積極參與國際空間合作，增強太空國際治理的話語權。學習借鑒國外先進經驗，既要重視航天項目、技術與科學合作，也要注重太空安全領域的合作，積極參與太空環境治理、太空安全與軍備控制等領域規則的制定，提出中國方案，推動國際社會共建外空領域人類命運共同體。
注：本文内容呈現略有調整，若需可檢視原文。
注：論文反映的是研究成果進展，不代表《中國工程科學》雜志社的觀點。