兰德提出开展太空研究的六大优先方向

兰德公司长期为美国太空探索领域提供决策支持。为研判美国未来在太空领域的重点研究方向，兰德公司邀请太空领域专家对美国应加强关注的研究领域进行阐述，并于2023年11月发布《为新太空时代选取重要概念》报告，提出六大太空领域优先研究方向。

当前，国际太空治理存在许多不足。一是，基础术语或概念尚无明确定义，如“外层空间”“勘探和利用”“国家占有”等。二是，主权国家仅能行使最低限度的监督权，即向本国范围内相关主体发放航天发射许可和通信许可。三是，由于没有构建良好的治理框架，大量私人企业涌入太空探索领域，加剧了太空安全、可持续性等方面的危机，如碎片的快速生成、军民双重用途、反卫星测试等。四是，执行和合规性方面的利益冲突导致各国很难发现和控制太空中的疏忽或恶意行为。

兰德认为，研究人员应进行更深入的研究，并制定行动路线，帮助美国主导构建太空治理规则。具体来看，研究人员应进一步开展三大领域的研究，以提高美国制定和优化国际太空规则的能力。一是，研究美国在构建海洋资源管理规范方面发挥的作用可能会对太空领域提供重要参考。例如，全球海洋界曾就沿海领海范围争论数十年，1945年，美国发布一系列公告声称拥有对其大陆架的主权控制。此后，多个国家纷纷效仿，美国对领海的立场被最终成为《联合国海洋法公约》的一部分。二是，美国在制定、实施和成功促成空中交通管理和安全规范方面的作用可能值得借鉴。美国如何行使影响力以确保首个国际航空规则（《国际民用航空公约》）不会影响商业行为，可能也适用于太空领域。三是，美国在制定有关使用和处置地雷的规范方面发挥了重要作用，这或许也适用于太空领域。

月球是蕴含自然资源最丰富的天体之一，开发利用月球资源将使人类对更遥远天体的探索成为可能。多个国家已出台太空资源利用相关政策，如果各太空强国无法就此达成进一步的合作和协议，可能导致多个相互竞争的治理体系存在。

当前，美国正在实施阿尔忒弥斯计划，旨在于21世纪30年代初期在月球建立一个永久居住基地，并作为勘探和开采月球资源的“跳板”。为支持该计划，NASA制定了《阿尔忒弥斯协议》，主要基于《外层空间条约》设置的基本原则，致力于创造一个安全、透明的环境，促进探索、科学和商业活动。但深空活动治理还有许多潜在的替代方案，要使《阿尔忒弥斯协议》或其他替代方案发挥预期作用，在月球资源利用领域，还需要解决一系列基本问题。例如，联合国等国际组织是否应监管太空采矿和资源使用？如何激励俄罗斯和中国参与合作？以及这会对大国竞争产生什么影响、争议将如何解决？利益相关者是否应监管开采资源的交易以及如何监管？

数十年来，检验辅助技术的作用、了解空间生物学、进行科学实验和技术演示一直是人类太空探索的优先事项。但维持和执行太空探索任务一直严重依赖地面服务和资源，随着太空探索规模和范围的不断扩大、各国探索计划的增加以及技术的提升，低重力环境下的可持续太空栖息地建设将提上日程，它不仅可以作为探索任务的中转站和深空任务的先行试验场所，还能支持救援任务和飞行器回收。

未来，在这一领域的研究重点应是进行太空栖息地设计，并重点关注耐用性和安全性，具体优先事项涉及：“多模式”能力（多用途、多功能、可延长任务时长等）；能够支持操作人员执行任务的生物工程相关研究；栖息地平台应可实现或具备必要的自动化能力。为实现这些目标，研究人员应：评估未来航天机组人员执行任务时的生物医学、农业、材料、通信和能源需求；开展太空栖息地物理设计相关的技术和架构研究，在设计有人居住的太空栖息地时要“以人为本”；开发一款用于探索和确定可持续栖息地和执行太空任务所需能力和设计的游戏，以为生物工程和自动化的结合以及适应太空和执行任务的方式提供信息。

太空救援服务（SRS）有助于未来的载人航天任务。在发生航天器推进系统故障、空间站加压舱破裂、月球基地宇航员受伤等意外时，SRS可通过派送货运飞船、维修工具、医疗团队等方式降低事故危害，使人类完成更高风险太空探索任务，拓展太空探索的范围。

过去，NASA曾构想利用“救援球 ”、备用航天器等方式进行太空救援，但均未实现。目前，SRS仍停留在理论层面。未来，研究人员应针对SRS回答“是什么？谁？何时？何地？如何做？”等问题，并制定一套综合性方法。

“是什么？”，即明确SRS的目的，其是否仅包括拯救人类生命，还是也应包括对探索所使用的设备进行救援，又或应包括类似美国海岸警卫队从事的安全检查内容？

“谁？”，即明确从事SRS的主体，是国家、政府间国际组织、非政府组织还是商业组织？或应建立新的组织？

“何时？”，即明确何时启动SRS及资金来源。

“何地？”，即提供SRS服务的基地应设立于地球、近地轨道还是其他星体，或是分别设立？

“如何做？”，即一方面应明确发展SRS需要优先考虑的技术和标准；另一方面应明确SRS所面临的法律和政策挑战。

“太空镜”是一项设想中的地球工程，于20世纪末期被提出，当初的设想是向太空发射一面镜子以将阳光引导至地球较暗的区域，但该设想长期饱受争议。近年来，科研人员正在重新探讨这一概念，将其作为应对气候变化的极端选择之一。2022年，麻省理工研究团队改进了“太空镜”设想，提出“太空气泡”概念，即向地球与太阳之间的拉格朗日点“L1点”发射一颗“气泡机”卫星，制造相当于巴西国土大小的圆盘状气泡群，由太阳风和重力固定在适当的位置。气泡群将衍射和偏转太阳辐射，从而减少甚至完全抵消阳光对地球气候变化的影响。

“太空镜”看似激进，但不能排除其实现的可能性。随着技术发展，卫星发射更为简单，成本也逐渐降低，有利于这一设想的实现。同时，作为一项大型地球工程，其实施会受到大国太空博弈的影响，涉及国家安全问题，值得进一步研究。对此，研究人员应关注两大方面。一是，鉴于当今技术水平和基础设施情况，应研究实施“太空镜”设想的不同方法的可行性、有效性和生命周期成本。二是，应明确评估相关风险，包括：环境风险及其与其他太阳能地球工程方法的区别；现有太空治理领域中天基系统面临的风险；不同参与者实施“太空镜”设想的方法；“太空镜”结束运行后产生大型太空垃圾的风险。

地面太阳能发电受制于季节、天气和发电厂地理位置的影响，具有间歇性，难以保证电力供应长期稳定。天基太阳能发电系统位于地球同步轨道（GEO）上，受太阳辐射大气衰减、季节昼夜变化和地理位置的影响较小，理论上可实现持续发电。

近年来，技术的进步提升了天基太阳能发电的可行性和吸引力，如太阳能电池板工作效率和微波电力传输效率提升、可重复利用的运载火箭降低了发电系统发射成本等。美国虽然已经在天基太阳能技术验证方面取得一定成果，但必须进一步加强研究以获得竞争优势，因为中国、俄罗斯等对手国家也在积极开展相关研究。对此，研究人员应关注三大方面。一是，应评估天基太阳能发电系统成功部署对国家安全的影响，如该系统如何发挥维护美国国家安全的作用、如何保护该系统不受攻击、其他国家若实现部署后的影响等问题。二是，应明确现行的太空、能源和军备控制领域的治理体系是否适合天基太阳能系统发展，是否能使美国占据有利地位。研究人员应调查世界各国对天基太阳能发电的概念认识、应用范围、项目计划和进展等。三是，应对天基太阳能系统所涉及的技术分别进行评估，与在地面的能源生产方式进行竞争力对比。评估应涉及技术和经济两个维度，即技术成熟度和物理特性、经济上的建设成本和运营成本。