人类进入太空轨道的触角从未如此之广，然而关于太空探索可持续性的学术讨论才刚刚起步。每一次卫星发射、月球探测和载人任务都会对地球产生环境影响，在某些情况下，其影响甚至会持续很远的距离，远远超出地球的范围。随着私营企业和国家机构加快巨型星座和火星探测任务的计划，太空探索的可持续性已成为一个迫在眉睫的问题，而非遥不可及的未来考量。

火箭、卫星和地面基础设施的碳足迹如今已成为贯穿本世纪的气候讨论的重要组成部分。据联合国和平利用外层空间事务厅统计，目前有超过9,000颗在轨运行的卫星。

过去五年里，这个数字增长了两倍多，这主要归功于商业卫星星座的发展。

不断发展的太空经济

2023年全球太空经济价值约为570亿美元，预计到2040年将超过1万亿美元。这一发展涵盖卫星互联网服务、地球观测站、导航设备和军事基础设施。

虽然太空技术有助于气候监测和灾害应对，但太空探索的可持续性必须考虑到制造、发射和维护这些系统所带来的环境成本。

航天器生命周期的每个阶段都会消耗能源、材料和燃料。

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火箭发射的碳排放成本

火箭发射会排放二氧化碳、水蒸气、黑碳和氧化铝颗粒。

一枚使用煤油作为动力的猎鹰RP-1火箭发射一次，大约会排放336吨二氧化碳。虽然这个数字相对于全球航空业的总排放量来说很低，但与发射相关的事故数量却在迅速增加。

因此，太空探索的可持续性必须考虑累积排放，而非孤立事件。2023年，全球共进行了超过220次轨道发射。

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碳排放之外的排放

大气中的碳并非唯一受岩石喷发物影响的物质。高空释放的黑碳的温室效应优于地面污染物。

2022 年《地球的未来》杂志的一项研究发现，如果火箭发射量继续增加，火箭排放的黑碳量可能会对平流层温度产生重大影响。

因此，太空探索的可持续性必须同时评估温室气体和高层大气化学效应。

数据快照：太空活动和环境指标

这些数据说明了为什么太空探索的可持续性值得认真审视。

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卫星制造和资源利用

这些卫星需要氧化铝合金、钛、稀土元素和高端电子元件。这是因为国际能源署警告称，随着清洁技术的普及，关键矿物的需求量可能会大幅增长。

尽管卫星的贡献与可再生能源基础设施相比微不足道，但它们的供应链却是资源密集型的。因此，太空探索的可持续性涉及对采矿影响、材料来源和生命周期排放的评估。

卫星生产的物品往往比发射时的排放量具有更大的碳足迹。

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空间碎片与轨道可持续性

除了碳排放之外，轨道拥堵也给可持续发展带来了挑战。目前有超过36,000块直径大于10厘米的太空碎片在绕地球运行，这些碎片已被追踪到。

卫星碰撞会产生更多太空碎片，从而增加运行中航天器的风险。太空探索的可持续性需要积极清除碎片、采取负责任的脱轨措施以及制定更严格的发射法规。

在情况改变之前，近地轨道可能仍然更加危险。

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卫星对气候的益处

具有讽刺意味的是，卫星已经成为气候研究和环境监测不可或缺的工具。

美国国家航空航天局（NASA）利用地球观测任务来观测海平面上升、森林砍伐和大气成分变化。政府间气候变化专门委员会（IPCC）也大量利用卫星信息来确定全球气温。

因此，太空探索的可持续性应在排放成本和气候情报效益方面保持公平。天基技术在理解地球不断变化的系统中发挥着关键作用。

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私营部门的扩张与责任

像SpaceX、蓝色起源和OneWeb这样的公司正在部署庞大的卫星群。仅SpaceX的星链网络就已部署了超过5,000颗卫星。

随着越来越多的太空活动由私人机构发起，太空探索的可持续性已成为政府和企业共同关注的问题。排放报告和燃料创新越来越需要透明化。商业发展仍然领先于监管框架。

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迈向更环保火箭的创新

其他正在研究的燃料方案包括液态甲烷和绿色单组元推进剂。甲烷产生的烟尘颗粒也比煤油基燃料少。欧洲航天局的清洁空间计划正在试验环保型推进剂。

太空探索的可持续性取决于向低排放推进系统过渡。火箭可重复使用性也有助于减少生产过程中的排放和材料浪费。

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可重用性和效率

由于火箭可重复使用，生产过程中产生的许多排放物得以减少。SpaceX公司报告称，猎鹰9号助推器最多可重复使用15次。

重复使用可以降低发射成本和资源消耗。火箭回收而非丢弃在海洋中有利于太空探索的可持续性。然而，翻新过程也需要能源和基础设施投资。

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地面作业的能源消耗

太空任务涉及能源密集型的地面作业，包括制造设施、跟踪站和发射基础设施。

发射场会消耗大量的水和能源，并对当地生态系统造成压力。联合国环境规划署估计，工业能源消耗占全球总排放量的24%。

尽管太空作业所占比例很小，但太空探索的可持续性需要涵盖其整个生命周期的影响。航天港可以尽可能缩小实际占地面积，并使用可再生能源。

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空间可持续性的伦理维度

随着人类向太空迈进，伦理问题不可避免。在全球气候危机日益加剧的情况下，太空旅游业是否应该继续发展？

每次亚轨道旅游行程中，每位乘客的二氧化碳排放量约为 75 吨二氧化碳，与人均年二氧化碳排放量相比，这是一个很大的差距。

在太空探索中，可持续性问题需要在奢华旅行和地球环境问题之间取得平衡。这一论点将环境正义与技术追求联系起来。

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政策与国际合作

1967年的《外层空间条约》为和平利用外层空间提供了框架。然而，其中关于环境可持续性的条款仍然有限。

联合国和平利用外层空间委员会（外空委）正在讨论减少太空碎片的指导方针。

太空探索的可持续性将通过修订有关排放、碎片和轨道拥堵等问题的国际协议来实现。国际合作必不可少，因为太空始终是集体的领域。

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展望月球和火星任务

月球基地和火星任务带来了新的可持续发展问题。将物资运送到其他天体需要巨大的能源供应。

利用月球原位资源，例如提取月球水冰作为燃料，可以最大限度地减少地球上的发射排放。太空探索的可持续性可能更多地依赖于太空资源的利用效率。

然而，行星保护法规不应污染外星区域。

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结语

太空探索的可持续性不再是环保人士的专属关注点。随着太空经济规模扩大至万亿美元级别，以及越来越多的卫星星座进入太空，火箭发射、卫星制造和轨道碎片对环境造成的成本必须得到认真对待。

火箭会将温室气体和黑碳排放到敏感的高层大气中。制造卫星需要重要的矿物资源和复杂的供应链网络。太空旅游现象还会引发与全球不平等和气候正义相关的其他伦理和排放问题。

然而，太空探索也具有诸多优势。卫星被用于监测气候变化、指导灾害救援，并为那些无法接入通信系统的社区提供通信服务。关键在于确保技术发展不会破坏地球的可持续性。

在绿色推进剂、可重复使用火箭、可再生能源供电的发射场以及清除太空垃圾等方面，存在着一些乐观的解决方案。太空探索必须通过对其生命周期进行全面调查、开展国际合作以及致力于在雄心壮志和责任之间取得平衡来实现可持续发展。

人类将目光投向地球之外，此时此刻，我们更应该保持对宇宙的憧憬，同时也要保护我们赖以生存的地球家园。

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常见问题

1. 目前有多少颗卫星在轨道上运行？

该公司有超过9,000颗在轨运行的卫星。

2. 一次典型的火箭发射会排放多少二氧化碳？

猎鹰9号火箭发射大约会产生336公吨二氧化碳。

3. 为什么火箭产生的黑碳令人担忧？

高层大气中的黑碳比地面污染物更能有效地吸收热量。

4. 什么是太空碎片？

地球周围绕地球运行的非功能性卫星和碎片被称为太空碎片，目前已追踪到超过 36,000 个大于 10 厘米的物体。

5. 太空探索是否可持续？

是的，通过绿色推进、可重复使用性、碎片缓解和可再生能源基础设施，太空探索的可持续性可以得到显著提高。

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