歐洲太空總署監測表明，在地球赤道同步軌道附近寬度不到1米的條帶內約有1000多顆衛星，僅有約300顆在正常工作，多數則已成為空間垃圾。空間垃圾必然會越積越多，嚴重影響著太空環境，汙染著赤道同步軌道附近寶貴的空間環境資源。
空間垃圾的清除，一直是令科學家頭疼的難題。中國科學院空間科學與應用研究中心研究員都亨曾向《科學時報》記者坦言，「雖然人們提出過很多靠外力清除空間垃圾的設想，但至今均未實現。」
對於這些盤踞在太空的垃圾，我們有什麼辦法減輕它們的危害呢？
發表在《中國科學G輯》第38卷第12期的《退役衛星的多生命周期利用》一文，提出了同步通信衛星多生命周期利用的概念，實現了退役通信衛星的第二次生命周期的利用。該文第一作者、中國科學院國家天文臺研究員施滸立接受《科學時報》採訪時表示：「有效延長退役通信衛星的可利用壽命，使通信衛星資源達到近極限利用，延緩其成為空間垃圾的時間，真正起到保護空間環境的積極作用。」
空間資源保護乏術
「人類在保護地球環境的同時，還必須儘早重視對空間資源和空間環境的保護。」在施滸立看來，有效保護空間資源具有極為重要的社會效益和經濟效益。他說，「尤其，地球同步衛星軌道資源對全人類來說是不可多得的極其寶貴的空間資源，與人類社會的發展和進步具有非常重要和密切的關係，也是人類利用的最有實際效果的空間資源之一。」
但是，這個寶貴的資源正在被同步軌道上大量廢棄退役通信衛星所汙染。
中國衛星通信集團公司副總裁陸綏熙介紹，在地球赤道同步軌道上有眾多同步通信衛星，因火箭推力的限制，衛星攜帶的調整衛星位置及姿態的燃料有限，當燃料消耗殆盡時，同步通信衛星的使用壽命也將結束。
衛星公司為了保證客戶業務不被間斷，能連續運行，必須在衛星壽命結束前的一段時間裡，發射新的同步通信衛星去替換壽命末期的同步通信衛星，完成衛星的新老更替。陸綏熙說：「當原來處於壽命末期的同步通信衛星被換下來成為退役星時，按照現行的國際規定，必須對衛星作『死亡處理』，即關閉衛星上的電源，把衛星推離開原地球同步軌道位置，使衛星進入『墳墓』軌道，漂移成為空間垃圾。」
隨著時間的推移，大量廢棄的退役衛星積集在同步軌道附近，汙染著空間同步軌道的環境，並嚴重威脅著處於同步軌道位置上在軌工作的衛星的安全，「這無疑對人類進一步充分利用同步軌道資源造成很大影響」。
可見，寶貴的同步衛星軌道資源是亟待保護的，但人們一直沒有找到解決這個問題的有效方法。
廢物利用歪打正著
其實，「多生命周期利用」的概念來源於綠色製造業，是基於最大限度地利用資源和最低限度地產生廢棄物的環保理念，指本代產品報廢或停止使用後，產品或其有關零部件在下一代或多代產品中循環使用。
「我們是突發奇想，歪打正著了！」施滸立笑著說。
原來，退役衛星的多生命周期利用的研究誕生於中國區域定位系統（CAPS）的驗證系統的研發過程。
面對美國GPS、前蘇聯GLONASS、歐洲伽利略計劃這些巨資項目，2002年，中科院國家天文臺原臺長艾國祥院士及其同事希望通過一些新的理念來實現經濟實惠的區域導航定位。於是，他們提出了轉髮式衛星導航定位系統的設想，這種系統可以少發射甚至不發射專門的導航衛星。
「與美國的GPS、前蘇聯的GLONASS以及我國自主研製的北鬥等衛星定位系統相比，CAPS的衛星星座是創新型的。」
中科院國家天文臺研究員韓延本介紹，在CAPS驗證系統的研製過程中，首先租用了在軌商用同步通信衛星上的信號轉發器，組成驗證系統的星座。但是，由於租用的衛星都處於地球同步軌道上，理論上難以實現三維定位。
最初，施滸立等想發射傾斜軌道的通信衛星增強基於同步通信衛星的導航星座，來解決三維定位的問題。但這會使試驗周期很長，並需要大量經費。在項目進一步發展的過程中，他們提出了將退役衛星加入星座的設想。「後經我們理論分析和仿真計算，發現利用一定數量的退役衛星有助於提高導航定位的精度，從而探索到了一種更省錢、更環保的方法，即開發退役衛星的第二生命周期。」韓延本說。
簡單地說，就是改變衛星調控模式，只對衛星經度方向軌位進行保持和調整，優化使用退役衛星上的剩餘燃料，使其演變為小傾角同步軌道衛星，從而構建一種新的導航星座。
亞太衛星公司原副總裁陳吉斌告訴記者，壽命末期的通信衛星一般殘留著在通常的軌位控制模式下可使用幾個月到一年多的燃料，且衛星上的太陽能電池和轉發器等電子設備的正常工作壽命遠大於燃料的可使用時間。「在新的控制模式下，可以將剩餘燃料延長使用壽命約10倍左右，從而可使衛星上的資源被最大限度地充分利用。」
以亞太1號衛星退役後被再利用為例，該星在2004年被新的替代衛星置換下來時，按通常的調控模式，燃料的可使用期限還剩餘3～6個月。這時，衛星上的太陽能電池和電子設備仍然完好，24個轉發器均能正常工作，甚至6個備用轉發器還尚未使用過。在新的軌位控制模式下，該退役衛星成為小傾角的傾斜同步軌道衛星，被作為CAPS系統的星座成員至今已連續正常工作了4年多，發揮了非常重要的作用，產生了顯著的社會效益和經濟效益。
陳吉斌指出：「與此相反，沒有考慮退役衛星的再利用時，亞洲1號衛星進入壽命末期，被新發射的衛星置換後退役，作了死亡處理，被廢棄成為同步軌道的空間垃圾。」
二次利用變廢為寶
「採用退役衛星獲得的效果，可能是人們以前不曾想像到的。」施滸立告訴記者，「雖然CAPS系統目前所用衛星較少，但在中國及周邊地區已經達到美國GPS系統粗碼的導航定位精度，退役衛星在其中起到了應有的作用。」
CAPS項目組已向亞太衛星公司購買了即將退役的亞太1號衛星和亞太1A衛星，把它們調控為小傾角的傾斜同步軌道衛星後，作為CAPS系統的星座成員發揮了定位和通信兩大作用。施滸立介紹，利用通信衛星上豐富的轉發器頻帶資源，已經開拓出一類使用微小終端的低信息速率的衛星通信，彌補當前地面通信手段（如短波、超短波、GSM/CDMA等網絡）對邊遠地區及海上的通信覆蓋不足的缺陷。
從2006年開始，使用微小終端的衛星簡訊息數據雙向通信系統開發成功後，陸續應用於陸上車輛「動中通」試驗和海洋船舶等移動載體的定位和海洋數據的回傳通信試驗。
由於設備造價低，使用方便靈活，適用面廣，特別適用於有定位、授時和簡訊息傳輸要求的應用領域，包括車輛、艦船在行進中的通信。例如在發生特大的洪澇災害和地震災害使地面通信設施被破壞而無法通信時，CAPS的定位和通信功能就能幫助我們及時獲得災區的有關信息，對救災起到重要作用。
此外，利用退役衛星有利於維護國家的頻率資源和軌位資源。因同步衛星軌道資源（軌道位置和通信頻率）是極其寶貴的空間資源，各國為了本國的發展和利益，在國際上對該資源的競爭越來越激烈。陳吉斌指出：「我國已申報了一些同步衛星軌位，若在一定的期限內，沒有我國的衛星去佔位使用，就要降低使用級別，甚至取消我國的軌位使用權。而退役衛星恰恰可以作為在軌的有效衛星使用，從而為國家保護軌位財富與資源服務。」
退役衛星的再利用時間雖然還不長，但產生的社會效益和經濟效益是顯著的。施滸立表示，不久的將來，將有亞洲2號、鑫諾1號、鑫諾5號和中衛1號衛星陸續退役，若再利用起來將會產生更可觀的經濟效益。「已處於壽命末期的退役衛星開發出第二生命周期，延緩了退役衛星成為空間垃圾的時間，為人類保護空間環境腳踏實地跨出了有效的第一步。」
《科學時報》 (2009-2-19 A1 要聞)