0 引言
随着低轨巨型星座的快速发展，在轨空间物体数量高速增长，近距离交会事件频发，航天器在轨运行环境快速恶化，开展太空交通管理的现实需求和战略价值随之快速提升。2022年9月，美国商务部和国防部签署促进太空交通协调工作的备忘录，划分了两个部门在太空态势感知（Space Situation Awareness，SSA）、太空交通管理以及民商太空活动协调方面的职责[1]。同年12月，美国商务部下属的国家海洋和大气管理局（NOAA）分别与7家商业航天公司 1 签订了太空交通协调试点项目合同，采购商业态势感知分析数据，确定商业太空态势感知能力的成熟度[1]。自2023年起，NOAA下属的太空商务办公室（OSC）正式开展“太空交通协调系统”（TraCSS）项目，项目宣传图如图1 所示。意见征询和建设，旨在为民用和私营太空运营商提供基本的太空态势感知数据和服务，为可能面临碰撞危险的卫星提供告警，以实现太空飞行安全、太空可持续性和国际太空活动协调[3-4]。
2024年9月30日，NOAA宣布TraCSS向参与内测的卫星运营商提供交会数据信息和太空安全服务，这是美国推进实施《美国太空优先框架》[5]和《国家太空交通管理政策》（SPD-3）[6]的里程碑。特朗普第一任期内持续加强对航天领域的资源投入，接连签署SPD-2《简化商业利用航天的监管》和SPD-3航天政策指令，不断促进美国商业航天的发展，通过对各类航天项目和行动的支持，推动美国航天科技水平和控制能力的持续提升[7]。SPD-3中提出，“开放架构数据存储库是美国政府向公众提供基础太空态势感知数据和基本太空交通管理服务提高太空态势感知数据互操作性、实现更大程度太空态势感知数据共享的工具” [6-8]。拜登政府基本继承了特朗普政府的航天政策[5]，为太空商务办公室提供了大量资源支持，以保证TraCSS项目可以按期顺利实施。据太空商务办公室发布的信息，TraCSS项目发展历程如表1 所示。
表 1 TraCSS项目发展历程Table 1 Development history of TraCSS Project |
| 序号 | 时间 | 事件 |
| 1 | 2020年8月20日 | 美国国家公共管理学院（NAPA）发布《太空交通管理：太空交通管理职能转移的可行性、预期有效性和资金 影响评估》，指出“太空商务办公室最适合执行非军事太空态势感知和太空交通管理任务”[9] |
| 2 | 2020年10月27日 | 太空商务办公室就SPD-3提出的开放式架构数据库（OADR）的设计、开发、运营和治理征求行业和相关 部门意见[10]。OADR项目即为TraCSS项目前身 |
| 3 | 2021年4月28日 | 2021 年美《综合拨款法案》[11]指示太空商务办公室开展OADR试点计划并进行技术演示。在外空委科学与 技术小组第58届会议上，太空商务办公室正式介绍OADR设计[12] |
| 4 | 2022年2月16日 | NOAA针对“空间物体商业数据”发布信息邀请书，向商业太空态势感知服务商征集有关数据产品、服务和功能 的信息，以支持开发用于商业太空态势感知的OADR。 [13] |
| 5 | 2022年7月8日 | 太空商务办公室针对“太空态势感知数据和增值服务的需求以及责任范围”发布信息邀请书 ,包括：（1）航天器 运营人员对数据、产品和服务的需求；（2）数据、产品和服务的使用范围和使用权获取方式；（3）讨论 《航天器运营商和私营实体法律责任框架》[14] |
| 6 | 2022年12月5日 | 国家海洋和大气管理局（NOAA）与7家商业航天公司签订太空交通协调试点项目合同，采购商业态势感知分析 数据，以支持实时的民用太空安全服务，包括卫星跟踪、安全分析、异常检测和告警[2] |
| 7 | 2023年1月26日 | 太空商务办公室针对“民用太空态势感知服务范围”发布信息邀请书，正式提出TraCSS项目，拟向所有运营商 提供基本的太空态势感知安全服务（包括交会分析和预警通知）[3] |
| 8 | 2023年4月12日 | 太空商务办公室首次发布TraCSS介绍视频，简述TraCSS拟提供的安全服务、发展目标、系统协同关系等[15] |
| 9 | 2023年7月28日 | 太空商务办公室第二次发布TraCSS介绍视频，阐述TraCSS三个建设阶段，依次为：（1）集成太空态势感知商业 数据和服务；（2）与联邦航空局（FAA）共同完成发射阶段的碰撞规避筛查；（3）完成再入管理与评估、 推进主要基础设施采购、更新并完善基础服务[16] |
| 10 | 2023年12月19日 | 太空商务办公室第三次发布TraCSS介绍视频，说明TraCSS拟提供的太空态势感知数据格式、数据类型[17] |
| 11 | 2024年1月19日 | 太空商务办公室启动TraCSS探路者项目，与COMSPOC、LeoLabs、Slingshot Aerospace等3家商业航天公司 开展合作，尝试融合低轨商业太空态势感知数据，并评估商业太空态势感知能力[18] |
| 12 | 2024年1月31日 | 太空商务办公室与SpaceX签订一项关于自动防撞和卫星交会评估筛选相关技术的合作研发协议，帮助太空 商务办公室拥有在轨活动冲突协调、拥挤轨道环境管理的能力[19] |
| 13 | 2024年2月29日 | 为支持TraCSS探路者项目，太空商务办公室与Kayhan Space、SpaceNav等2家商业航天公司开展合作， 由其为TraCSS提供太空态势感知数据质量监控服务[20] |
| 14 | 2024年3月18日 | 国家海洋和大气管理局与Parsons Corporation商业公司签订合同，由其为TraCSS提供系统集成和云管理服务[21] |
| 15 | 2024年4月3日 | 太空商务办公室举行关于“空间数据标准和格式——交会数据信息”的线上听证会。交会数据信息（CDM） 是TraCSS为在轨近距离交会安全服务提供的主要产品，拟采用空间数据系统咨询委员（CCSDS） 导航工作组的CCSDS CDM 508.0-B-1[22] |
| 16 | 2024年5月9日 | 太空商务办公室举行关于“空间数据标准和格式——轨道综合信息”的线上听证会。TraCSS拟定使用 CCSDS 502.0-B-3轨道综合电文信息（OCM）数据标准来获取卫星星历、机动数据和其他相关信息[23] |
| 17 | 2024年6月25日 | 太空商务办公室发布《太空工业技术标准纲要》，包含关于太空态势感知和太空交通协调相关标准[24] |
| 18 | 2024年7月9日 | 太空商务办公室举行关于TraCSS的“拟议用户协议和数据共享政策”听证会[25] |
| 19 | 2024年8月24日 | 太空商务办公室发布《全球太空态势感知协调（SSA）》介绍“未来将有一个全球协调的SSA 供应商系统”的全球愿景[26] |
| 20 | 2024年9月25日 | 太空商务办公室发布TraCSS新的探路者项目，与5家商业公司 运营商提供的数据生成的星历表的有效性[27] |
| 21 | 2024年9月30日 | NOAA宣布TraCSS阶段1.0开始向参与内测的9个卫星运营商 网站分发给参与内测的运营商[4] |
| 22 | 2024年10月16日 | 太空商务办公室在2024国际宇航会议上发表论文，比较欧洲联盟空间监测与跟踪（EU SST）和美国交通 协调系统（TraCSS）在提供空间态势感知服务方面的差异与共性[28] |
| 23 | 2024年11月13日 | 太空商务办公室举行关于“更新TraCSS共享政策”的听证会，发布最新的TraCSS《数据和信息政策》草案[29] |
| 24 | 2024年11月25日 | NOAA授予Slingshot Aerospace商业公司关于TraCSS展示层建设的合同，由其提供网站和用户界面[30] |
本文根据美国太空商务办公室发布的项目信息以及相关开源论文等，梳理分析系统建设路径、框架设计及系统各组件功能，为我国太空交通管理系统的框架设计和发展路径等提供参考。
1 项目基本情况
1.1 原型系统设计
SPD-3中指出，美国需建立一个开放式的太空态势感知数据库架构，即OADR（Open Architecture Data Repository）。除国防部公开发布的部分太空态势感知基础数据，还将民用、商业、国际和其他可用数据进行整合，以促进与卫星运营商开展更多的数据共享，并发展商业化的加强型太空安全服务[6]。如图2 所示，开放式架构数据库是太空态势感知数据（如观测值、状态矢量、星历、机动计划等）以及安全服务存储和运行的实体，具有以下特征：（1）数据完整性校验，确保数据的有效性和可用性；（2）数据标准校验，确保不同来源数据的质量，提高数据加工、分析结果的准确度和可信度；（3）专有或敏感数据保护措施，确保国家安全；（4）融合卫星所有者/运营商（O/O）星历信息，提高太空态势感知数据的灵活度和丰富度；（5）数据格式标准化，支持数据利用和应用开发[12]。
OADR采用了基于Kubernetes的容器云微服务架构，实现了数据获取和存储、轨道数据生成、交会筛选、近距离交会展示和评估以及近距离交会处置等功能。OADR使用2021年4月至5月的美国国防部数据进行了测试，处理了约27000 个对象的轨道数据，并识别了12个特殊事件进行额外分析和筛选，其处理结果与美国国防部的结果相匹配，并得到了NASA交会评估和风险分析（CARA）程序的验证[8]。
1.2 系统内部设计
1.2.1 数据生成产品过程
TraCSS应包括数据层、产品层和展示层，其中展示层为网页展示和用户体验页面，数据层和产品层是TraCSS的核心。根据太空商务办公室在第58届联合国和平利用外层空间委员会科学技术小组会议中关于开放式架构数据库组件的汇报，可推测TraCSS中的太空态势感知数据转化为太空安全产品服务的过程如图3 所示[12]。
1.2.2 基于云的容器化服务架构
美国航空航天公司（Aerospace）的Mark Skinner博士构建了基于云的容器化服务架构的开放式架构数据库原型系统，如图4 所示，可作为TraCSS实现的参考。该架构融合政府数据、商业太空态势感知数据，实现数据采集和存储、星历生成、碰撞预警筛查、交会事件展示和评估以及交会信息通报等功能[8]。
该架构采用服务模块化的思想，共包括5层服务：第5层为基础设施层，提供第1~4层服务所需的云平台基础；第4层为软件层，提供第1至3层所需的基础软件工具研发和运行；第3层为数据层，负责数据管理，并为第2层提供数据访问支持；第2层为交会分析和应用层，为该架构的核心能力支撑层，提供基础安全服务和其他未来可能具备的进阶服务；第1层为展示层，为用户提供可供访问和使用的安全服务产品。
1.3 系统交互设计
TraCSS采用基于云的容器化微服务架构，整合多方太空态势感知数据，提供多种太空安全服务，交互设计如图5 所示。
2 系统实施阶段划分
TraCSS项目发展目标包括：（1）减轻美国国防部对不断发展的全球商业航天产业的太空态势感知监测职责；（2）提供基础的太空态势感知安全服务，以促进更安全的太空活动；（3）系统将最大限度依赖商业太空态势感知供应商，鼓励美国商业太空态势感知能力发展；（4）建立并维护一个在轨空间物体存储数据库，该存储数据库用于支撑所有基础太空态势感知服务，并用于国际协调；（5）开展促进太空态势感知技术的研发活动；（6）推广全球太空态势感知数据标准和最佳实践。
为实现以上目标，TraCSS分阶段研发，在每个阶段将集成更多的商业太空态势感知数据和服务。TraCSS项目提供的基础服务包括3个阶段：第一阶段为在轨阶段服务，具备在轨阶段避碰计算、生成交会数据信息的能力；第二阶段为发射阶段服务，主要提供发射碰撞规避筛查服务；第三阶段为再入阶段，具备再入管理和风险评估的能力。TraCSS项目第一阶段工作规划[15]如图6 所示，具体划分为5个子阶段：
阶段1.0：完成平台建设，获取国防部空间物体编目数据、生成对外发布的轨道数据并进行碰撞评估初筛，融合商业太空态势感知数据后再次进行碰撞评估筛查，生成交会数据信息并推送至卫星所有者/运营商。
阶段1.1：针对内部测试结果，修复系统已有的漏洞并完善设计。
阶段1.2：在原有的服务基础上开展数据完整性监测，对第二次碰撞评估筛查后的结果进行数据质量检查。
阶段1.3：在碰撞评估筛查后对交会数据信息中的数据质量进行检查，生成次要目标的太空态势感知任务规划列表，并将其通知给近距离交会事件中次要目标的所有者/运营商，由其提供次要目标星历数据后，进行碰撞评估筛查并生成最终交会数据信息发送给卫星所有者/运营商；构建针对卫星所有者/运营商的用户界面。
阶段1.4：正式上线在轨交会分析功能，解除国防部对商业太空活动的交会分析职责；构建针对公众的用户界面。
其中，阶段1.3值得重点关注，体现了TraCSS的自动化协调功能，可看作系统建设的核心阶段。在该阶段，系统在融合国防部编目和商业太空态势感知数据进行两次碰撞评估的基础上，首先检查交会评估事件中的碰撞概率、星历、跟踪数据的质量；其次，对事件中的次要目标进行太空态势感知任务规划、形成任务列表，通知次要目标所有者/运营商并要求其提供次要目标星历；最后，融合多方数据后再次进行碰撞评估以生成最终产品。在该阶段，TraCSS通过数据质量检查、任务规划协调、扩展数据源，进一步提高了交会数据信息的准确度、可信度，降低碰撞筛查的虚警率，推动商业航天在轨运营实现降本增效。
通过建设TraCSS，美国推动了太空交通管理职能由美国防部到美商务部的转移，由太空商务办公室向民用和商业卫星所有者/运营商（0/0）提供基本的太空态势感知数据和安全服务，一是满足美国政府在太空安全、稳定和可持续发展方面的核心利益，提高在太空领域美国商业航天的领导地位；二是提供基础太空态势感知安全服务有助于美国经济发展和维护国家安全；三是有助于协调太空中对轨道的需求矛盾，并有效管理太空态势感知服务。
3 项目特色
3.1 设计开放式架构数据库
开放式架构数据库的优势及关键特征包括以下4点：一是实现美国多方太空数据融合，扩展数据源，实现专有或敏感数据（包括国家安全信息）保护，提升数据质量，建立标准化格式；二是提高太空态势感知服务准确性和灵活性，融入商业太空态势感知服务提供商和卫星所有者/运营商的数据，将星历数据（包括轨道机动计划）与现有的仅由国防部提供的非合作跟踪数据结合；三是推进太空态势感知安全服务商业化和太空交通管理服务分级，使国防部可聚焦于国家安全；四是促进太空态势感知商业化发展和国际合作，由商务部负责管理，鼓励和促进美国太空态势感知、太空交通管理等方面的商业领导地位，在国际上推广数据标准和信息共享。
3.2 采用容器云微服务架构
TraCSS采用容器云服务架构，具备以下优点：一是具有较强可扩展性，允许系统根据需要添加更多的服务器和容器化软件，扩展处理更多系统功能、服务、数据源和用户，整合来自不同来源的数据和商业太空态势感知/太空交通管理服务。二是避免软件单一垄断，该架构可接纳符合行业标准的开源软件，避免系统被限制在特定的软件供应商或技术实现上，从而提供了更大的灵活性和选择自由。三是透明度和安全性高，可检测和保护潜在的安全漏洞，保护敏感的太空交通管理数据。四是实现服务模块化，微服务架构允许系统功能被分解为小的、独立的服务，这些服务可以独立开发、部署和扩展，允许不同的供应商为不同的层或服务提供解决方案，为系统建设提供了极大灵活性。
3.3 “公私合作”的项目管理模式
科学的项目管理为美国航天经费高效使用的良好保障，通过引入多家公司竞争、强调阶段评审、重视风险管控的项目管理办法，提高项目执行效率和资金使用效率。例如，NASA在商业轨道运输服务（COTS）计划中，给SpaceX等公司在预研、检验生产、飞行展示三个阶段内规定了多个“里程碑”指标，须达到相应指标才会支付合作方对应经费；在通信服务（CSP）计划中，强调6家获得合同的公司都必须在2025年之前完成技术开发和太空演示，以证明其方案具有成本效益和可靠性，避免项目延期或方案失败。太空商务办公室在建设TraCSS时依然采取政府主导、商业主建的“公私合作”模式，同样采用分阶段实施检验、多供应商竞争参与等项目管理办法，并且设置了多个先行的“探路者”项目，以研究太空活动冲突消解、系统集成和云管理服务建设、太空态势感知数据质量监控等技术，保证TraCSS可以如期具备信息服务能力。
4 影响分析
4.1 迁移Space-track服务，解除国防部太空交通管理负担
TraCSS项目作为美国开展太空交通协调工作[31]的核心，预计于2025年底完成Space-track到TraCSS的太空态势感知服务迁移。目前，美国主要通过Space-track向卫星所有者/运营商提供太空态势感知服务和信息，包括发射前评估、早期段支持、交会评估、碰撞规避、离轨支持等，由第18太空防卫中队提供太空态势感知数据共享和服务支持，由第19太空防卫中队承担交会评估、碰撞规避等任务。与Space-track相比，TraCSS优势包括以下3点：一是整合多方太空态势感知数据，增强太空态势感知基础服务；二是采用基于云的微服务架构，具备更高的自动化水平和数据处理能力；三是数据融合和信息共享方面开放性更强，为未来更广泛的国际合作奠定基础。但是，TraCSS的稳定性还有待实践检验，卫星所有者/运营商需逐步熟悉TraCSS的服务流程，并对CDM数据质量进行评估对比。未来，国防部将择机停止Space-track服务，专注于维护进入空间和行动自由，由商务部履行太空交通管理职能。
4.2 促进美国国内数据融合，建立国际数据共享通道
TraCSS项目制定了一系列数据完整性检测措施和隐私性保护措施，并规范了数据质量和格式标准，整合了来自美国政府机构、商业企业和学术界的多方太空态势感知数据，打破了以往数据孤岛的限制，提升太空态势感知信息的全面性、准确性。同时，与以国防部为主导的Space-track不同的是，TraCSS是一个以商务部为主导的非军事太空态势感知系统，在国防部权威编目的基础上，通过引入标准化数据格式和传输协议、星历数据质量检查等环节，在保证太空活动协调的即时性和科学性的基础上，降低太空安全服务的军事色彩，促进美国与其他国家在太空态势感知领域的合作与共享，推动太空交通管理的国际协调工作。
4.3 推动国际太空交通管理实践，主导国际规则制定
由于外层空间没有主权属性且太空活动难以监管，太空事件难以溯源，一个国家单独发展太空交通管理是不现实的，其必然是一个国际合作的过程。完备的太空态势感知服务是开展国际太空交通协调的前提和基础，TraCSS项目的实施为各国构建太空交通管理系统、建立技术标准提供参考。但是，美国一贯主张“美国优先”的太空发展战略，其目标始终是达到和巩固美国在太空的领导地位。正如《外空防务战略》所指出的，“与盟友、合作伙伴和其他美国政府部门和机构一道， 推动有利的外空行为标准和规范”[32]。美国借助TraCSS项目的技术优势，可利用美国国内标准和最佳做法影响和塑造国际规则制定[33]，正如SPD-3所要求，“为维护美国在太空的领导地位，必须开发一条太空交通管理新路径来应对当前和未来的运行风险”[34-35]。未来，太空交通管理这一新兴议题可能将融入美国化、单边主导的进程，进一步削弱中俄的外空话语权。
5 对我国的启示
太空交通管理概念萌芽于20世纪60年代，国际社会产生了对航天器及其行为进行约束的提法，以1982年捷克斯洛伐克学者Lubos Perek正式提出“太空交通管理”一词为标志，其内容涉及发展权、资源利用权、话语权、自主权，其规则制定取决于国家的硬实力和软实力[36-37]。在巨型星座快速发展、近距离交会事件频发的当下，发展太空交通管理是保障太空系统稳定有序运行、维护国家太空安全、支撑太空领域战略博弈的需要，也是解决我国太空数据分散、商业航天多部门管理、国际太空活动协调渠道不明朗等问题的切入点。目前，我国已初步具备开展太空交通管理所需的基础设施支持，但是在对外提供产品和服务的过程中，数据标准、数据融合、信息智能化处理上仍存在较大差距。为尽快推动我国太空交通管理发展，研提以下启示建议。
5.1 着眼顶层设计，完善太空交通管理机构设置与规则体系
美国在太空交通协调方面的机构设置与规则做法为其他航天国家提供了重要参考，一是考虑太空交通协调的非军事属性，迅速评估并确定商务部下属的太空商务办公室为太空交通协调的执行部门；二是考虑太空交通管理领域涵盖航天发射、在轨活动监管、离轨再入管理等多个任务领域，美国将其任务要素融合至现有的国内空间法体系中，并针对法规空白点（例如碰撞规避协调、星历数据质量规范等）制定最佳实践，实现对商业航天公司进行“软规范”。
我国可以参考美国相关经验做法推进我国太空交通管理工作实践，一是尽快明确我国的太空交通管理机构，专责太空活动监管与太空事件协调。该机构应具备跨部门的协调能力，确保政策的一致性和执行的高效性。二是尽快建立碰撞预警协调、轨道机动安全复核、离轨再入管理等太空交通管理相关的标准程序，并加快推动国内的推广实践。三是要进行宏观引导，促进国内形成太空交通管理共识，推动太空交通管理规则体系建设。四是积极参与国际太空交通管理法规的制定，通过与其他国家和国际组织的太空态势感知合作，提升我国在国际太空交通管理的影响力和话语权。
5.2 聚焦太空数据，推进数据质量管理与服务产品生成
SPD-3确立了建设“开放式架构数据库”的目标，利用公开、可靠的太空数据为太空参与者构建了进行太空交通协调的良好平台。TraCSS项目正是基于美国国防部的权威编目基础，在统一数据标准和格式的基础上，有效融合美国军方、民用和商业太空态势感知数据，以及航天器所有者/运营商提供的轨道数据，实现了更大程度的太空态势感知数据共享。
我国同样面临太空数据分散、数据标准杂乱、交互渠道不畅、太空安全服务碎片化的问题，可考虑参照国内外研究成果和实践经验，持续推进太空数据规范化工作，以开展太空交通管理系统框架、产品和服务规划，为我国开展太空交通管理工作提供技术支撑。一是设计统一的数据格式标准和交互协议，提高数据完备性、及时性、正确性，为数据交互、数据融合提供支撑，保障数据产品生成质量；二是设计合理的数据库架构，深度融合多类型太空数据，实现掌握我国太空资产的底数、监管太空资产全寿命全过程关键状态，保障太空活动安全性、合规性；三是实施数据分类分级管控，建立数据保护能力架构，对数据进行分级标识和授权访问管理，确保数据利用过程的安全合规，保护我国太空领域数字资产安全；四是尽早开展太空交通管理系统建设，及时引入人工智能、数字孪生等新兴技术，为我国航天运营商提供太空安全服务产品，并提供辅助决策支撑；四是提供统一的太空交通管理服务接口，实现向商业航天和国际社会提供安全服务，提供太空活动协调渠道，提升我国太空安全综合治理效能。
5.3 面向商业航天，鼓励参与太空交通管理生态建设
美国采取了一系列措施促进商业航天发展，并鼓励商业航天参与到太空交通管理工作中，一是建立航天利益相关者的行业自律模式，在最大化航天产业利益的同时，确保商业航天企业在频率使用、发射、在轨运营和空间碎片减缓等方面遵守法规；二是按照“制定国内政策−孵化国内实践−引导国际规则”[35]的外空策略迭代流程，在太空交通管理领域自下而上形成了一套可实施且操作性较强的规则体系，可能对塑造太空安全国际规则产生影响。
近年，我国商业航天也进入了蓬勃发展期，但是相关的太空活动监管以及太空安全服务还有待加强，发展太空交通管理既是保护商业航天活动安全，也是引领商业航天产业健康发展，可从以下几方面开展相关工作：一是完善商业航天活动监管，尽早迭代形成航天器在轨运营规范，以提供航天器安全服务为依托，推广规范以形成商业航天对太空交通管理的共识；二是鼓励商业航天扩大业务版图，在符合相关法规的基础上，研究设计太空交通管理盈利模式，进一步激发商业航天市场活力和创新动力；三是激励商业航天开展太空交通管理技术研究，针对太空态势感知、太空数据质量评估、太空安全服务产品生成等薄弱项，与科研院所、高校等开展合作创新，提升我国太空交通管理的技术水平，促进我国在太空交通管理领域的竞争力和影响力。