每次火箭发射都会损耗数吨宝贵材料，并向大气中释放大量温室气体，以及消耗臭氧层的化学物质。现在，可持续领域与航天领域的科学家共同探讨了如何将减量化、重复利用、再循环原则应用于卫星及航天器——从设计制造、在轨维修到寿命终结后的功能重塑。相关研究12月2日发表于细胞出版社旗下期刊《化学-循环》。

“随着太空活动从卫星巨型星座到未来月球火星任务的加速推进，我们必须确保太空探索不重蹈地球上的覆辙。”英国萨里大学化学工程师、论文通讯作者金璇（音译）强调，“真正可持续的太空未来始于技术、材料与系统的协同运作。”

除了发射航天器对环境造成的冲击外，当航天器和卫星退役时，由于极少被回收或重新利用，更多材料会被损耗。目前绝大多数卫星或被移入“墓地轨道”，或成为可能干扰其他卫星运行的轨道碎片。

研究者指出，这些做法显然不可持续——尤其在近期商业航天发射激增的背景下。他们主张，必须转向发展循环式太空经济，即从设计层面确保材料与系统可实现重复使用、维修和再循环，以此保障太空领域的长期可持续发展。该研究强调，消费电子和汽车行业的相关经验或能为此提供宝贵洞见。

金璇表示：“我们的初衷是将循环经济理念引入太空领域——这一议题刻不容缓。循环经济思维正在重塑地球上的材料与制造业，却鲜少应用于卫星、火箭或太空栖息地。”

研究者认为，构建太空循环经济需从践行“3R”原则（减量化、重复利用、再循环）着手。在减量方面，应提升航天器与卫星的耐用性与可维修性；为减少发射频次，可将空间站改造为航天器燃料补给、在轨维修及卫星部件制造的太空枢纽。

他们呼吁，为实现航天器与空间站的重复利用和再循环，太空领域应投资研发软着陆系统，例如降落伞与安全气囊。但他们同时强调，由于航天器及卫星在严酷的太空环境中常会产生严重损耗，任何待重复使用的部件都必须通过严格的安全检测。专家们还呼吁积极开展轨道碎片回收工作——例如通过防护网与机械臂等手段，既能实现材料再循环，又可避免碎片碰撞进一步加剧太空垃圾问题。

研究者指出，数据分析和人工智能等数字技术对发展可持续太空实践至关重要。例如，分析航天器生成的数据不仅能优化设计规范，还能有效减少资源浪费。仿真建模也可降低对成本高昂、资源密集的实体测试依赖；而人工智能系统则能预防航天器与轨道碎片相撞。建立循环式太空经济将引发航天运营模式的根本性变革，因此必须从系统层面进行统筹规划，而非仅聚焦于孤立的组件与流程。

“我们需要从各个层面推动创新——从研发可在轨道上重复使用与再循环的材料、打造可升级而非报废的模块化航天器，到建立追踪硬件在太空环境老化情况的数据系统。”金璇说。

“但同样重要的是，我们需要通过国际合作和政策框架，鼓励地外空间的重复利用与资源回收。下一阶段的关键在于串联化学技术、工程设计和治理体系，将可持续性打造为太空探索的标准范式。”金璇说。

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.checir.2025.100001