2.3 天基探测
天基探测是指利用搭载在天基平台上的观测设备和探测器件对空间碎片进行探测，是微小空间碎片探测的有效方法。天基探测克服了地球大气的影响，可以工作在更高的信号频率上，能够对空间碎片，特别是地基系统所无法探测的中小尺度空间碎片进行“近距离”、高精度观测，此为其优点；主要缺点是受到体积、质量和功率等限制，成本高昂。
空间碎片的天基探测从测量形式上可以分为天基遥感探测、天基直接碰撞探测及回收航天器表面采样分析三种主要手段，其中天基遥感探测属于主动式探测方式，包括光学探测、雷达探测等方法；天基直接碰撞探测和回收航天器表面采样分析属于被动式的空间碎片探测，是早期天基探测的常见形式。被动的探测方法将设备暴露在空间环境中，一段时间后将其回收（或部分回收），通过分析航天器表面撞坑获得空间碎片的数据信息，例如美国发射的LDEF卫星、美国Hubble望远镜回收的太阳能电池板、美国航天飞机舷窗和散热器、ESA发射的EURECA平台、俄罗斯“礼炮号”空间站、日本的SFU等。
目前，毫米至厘米级空间碎片的观测始终是一个难点，对于地基观测而言，目标太过微小，而天基撞击探测装置又较难敏感到。对于直径小于几毫米的空间碎片颗粒，从轨道上进行有效的远程检测可能也不现实。但是，原地撞击技术能够有效地用于采集这类碎片，并表征碎片的尺寸和材料及轨道分布和动力学。目前这类利用撞击收集碎片的方法仍存在一些问题。首先，撞击探测器仅能够采集与其运行轨道相交的碎片；其次，实测环境的范围和数据的统计有效性取决于探测器总的暴露面积和暴露时间；最后，为了鉴别撞击颗粒的具体来源（空间碎片还是微流星），需要一些撞击颗粒速度矢量或成分的测量方法，并且也需要颗粒速度矢量的知识，以确定其撞击前的轨道参数。
对于天基空间碎片的感知，美国、欧洲和俄罗斯等均开展了一些研究计划。
美国为了实时、准确地跟踪空间更小、更远的目标，发展了天基空间目标监测系统。部署在低轨的天基监视系统（Space-based Space Surveillance，SBSS）和同步轨道上的深空成像系统（Orbit Deep Space Imager，ODSI）是其代表。2010年部署天基低轨空间监视系统，主要用于向联合空间操作中心（Joint Space Operations Center，JSPOC）提供目标位置、轨道机动和识别数据。2014年部署两颗GEO区域空间成像监测卫星GSSAP。2016年部署两颗GEO区域空间成像监测卫星GSSAP，2017年发射的小成本卫星纳入SBSS后续计划。ORS-5也被称为传感器卫星（SensorSat）[18]，由麻省理工学院的林肯实验室建造，用于近地轨道扫描地球同步轨道带，该系统采用可机动的卫星在GEO轨道区域的上下方漂移，对GEO轨道卫星进行拍照。计划中的两颗卫星已于2014年和2016年先后发射，于北京时间2017年8月26日14：04，ORS-5搭载Minotaur4火箭从卡纳维拉尔角空军基地SLC-46发射工位成功发射。未来，美国将继续推进完善其空间监测网。在天基观测方面，主要为新提出的地球同步太空态势感知（GSSAP）系统。根据2019年3月5日报道，美国空军太空态势感知技术验证星S5作为“猎鹰-9”火箭次级有效载荷，于9月21日发射升空进入地球静止轨道，验证低成本太空态势感知星座技术。美国天基观测信息来源主要包括空间监视网（SSN）、返回航天器表面、哈勃宇宙望远镜和航天飞机等[3]。
ESA于2008年投资4 560万欧元启动了由14个成员国参加的空间态势感知系统[19]。该系统由电磁篱笆和4台望远镜组成，建成后可对1 000 km轨道以下的物体进行监测，并提供空间搜索与跟踪数据处理、空间态势感知、近地天体数据及空间天气等相关服务。目前已跟踪编目的空间碎片超过17 000个。
俄罗斯目前已建成了由30套共100多台望远镜测站组成、遍及14个国家和地区的国际光学科学观测网（International Scientific Optical Network，ISON）[14]。该系统提供中高轨空间碎片跟踪观测和搜索发现、碎片编目及碎片特征探测、中高轨卫星的碰撞预警、运动模型及轨道演化、小行星跟踪观测和搜索发现等服务。该系统的全球布站特性很好地弥补了美国空间目标编目系统的空缺，目前已跟踪编目的空间碎片超过16 000个[15]。
除了ESA等科研机构，近年来，国外商业卫星公司迅猛发展，对空间目标的探测跟踪及空间态势感知的需求越来越强烈，也开始了相关研究。
在2009年，Inmarsat、Intelsat、SES和Eutelsat等多家商业卫星公司组织成立了空间数据协会（Space Data Association，SDA）[20]，提出采用参与者共享数据和分担运营成本的新模式进行空间目标监测及空间态势感知。同时，Com-Spoc公司在AGI公司的支持下还推出了空间数据信息的付费服务，目前该公司已在全球布设28台望远镜，获取了5 000多个空间物体轨道信息。可以预见，在微小卫星和商业航天迅速发展、空间目标撞击规避和空间碎片移除逐步规范化、法律化的将来，机构间数据共享、成本共担、协调合作的新模式必将成为主流。我国目前也已经完成空间碎片天基探测雷达可行性方案论证，并开展了天基直接探测的相关研究[16]。