（高清版）GBT 43224-2023 運(yùn)載火箭軌道級(jí)處置詳細(xì)要求

49.140運(yùn)載火箭軌道級(jí)處置詳細(xì)要求2023-09-07發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局1GB/T43224—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定度為非等效。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：上海宇航系統(tǒng)工程研究所。ⅡGB/T43224—2023運(yùn)載火箭軌道級(jí)及其在軌解體、與其他太空物體碰撞產(chǎn)生的碎片是目前空間碎片的主要來(lái)源之一。因此，有必要對(duì)運(yùn)載火箭軌道級(jí)的處置設(shè)計(jì)和實(shí)施提出嚴(yán)格要求，起到減少操作性碎片數(shù)量、降低自身在軌解體可能性、縮短運(yùn)載火箭軌道級(jí)在地球受保護(hù)太空區(qū)域停留時(shí)間的作用，從而減小與其他太空物體發(fā)生碰撞的概率、減緩空間碎片增長(zhǎng)的趨勢(shì)。同時(shí)，運(yùn)載火箭軌道級(jí)及其碎片再入大氣層時(shí)，對(duì)地球表面人員、財(cái)產(chǎn)和空中飛行器構(gòu)成一定威脅。因此，需對(duì)其涉及再入大氣層的設(shè)計(jì)與實(shí)施明確相關(guān)要求。為此，本文件參考ISO20893:2021中的運(yùn)載火箭軌道級(jí)離軌、再入方面內(nèi)容，并結(jié)合我國(guó)國(guó)情和國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)，提出離軌和再入兩方面的設(shè)計(jì)和實(shí)施詳細(xì)要求，規(guī)范相關(guān)工作，以此作為運(yùn)載火箭軌道1運(yùn)載火箭軌道級(jí)處置詳細(xì)要求本文件規(guī)定了運(yùn)載火箭軌道級(jí)(以下簡(jiǎn)稱“軌道級(jí)”)離軌與再人兩方面處置活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的原2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T32295—2015運(yùn)載火箭剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)要求GB/T34513空間碎片減緩要求GB/T38194—2019運(yùn)載火箭操作性碎片減緩設(shè)計(jì)要求3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T34513界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。軌道級(jí)完成處置機(jī)動(dòng)后所停留的軌道。衰減軌道decayorbit導(dǎo)致軌道級(jí)再人大氣層的軌道。軌道級(jí)處置設(shè)計(jì)與實(shí)施一般遵循以下原則：a)不影響運(yùn)載火箭既定任務(wù)的可靠性和安全性，或者經(jīng)評(píng)估帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)可以接受；b)與GB/T34513中關(guān)于從受保護(hù)區(qū)撤離的內(nèi)容不沖突；2GB/T43224—2023c)處置方案簡(jiǎn)單可靠，新技術(shù)驗(yàn)證充分。5處置規(guī)劃5.1航天器與運(yùn)載火箭雙方協(xié)調(diào)在航天器工程論證之初，航天器與運(yùn)載火箭雙方開展協(xié)調(diào)工作的要求如下：a)應(yīng)針對(duì)軌道級(jí)軌道壽命和再入傷亡風(fēng)險(xiǎn)約束條件，運(yùn)載火箭方與航天器方協(xié)調(diào)商定發(fā)射軌道的入軌和分離條件，使得軌道級(jí)處置能夠滿足要求；b)運(yùn)載火箭方應(yīng)擬定并向航天器方提供軌道級(jí)處置可選方案；c)對(duì)于無(wú)法滿足處置要求的發(fā)射軌道，運(yùn)載火箭與航天器雙方應(yīng)優(yōu)先探索替代方案以改善處置軌道初始條件。注1:若航天器計(jì)劃在入軌后實(shí)施明顯推進(jìn)機(jī)動(dòng)(比如軌道爬升、軌道傾角改變、漂移率改變等),入軌替代方案能夠獲得等效結(jié)果。比如，航天器在進(jìn)入最終軌道所需的速度增量不變前提下，權(quán)衡轉(zhuǎn)移軌道的軌道傾角和近地點(diǎn)高度。另外，對(duì)于執(zhí)行低地球軌道(LEO)任務(wù)但無(wú)法滿足25年軌道壽命要求的軌道級(jí)，通過(guò)降低發(fā)射軌道的高度或近地點(diǎn)高度，航天器隨后變軌至最終軌道也是一種可行方案。此類協(xié)調(diào)能夠形成雙贏的解決方案。注2:若軌道級(jí)處置軌道為大橢圓，協(xié)調(diào)合適的升交點(diǎn)赤經(jīng)，借助日月引力攝動(dòng)能夠顯著改變其近地點(diǎn)高度。d)對(duì)于搭載情況，航天器搭載方與運(yùn)載火箭方應(yīng)根據(jù)搭載航天器軌道需求、離軌能力和軌道級(jí)處置特性，協(xié)調(diào)軌道級(jí)處置方案與搭載器的兼容性。軌道級(jí)完成既定任務(wù)后，若停留或周期性穿越GB/T34513規(guī)定的LEO或地球靜止軌道(GEO)受a)應(yīng)優(yōu)先采取安全回收或以受控主動(dòng)離軌方式直接再人到地球表面安全區(qū)域，確保再人引起的傷亡概率不大于10-*;注1:導(dǎo)致人員傷亡的碎片動(dòng)能下限值一般取15J。b)對(duì)于近地點(diǎn)軌道高度不超過(guò)2000km、不具備安全回收或受控再入能力且隨機(jī)再人傷亡概率不大于10-“的軌道級(jí)，其軌道壽命不應(yīng)超過(guò)25年限制，應(yīng)優(yōu)先通過(guò)離軌縮短其軌道壽命并完注2:ISO24113:2019已刪除將軌道級(jí)抬升至2000km以上高度的方案。注3:通常，處置后的軌道級(jí)初始衰減軌道選擇橢圓軌道比近圓軌道需要更少能量。注4:軌道級(jí)軌道壽命起算點(diǎn)以既定任務(wù)結(jié)束時(shí)刻為準(zhǔn)，后續(xù)離軌機(jī)動(dòng)、周期性飛出受保護(hù)區(qū)時(shí)段均算人軌道壽命。c)對(duì)于近地點(diǎn)軌道高度不超過(guò)2000km、軌道壽命不超過(guò)25年且隨機(jī)再入傷亡概率不大于注5:滿足軌道壽命要求的軌道級(jí)對(duì)應(yīng)的平均軌道高度一般低于600km。d)對(duì)于近地點(diǎn)軌道高度超過(guò)2000km的軌道級(jí)，應(yīng)采取變軌措施，改變近地點(diǎn)或遠(yuǎn)地點(diǎn)高度，確保其處置軌道至少100年內(nèi)不再進(jìn)入LEO和GEO受保護(hù)區(qū)域并完成鈍化。注6:將軌道級(jí)變軌至地球逃逸軌道是一種備選方案。注7:100年起止時(shí)刻從軌道級(jí)變軌機(jī)動(dòng)完成開始，直至其軌道第一次進(jìn)入受保護(hù)區(qū)域。5.3處置大綱制定處置大綱的階段和內(nèi)容要求如下：3處置大綱；b)處置大綱應(yīng)針對(duì)離軌、再入處置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證和效果評(píng)估工作制定的詳細(xì)要求和計(jì)5.3.2離軌處置計(jì)劃離軌處置計(jì)劃應(yīng)包括以下方面。a)成功離軌概率及其置信水平。b)器箭分離時(shí)軌道級(jí)的標(biāo)稱軌道參數(shù)。c)軌道級(jí)所選處置方法描述(安全回收、受控再入、無(wú)控再入、進(jìn)入處置軌道)以及支撐性背景信息。d)軌道級(jí)處置軌道的彈道特性細(xì)節(jié)，其中，需考慮分離干擾和鈍化影響。e)成功完成軌道級(jí)處置所需的各系統(tǒng)特性和能力。f)對(duì)軌道級(jí)處置或變軌機(jī)動(dòng)所需的推進(jìn)劑、電源、控制能力和通信的估計(jì)及其散布。g)針對(duì)剩余推進(jìn)劑不夠或處置功能失效制定應(yīng)急方案，并提供相應(yīng)依據(jù)、后果以及軌道級(jí)的最終狀態(tài)。h)優(yōu)先按以下選項(xiàng)制定應(yīng)急方案：1)選擇一條軌道壽命盡量短的衰減軌道；2)選擇一條與受保護(hù)區(qū)域未來(lái)發(fā)生干涉概率盡量小的處置軌道。針對(duì)停留或穿越LEO受保護(hù)區(qū)域的情況，再入處置計(jì)劃應(yīng)包括以下方面。a)再入傷亡風(fēng)險(xiǎn)及其置信水平。b)事先設(shè)定受控再入的實(shí)施條件，比如推進(jìn)劑余量下限值，離軌動(dòng)力是否正常等。受控再入前，箭機(jī)自主判斷是否滿足受控再入條件。一旦條件不滿足，則取消再入機(jī)動(dòng)，改為實(shí)施降軌和鈍化操作。c)若選擇受控再入，考慮散布情況下，確定軌道級(jí)再入和碎片墜落點(diǎn)所在地理區(qū)域以及相關(guān)的傷亡風(fēng)險(xiǎn)。d)若選擇受控再入，制定處置和再入行動(dòng)時(shí)序，需提前通知的個(gè)體和(或)實(shí)體清單及其通知時(shí)間。5.3.4成功處置概率結(jié)合推進(jìn)劑剩余量、電源、可控性、冗余損失等因素計(jì)算得到的軌道級(jí)成功處置概率不應(yīng)低于GB/T34513中的相應(yīng)要求值。6離軌詳細(xì)要求在姿態(tài)可控的前提下，軌道級(jí)主動(dòng)離軌所用動(dòng)力按以下要求選擇：4GB/T43224—2023a)對(duì)于既定任務(wù)結(jié)束后主發(fā)動(dòng)機(jī)具備再次點(diǎn)火條件的軌道級(jí)，應(yīng)采用其主發(fā)動(dòng)機(jī)再次工作的方式實(shí)施主動(dòng)離軌；b)對(duì)于既定任務(wù)結(jié)束后主發(fā)動(dòng)機(jī)不具備再次點(diǎn)火條件，但輔助推力器仍能工作的軌道級(jí)，應(yīng)采用其姿控正推推力器工作的方式實(shí)施主動(dòng)離軌；c)對(duì)于既定任務(wù)結(jié)束后主發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助推力器均不能工作的軌道級(jí)，應(yīng)優(yōu)先采用剩余液體推進(jìn)劑排放、高壓氣體排放等方式或幾種方式組合實(shí)施主動(dòng)離軌。軌道級(jí)被動(dòng)離軌所用動(dòng)力一般按照離軌措施的難易程度作以下分類：a)不借助任何自身裝置或外部設(shè)備，僅調(diào)整合適的軌道參數(shù)，利用日月攝動(dòng)等實(shí)現(xiàn)離軌；b)借助充氣增阻裝置、太陽(yáng)帆、電動(dòng)繩系等自身增設(shè)裝置實(shí)現(xiàn)離軌；軌道級(jí)離軌處置時(shí)機(jī)應(yīng)按以下要求選擇。a)對(duì)于主動(dòng)離軌方案，其離軌動(dòng)作選擇離軌效果最佳的軌道位置實(shí)施離軌；對(duì)于具備多次點(diǎn)火能力但推力較小的軌道級(jí)，優(yōu)先采用多次點(diǎn)火的方式增強(qiáng)離軌效果。b)對(duì)于被動(dòng)離軌方案，在不影響航天器正常在軌運(yùn)行的前提下，盡快實(shí)施離軌，確保離軌動(dòng)作的針對(duì)軌道級(jí)主動(dòng)離軌，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的開關(guān)機(jī)方式，確保開關(guān)機(jī)信號(hào)離軌處置飛行程序要求一般包括以下內(nèi)容。a)軌道級(jí)應(yīng)在與航天器完全分離后開始執(zhí)行離軌飛行程序。b)優(yōu)化離軌姿態(tài)角和動(dòng)力工作起止時(shí)間，應(yīng)在確保不會(huì)污染、干擾或碰撞已入軌航天器的前提下，在器箭雙方協(xié)商確定的短期內(nèi)，盡量增大軌道級(jí)與航天器再次接近時(shí)的最小相對(duì)距離。對(duì)于LEO任務(wù)，再次接近的相對(duì)距離一般不小于400m。注：器箭雙方協(xié)商確定的短期一般是指從器箭分離開始，直至器箭相對(duì)距離變化趨勢(shì)穩(wěn)定。c)離軌程序需考慮箭體調(diào)姿范圍及其角速度、箭上能源、測(cè)控等因素的限制。應(yīng)對(duì)軌道級(jí)主動(dòng)離軌所采用動(dòng)力源的推進(jìn)劑進(jìn)行管理，確保主動(dòng)力或輔助動(dòng)力的再次或多次可靠對(duì)于不能受控主動(dòng)離軌直接再入的軌道級(jí)，應(yīng)根據(jù)以下要求完成相關(guān)鈍化措施。a)充分利用鈍化過(guò)程產(chǎn)生的速度增量，并選擇合適的箭體姿態(tài)增強(qiáng)離軌處置效果。b)根據(jù)GB/T32295—2015中5.1的要求確定推進(jìn)劑組元排放次序、推進(jìn)劑排放閥門開啟時(shí)刻。5c)根據(jù)GB/T38194—2019中5.2.2、6.2的要求完成剩余高壓氣體排放。d)電池耗盡要求如下：1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)程序評(píng)估電池安全余量，確保既定任務(wù)安全和任務(wù)后的處置順利實(shí)施；2)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電設(shè)計(jì)兩方面考慮電池內(nèi)部壓力的釋放途徑；3)軌道級(jí)優(yōu)先采取任務(wù)后不斷電策略，將電池耗盡。e)根據(jù)GB/T38194—2019中5.4和6.4的要求完成自毀裝置處置。對(duì)于采用主動(dòng)離軌的軌道級(jí)，應(yīng)根據(jù)GB/T32295—2015中5.3的要求對(duì)軌道級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)、姿控正推推力器、小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作以及剩余液體推進(jìn)劑排放形成的羽流進(jìn)行分析，明確離軌時(shí)與航天器的最小安全距離和方位，確保不影響航天器正常工作。6.3.4姿態(tài)控制離軌姿態(tài)控制分系統(tǒng)要求包括：a)對(duì)于具有三軸穩(wěn)定功能的軌道級(jí)，應(yīng)將火箭軌道級(jí)調(diào)整到預(yù)定姿態(tài)，保證火箭軌道級(jí)剩余推進(jìn)劑管理以及離軌整個(gè)過(guò)程中姿態(tài)的穩(wěn)定性；b)對(duì)于不具有三軸穩(wěn)定功能的軌道級(jí)，應(yīng)優(yōu)先通過(guò)自旋方式保證離軌時(shí)推力方向的穩(wěn)定性。軌道級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的箭上設(shè)備以配合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其離軌過(guò)程進(jìn)行跟蹤和效果評(píng)估。7再入詳細(xì)要求軌道級(jí)再入詳細(xì)要求如下：a)非重復(fù)使用軌道級(jí)的受控再入落點(diǎn)距離陸地應(yīng)不小于370km;b)盡量避免軌道級(jí)實(shí)施無(wú)控再入；c)非重復(fù)使用軌道級(jí)應(yīng)采用合適的材料和布局設(shè)計(jì)，盡可能使其殘骸在再入過(guò)程中燒蝕消亡。8效果評(píng)估在運(yùn)載火箭飛行試驗(yàn)任務(wù)結(jié)束后，運(yùn)載方應(yīng)結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選擇合適的軌道動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算軌道級(jí)的軌道壽命仿真和預(yù)報(bào)落區(qū)，完成對(duì)軌道級(jí)離軌效果的分析評(píng)估工作。9文檔記錄軌道級(jí)處置活動(dòng)完成后，應(yīng)對(duì)處置方案、處置大綱、處置活動(dòng)成功確認(rèn)、再人殘骸處理等相關(guān)結(jié)果完成文檔記錄。6GB/T43224—2023[1]ISO17546Spacesystems—Lithiumionbatteryforspacevehicles—Designandverificationrequire-ments[2]ISO20893:2021Spacesystems—Detailedspacedebrismitigationrevehic