(高清版)GBT 40536-2021 航天器剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)要求

ICS49.050CCSV72GB/T40536—2021航天器剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)要求國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T40536—2021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)定請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)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。1GB/T40536—2021航天器剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)要求1范圍本文件規(guī)定了航天器剩余推進(jìn)劑排放的設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)內(nèi)容和程序等一般設(shè)計(jì)要求、詳細(xì)設(shè)計(jì)要求等內(nèi)容。本文件適用于航天器的推進(jìn)劑及高壓氣體的主動(dòng)排放設(shè)計(jì)和被動(dòng)排放設(shè)計(jì)。航天器上其他工質(zhì)的排放設(shè)計(jì)可參照?qǐng)?zhí)行。2規(guī)范性引用文件GB/T34513—2017空間碎片減緩要求3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T34513—2017界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1主動(dòng)排放activeventing通過(guò)地面發(fā)送指令實(shí)施的推進(jìn)劑及高壓氣體排放。3.2被動(dòng)排放passiveventing航天器上推進(jìn)劑排放裝置在滿足一定的預(yù)設(shè)條件下自主進(jìn)行的推進(jìn)劑及高壓氣體排放。4一般設(shè)計(jì)要求4.1設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)一般包括：a)GB/T34513—2017中第6章的內(nèi)容；b)航天器研制任務(wù)要求；c)推進(jìn)分系統(tǒng)的研制任務(wù)要求；d)推進(jìn)分系統(tǒng)可靠性、安全性及環(huán)境條件相關(guān)要求等。4.2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下：a)剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)應(yīng)滿足GB/T34513—2017中6.2規(guī)定的技術(shù)要求；b)剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)應(yīng)從航天器方案階段開(kāi)始，貫穿于研制流程，直至在軌航天器排空后的效果評(píng)估，根據(jù)任務(wù)軌道的不同有針對(duì)性的開(kāi)展設(shè)計(jì)；c)剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮航天器系統(tǒng)的工程可實(shí)現(xiàn)性、經(jīng)濟(jì)有效性和技術(shù)先進(jìn)性；2GB/T40536—2021d)剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)不應(yīng)影響航天器在軌正常工作；e)剩余推進(jìn)劑排放路徑設(shè)計(jì)應(yīng)以可靠性和安全性為優(yōu)先原則，主動(dòng)排放路徑設(shè)計(jì)應(yīng)避免單點(diǎn)故障，確保有冗余通道排放，被動(dòng)排放路徑設(shè)計(jì)應(yīng)保證有2項(xiàng)或多項(xiàng)隔離措施，避免誤排放；f)剩余推進(jìn)劑排放時(shí)序設(shè)計(jì)合理，主動(dòng)排放時(shí)機(jī)應(yīng)在航天器任務(wù)終止并進(jìn)入處置軌道后進(jìn)行；當(dāng)剩余推進(jìn)劑較多時(shí)，應(yīng)分多次進(jìn)行排放；若雙組元或多組元推進(jìn)劑進(jìn)行單獨(dú)排放時(shí)，注意避免不同的推進(jìn)劑在航天器外相遇發(fā)生爆炸；范圍內(nèi)的推進(jìn)劑)體積小于貯箱容積的1%,高壓容器內(nèi)的壓力應(yīng)低于容器設(shè)計(jì)爆破壓力的40%;h)當(dāng)不能達(dá)到排空目標(biāo)時(shí)，應(yīng)滿足以下最低條件：1)不應(yīng)發(fā)生導(dǎo)致自燃的推進(jìn)劑混合泄漏；2)貯箱和高壓氣瓶的安全性設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)，能夠確保累積的壓力(包括溫度升高后可能發(fā)生的推進(jìn)劑放熱性分解情況)不大于可能導(dǎo)致貯箱和氣瓶爆炸的壓力。4.3設(shè)計(jì)內(nèi)容和程序4.3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。a)任務(wù)分析。b)剩余推進(jìn)劑排放方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證：1)排放方式設(shè)計(jì)(主動(dòng)排放或被動(dòng)排放);2)排放路徑設(shè)計(jì)(通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排放或通過(guò)推進(jìn)劑排放裝置排放);3)排放時(shí)機(jī)和排放流程設(shè)計(jì)；4)在軌監(jiān)測(cè)和效果評(píng)估方案設(shè)計(jì)；5)剩余推進(jìn)劑排放方案驗(yàn)證。c)推進(jìn)劑排放裝置設(shè)計(jì)與驗(yàn)證：適應(yīng)性);2)推進(jìn)劑排放裝置研制試驗(yàn)；3)推進(jìn)劑排放裝置極限工況驗(yàn)證。4.3.2設(shè)計(jì)程序如圖1所示。方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證推進(jìn)劑排放裝圖1剩余推進(jìn)劑排放設(shè)計(jì)程序3GB/T40536—20215詳細(xì)設(shè)計(jì)要求5.1任務(wù)分析任務(wù)分析應(yīng)考慮如下因素：可監(jiān)視區(qū)間等；b)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：需考慮推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于排放的影響，特別是采用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行排放時(shí)，包括推c)剩余推進(jìn)劑估算精度對(duì)于排空處置時(shí)機(jī)的影響：排空處置時(shí)機(jī)和具體流程是需要根據(jù)剩余推進(jìn)劑估算結(jié)果而定的，具體估算方法和精度可參考GB/T34523;d)排放實(shí)施操作過(guò)程對(duì)航天器的狀態(tài)要求：需要進(jìn)行剩余推進(jìn)劑排放的航天器通常都是處于壽命末期或發(fā)生嚴(yán)重故障，因此需要提出排空操作對(duì)航天器狀態(tài)的最低要求，包括測(cè)控能力、供5.2剩余推進(jìn)劑排放方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證剩余推進(jìn)劑排放方式可分為主動(dòng)排放方式和被動(dòng)排放方式。在航天器剩余推進(jìn)劑排放方案設(shè)計(jì)主動(dòng)排放方式是通過(guò)航天器遙控指令實(shí)施動(dòng)作，在一定時(shí)間內(nèi)使推進(jìn)劑按照設(shè)計(jì)路徑排放。主動(dòng)排放控制通常是在確認(rèn)航天器任務(wù)終止并完成處置機(jī)動(dòng)后進(jìn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下三點(diǎn)；a)主動(dòng)排放策略中要對(duì)排放引起的航天器軌道變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，確認(rèn)排放后的航天器軌道符合GB/T34513—2017中6.3的規(guī)定或任務(wù)要求；b)主動(dòng)排放策略中，應(yīng)給出避免排放導(dǎo)致航天器姿態(tài)失控的措施，以保證后續(xù)的處置操作能夠順利執(zhí)行；c)主動(dòng)排放過(guò)程中，應(yīng)監(jiān)測(cè)推進(jìn)劑貯箱的剩余量和高壓容器的壓力，并預(yù)估排放效果。被動(dòng)排放的目的是在航天器發(fā)生重大故障地面無(wú)法干預(yù)的情況下，當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)壓力超出設(shè)定的安全壓力或安全溫度范圍時(shí)，通過(guò)排放路徑排放出部分推進(jìn)劑或高壓氣體，以降低推進(jìn)系統(tǒng)壓力，保證航天器不會(huì)發(fā)生爆炸解體，避免產(chǎn)生空間碎片。被動(dòng)排放方式設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)從可靠性著手，避免誤排放。例如設(shè)置2道以上的排放禁止功能，或者以航天器正常狀態(tài)下的某個(gè)參數(shù)(如供電電壓)為依據(jù)，在該參數(shù)處于正常范圍時(shí)，被動(dòng)排放功能處于禁止排放狀態(tài)等。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的方法是開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)，使推進(jìn)劑經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)排出航天器，若推進(jìn)劑已排空，還可4GB/T40536—2021以繼續(xù)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排出貯箱內(nèi)的增壓氣體。發(fā)動(dòng)機(jī)排放路徑可用于主動(dòng)排放或被動(dòng)排放。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：a)在主動(dòng)排放過(guò)程中，需要注意避免發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出引起航天器軌道發(fā)生意外變化；b)對(duì)于單組元推進(jìn)系統(tǒng)，被動(dòng)排放操作通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排放時(shí)，可不考慮預(yù)先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)加熱，但是要注意此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出不穩(wěn)定，應(yīng)合理選擇配對(duì)的排放發(fā)動(dòng)機(jī)，避免引起航天器旋轉(zhuǎn)速度過(guò)大而解體的風(fēng)險(xiǎn)；c)對(duì)于雙組元或多組元推進(jìn)系統(tǒng)，當(dāng)一種推進(jìn)劑接近排空時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力輸出不穩(wěn)定，對(duì)姿態(tài)有要求的航天器應(yīng)避免姿態(tài)失控；若具備條件，可通過(guò)控制推進(jìn)劑供給管路的閥門(mén)，使不同的發(fā)動(dòng)機(jī)分別單獨(dú)排出不同組元推進(jìn)劑，排放過(guò)程中要避免推進(jìn)劑射流或蒸汽在航天器外相遇發(fā)生燃燒，同時(shí)也要注意控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，避免推進(jìn)劑氣化降溫使得發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)堵塞；d)對(duì)于冷氣或電推進(jìn)系統(tǒng)，應(yīng)合理選擇配對(duì)的排放發(fā)動(dòng)機(jī)，避免引起航天器旋轉(zhuǎn)速度過(guò)大而解體的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在推進(jìn)劑管道上連接推進(jìn)劑排放裝置，實(shí)現(xiàn)剩余推進(jìn)劑排放。推進(jìn)劑排放裝置路徑可用于主動(dòng)排放或被動(dòng)排放，通常只排放一種推進(jìn)劑或氣體。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：a)排放裝置出口不應(yīng)有影響排放的設(shè)備；b)排放裝置排放時(shí)，不應(yīng)產(chǎn)生力矩導(dǎo)致航天器旋轉(zhuǎn)；c)排放裝置排放過(guò)程中，不應(yīng)發(fā)生低溫導(dǎo)致推進(jìn)劑凍結(jié)無(wú)法排放的情況；d)對(duì)于雙組元或多組元推進(jìn)系統(tǒng)，排放過(guò)程中要避免推進(jìn)劑射流或蒸汽在航天器外相遇發(fā)生燃燒。5.2.3排放時(shí)機(jī)和排放流程設(shè)計(jì)主動(dòng)排放時(shí)機(jī)通常是在航天器任務(wù)終止后，需要進(jìn)行離軌處置，之后對(duì)剩余推進(jìn)劑排空，防止爆炸產(chǎn)生空間碎片。被動(dòng)排放時(shí)機(jī)通常是在航天器發(fā)生意外嚴(yán)重故障且無(wú)法再恢復(fù)(如航天器母線故障、遙控遙測(cè)故障等發(fā)生后與地面失聯(lián))狀態(tài)下，貯箱或氣瓶?jī)?nèi)的壓力異常升高到預(yù)定的壓力值時(shí)，或者某些敏感位置的溫度異常升高到預(yù)定的溫度值時(shí)。5.2.3.2.1剩余推進(jìn)劑主動(dòng)排放流程建議如下：a)確認(rèn)航天器任務(wù)終止，并具備排放實(shí)施條件。b)按照GB/T34513—2017的要求，根據(jù)航天器具體情況進(jìn)行離軌。c)排空推進(jìn)劑：1)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或推進(jìn)劑排放裝置進(jìn)行排空；2)在排放過(guò)程中，確保航天器姿態(tài)可控；3)在排放過(guò)程中，若出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)或排放裝置溫度偏低的情況，可通過(guò)加熱器或太陽(yáng)照射提高4)排放的綜合推力效果不應(yīng)影響離軌結(jié)果；5)可根據(jù)推進(jìn)劑貯箱壓力變化判斷是否已經(jīng)排空推進(jìn)劑，通常情況下若推進(jìn)劑排空，則貯箱壓力下降速率會(huì)突然變大；5GB/T40536—20216)根據(jù)推進(jìn)劑貯箱和高壓氣瓶的壓力確定是否排空高壓氣體。d)推進(jìn)分系統(tǒng)徹底關(guān)閉，斷開(kāi)推進(jìn)分系統(tǒng)供電。5.2.3.2.2剩余推進(jìn)劑被動(dòng)排放流程建議如下：a)檢測(cè)到航天器出現(xiàn)嚴(yán)重故障，預(yù)設(shè)的禁止排放功能失效；b)推進(jìn)劑貯箱或高壓氣瓶的壓力或溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的排放壓力或溫度指標(biāo)，開(kāi)始排放；c)被動(dòng)排放一旦開(kāi)始，可以設(shè)計(jì)為一直排空，或者壓力容器的壓力(或溫度)下降到預(yù)設(shè)的排放壓5.2.4在軌監(jiān)測(cè)和效果評(píng)估方案設(shè)計(jì)結(jié)論。在軌監(jiān)測(cè)應(yīng)通過(guò)在推進(jìn)分系統(tǒng)管路設(shè)置必要的壓力、溫度或流量傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如：b)排放裝置的壓力、溫度和流量；通過(guò)監(jiān)測(cè)上述參數(shù)，估算出貯箱內(nèi)剩余的推進(jìn)劑或氣瓶剩余的氣體質(zhì)量，作為剩余推進(jìn)劑排放后續(xù)操作的依據(jù)。根據(jù)航天器相關(guān)遙測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)剩余推進(jìn)劑排放效果進(jìn)行評(píng)估，主要有以下2個(gè)方面：a)航天器推進(jìn)分系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際推進(jìn)劑剩余量、貯箱壓力、氣瓶壓力、排放時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)等對(duì)排放效果進(jìn)行綜合分析，評(píng)估是否已經(jīng)排空；b)地面觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)排放任務(wù)結(jié)束后的航天器軌道進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，納入編目體系，長(zhǎng)期運(yùn)行監(jiān)視，驗(yàn)證排放效果。5.2.5剩余推進(jìn)劑排放方案驗(yàn)證剩余推進(jìn)劑排放方案設(shè)計(jì)完成后，需要在研制階段對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，通常有以下驗(yàn)證方法。a)仿真分析驗(yàn)證。對(duì)排放流程進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證，確認(rèn)排放時(shí)間、排放速度、排放過(guò)程中溫度情b)試驗(yàn)驗(yàn)證。重點(diǎn)對(duì)被動(dòng)排放的可靠性、被動(dòng)排放控制相關(guān)參數(shù)的合理性和敏感性開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證，以及對(duì)推進(jìn)劑排放過(guò)程中是否會(huì)因凍結(jié)堵塞開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。c)復(fù)核復(fù)審。通過(guò)復(fù)核復(fù)審，對(duì)排放路徑設(shè)計(jì)的可靠性安全性、排放時(shí)機(jī)和排放流程的合理性、在軌監(jiān)測(cè)和效果評(píng)估方案的完備性等進(jìn)行確認(rèn)。5.3推進(jìn)劑排放裝置設(shè)計(jì)與驗(yàn)證5.3.1推進(jìn)劑排放裝置方案設(shè)計(jì)要求推進(jìn)劑排放裝置通常由推進(jìn)劑控制閥、壓力敏感元件、溫度敏感元件、排放管道和排放控制線路等6GB/T40536—2021部分組成，其中排放控制線路可集成到航天器其他線路盒中。推進(jìn)劑排放裝置應(yīng)能夠在控制指令或預(yù)設(shè)的排放條件下，實(shí)現(xiàn)單種推進(jìn)劑或高壓氣體的排放功能。推進(jìn)劑排放裝置應(yīng)有防冷凍阻塞的措施，避免在推進(jìn)劑排放到真空環(huán)境過(guò)程中產(chǎn)生的低溫效應(yīng)將裝置內(nèi)的推進(jìn)劑凍結(jié)并阻塞排放路徑。推進(jìn)劑排放裝置應(yīng)有減小排放對(duì)航天器姿態(tài)干擾的措施，避免排放產(chǎn)生的干擾力矩造成航天器姿態(tài)失控。推進(jìn)劑排放裝置的“六性”設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)航天器相關(guān)設(shè)計(jì)要求開(kāi)展，其中可靠性和安全性設(shè)計(jì)還要遵循以下原則：a)任何情況下，推進(jìn)劑排放裝置故障不應(yīng)影響推進(jìn)系統(tǒng)性能；b)推進(jìn)劑排放裝置應(yīng)至少具有兩道排放禁止設(shè)計(jì)，防止在航天器正常工作的情況下發(fā)生意外c)推進(jìn)劑排放裝置應(yīng)從結(jié)構(gòu)上保證排放推進(jìn)劑的唯一性，不同推進(jìn)劑排放應(yīng)相互隔離；d)排放裝置的排放速度不應(yīng)超過(guò)貯箱允許的最大流速。5.3.2推進(jìn)劑排放裝置試驗(yàn)要求驗(yàn)收試驗(yàn)推進(jìn)劑排放裝置研制試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目和指標(biāo)要求應(yīng)按照推進(jìn)劑排放裝置設(shè)計(jì)要求和航天器相關(guān)研制試驗(yàn)要求進(jìn)行。主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括：a)功能和性能測(cè)試；b)密封性能測(cè)試；c)壓力試驗(yàn)；d)環(huán)境試驗(yàn)。5.3.3推進(jìn)劑排放裝置極限工況驗(yàn)證要求推進(jìn)劑排放裝置除了要完成常規(guī)的研制試驗(yàn)外，還需要對(duì)極限工況開(kāi)展驗(yàn)證，主要驗(yàn)證項(xiàng)目如下。a)推進(jìn)劑排放裝置排放禁止設(shè)計(jì)驗(yàn)證。在排放禁止功能激活的情況下，除非到達(dá)其他額外設(shè)定的設(shè)計(jì)條件(如壓力接近爆破壓力),剩余推進(jìn)劑排放裝置不應(yīng)響應(yīng)任何排放相關(guān)指令，不應(yīng)有任何排放相關(guān)的動(dòng)作。b)推進(jìn)劑