GBT 32307-2024 航天器磁性評估和控制方法

ICS49.060CCSV71代替GB/T32307—2015航天器磁性評估和控制方法Assessmentandcontrol國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T32307—2024 12規(guī)范性引用文件 1 1 25航天器磁性評估和控制目的 36航天器磁性評估和控制流程 3 48航天器磁性控制 69航天器磁性測試 附錄A(資料性)航天器主要的軌道磁場及特點 附錄B(資料性)磁場和磁矩的單位制及單位轉換系數(shù) 附錄C(資料性)航天器的主要磁源 附錄D(資料性)航天器磁矩的分類和計算 附錄E(資料性)航天器單位質量磁矩估值 附錄F(資料性)自旋航天器的渦流效應和磁滯阻尼 附錄G(資料性)航天器典型元器件和部件經(jīng)充退磁后的磁場數(shù)據(jù) 附錄H(資料性)航天器典型電機磁屏蔽前后磁性數(shù)據(jù) 附錄I(資料性)航天器磁性測試方法 附錄J(資料性)近場分析法中幾種特殊的磁傳感器測試布局方法 附錄K(資料性)磁測試中鐵磁類工裝設備磁矩標定方法 附錄L(資料性)航天器磁矩量級與尺度分類 附錄M(資料性)某航天器多載荷轉動部件工作模式下在軌磁矩變化波動數(shù)據(jù) ⅢGB/T32307—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T32307—2015航天器磁性評估和控制，與GB/T32307—2015相比，除結構調整和編輯性改動外，主要技術變化如下：b)更改了“磁性評估和控制流程”“航天器磁性控制”(見第6章、8.2.2.2,2015年版的第6章、c)增加了航天器磁性測試評估的要求(見第10章);d)刪除了航天器磁性測量影響因素(見2015年版的10.3);e)增加了附錄“航天器典型電機磁屏蔽前后磁性數(shù)據(jù)”“近場分析法中幾種特殊的磁傳感器測試多載荷轉動部件工作模式下在軌磁矩變化波動數(shù)據(jù)”(見附錄H、附錄J、附錄K、附錄L、附錄M)。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國宇航技術及其應用標準化技術委員會(SAC/TC425)提出并歸口。標準化研究所。本文件于2015年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。1航天器磁性評估和控制方法2GB/T32307—20243.9渦流磁場spacecraftwhirlingmagneticfield航天器或部件處于交變磁場中或在恒定磁場中旋轉時，由其導體感生的渦流引起的磁場。3.10航天器渦流磁場所對應的磁矩。3.11航天器在器載磁傳感器及磁敏感部件位置處產(chǎn)生的磁場。3.12零磁線圈系統(tǒng)zeromagneticfieldcoilsystem以正交三軸方式繞制的線圈裝置，當對線圈通電時，沿單軸或多軸產(chǎn)生磁場，用來抵消有限空間中的地磁場。3.13充退磁線圈系統(tǒng)magnetizationanddemagnetizationcoilsystem由導線繞成用于試件充磁或退磁的線圈裝置，當通以直流或交流電時，在線圈中心軸向產(chǎn)生直流或交流磁場。3.14磁凈化magneticpurification4航天器磁性指標要求4.1航天器磁干擾力矩約束的磁矩航天器磁干擾力矩約束的磁矩指標要求如下。a)一般要求磁干擾力矩L為航天器總干擾力矩的1/b,其中b為系數(shù)，取值范圍為3～10,b值由航天器姿控系統(tǒng)任務要求確定。b)對于一般尺寸的航天器，可認為在其所占據(jù)的空間范圍內(nèi)的軌道磁場是均勻的，不需考慮磁場梯度的影響，這時作用在航天器上的磁干擾力矩由公式(1)確定。L=M×B (1)式中：M——航天器的磁偶極矩，單位為安平方米(A·m2);B——航天器的軌道磁感應強度，單位為特(T)。注：公式(1)中的M和B在同一坐標系中表示。c)一般需通過姿控系統(tǒng)計算機進行數(shù)學仿真，由航天器在軌情況下的磁干擾力矩計算航天器磁矩指標要求。主要的軌道磁場及特點見附錄A。4.2航天器器載磁強計等磁敏感部件約束的干擾磁場航天器器載磁強計等磁敏感部件約束的干擾磁場指標要求如下。a)航天器自身磁場應保持在一定水平以下，以防止磁傳感器等磁敏感部件受航天器自身磁場干擾而影響其功能實現(xiàn)。磁敏感部件安裝位置是決定航天器剩磁場指標的另一個關鍵因素，公GB/T32307—2024式(2)說明了一個偶極子矩為M的部件在距離R處產(chǎn)生的干擾磁場。B?=200M/R3 b)對載有探測空間其他粒子的磁敏感部件航天器，航天器干擾磁場允許值由任務書中的技術指c)對于探測空間磁場的航天器，其自身產(chǎn)生的磁場對器載磁強計的干擾控制程度取決于器載磁d)當需要探測行星際空間弱磁場或高精度探測地磁場時，需對航天器剩磁場及穩(wěn)定性提出嚴格5航天器磁性評估和控制目的航天器磁性評估和控制的目的如下：a)評估和控制航天器的磁矩，使其滿足姿控系統(tǒng)允許的最大磁干擾力矩要求；b)評估和控制航天器產(chǎn)生的磁場，使其在器載磁強計傳感器等磁敏感部件安裝部位區(qū)域的干擾c)綜合評估和控制航天器允許的最大磁偶極矩和對航天器局部(如磁敏感部件安裝位置區(qū)域)磁6航天器磁性評估和控制流程航天器磁性評估和控制應貫徹于航天器研制的全過程。在方案階段對航天器磁性進行仿真評估、分類控制，確定產(chǎn)品磁性控制原則和方法。在排除不必要考慮的磁敏感設備后，根據(jù)產(chǎn)品磁性控制要磁性，最終完成整器磁性測試及評估以滿足航天器在軌指標要求。航天器磁性評估和控制流程見圖1,主要磁源見附錄C。34開始開始否是是完成計工藝改進否圖1航天器磁性評估和控制流程7航天器磁性設計評估7.1磁性設計評估目的航天器磁性設計評估目的是確定航天器主要磁源并初步估計航天器磁矩量值和磁敏感單機部位磁場量值，從而得出磁性設計是否滿足任務要求的初步結論。7.2磁性設計評估計算方法航天器磁性設計評估一般采用以下方法進行仿真計算：a)僅考慮偶極子矩產(chǎn)生的磁場時，采用偶極子作圖法進行產(chǎn)品磁矩、磁場分布計算；b)考慮偶極子矩及多極子矩產(chǎn)生的磁場時，采用球面作圖或赤道作圖分析方法進行產(chǎn)品磁矩、5GB/T32307—2024磁場分布計算；c)對于整器級復雜邊界條件的磁矩和磁場的分布計算，按上述a)、b)的技術要求采用專業(yè)磁仿真軟件進行綜合仿真模擬計算。7.3磁性設計評估項目在航天器產(chǎn)品研制的初始階段，可根據(jù)類似的繼承性航天器部、組件產(chǎn)品的磁矩、磁場數(shù)據(jù)對新研制航天器部組件產(chǎn)品的磁矩、磁場進行估值。如果沒有類似的成熟航天器部組件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，則可根據(jù)裝載部件情況等進行綜合估值，計算方法見附錄D?？筛鶕?jù)類似的繼承性航天器產(chǎn)品的磁矩、磁場數(shù)據(jù)對同類新研航天器產(chǎn)品的磁矩、磁場進行估值。如果沒有類似的成熟航天器數(shù)據(jù)，則應基于部件或系統(tǒng)的磁性數(shù)據(jù)，進行仿真估算。磁矩估值可參照附錄E中的試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。航天器磁性仿真流程見圖2,主要內(nèi)容如下。a)航天器不工作狀態(tài)下的磁仿真：利用航天器不工作狀態(tài)下部件磁試驗數(shù)據(jù)庫進行部件磁仿真建模，在航天器部件建模的基礎上進行整星建模，然后進行航天器磁場和磁矩的仿真計算。在此基礎上，通過對整星磁模型中一些部件位置和方向的變化，進行組合排列優(yōu)化計算，來設計b)航天器主要電纜網(wǎng)的磁仿真：合理選取對磁場有較大貢獻的主要電纜進行建模計算。在此基礎上，通過對航天器主要電纜網(wǎng)磁模型中一些電纜位置和走向的改變，進行優(yōu)化計算，來設計c)綜合磁仿真：結合航天器不工作狀態(tài)下的磁場仿真模型和航天器主要電纜網(wǎng)磁場仿真模型，對航天器工作狀態(tài)下的磁矩、磁場進行綜合仿真。6GB/T32307—2024航天器不工作狀態(tài)的磁仿真航天器不工作狀態(tài)的磁仿真航天器主要電纜網(wǎng)的磁仿真部件磁仿真模型排列布局整器磁仿真模型磁場/磁矩仿真計算仿真結果/優(yōu)化設計整器綜合仿真/優(yōu)化設計天線陣等大型部件仿真結果/優(yōu)化設計太陽陣仿真計算參量設置圖2航天器磁性仿真流程7.4磁性設計評估報告航天器產(chǎn)品完成磁性仿真計算后，對產(chǎn)品進行磁性評估，并編寫航天器產(chǎn)品磁性設計評估報告，評估報告一般包括以下內(nèi)容：a)評估目的；b)評估項目；c)評估計算方法；d)評估數(shù)據(jù)分析，包括航天器磁矩仿真數(shù)據(jù)結果分析、航天器磁場仿真數(shù)據(jù)結果分析、磁敏感部件區(qū)域磁場曲線圖、二維及三維磁場云圖繪制、仿真誤差分析等：e)評估結論。8航天器磁性控制8.1航天器磁性控制要求航天器磁性控制的程度取決于任務書的要求，磁凈化的要求通常表示為航天器允許的最大磁偶極子矩及對航天器局部(磁敏感儀器安裝部位)磁場強度量值或變化量的限制，對航天器的磁性控制要求分類見表1。不同控制類別航天器單位質量磁矩估值見附錄E。7GB/T32307—2024表1航天器磁性控制要求分類控制要求I類Ⅲ類設計制定磁性控制的正式規(guī)范，審定材料和部件清單，按電流回路配對排列安裝部件抵消雜散磁場制定材料和部件的選擇規(guī)范，避免軟磁材料或控制優(yōu)化電流回路電流回路控制，避免軟磁材料磁測試全部零部件磁性檢查和測試重點部件磁性檢查和測試對可能成為偶極子源的部件進行磁測試退磁/補償/屏蔽部件和整個航天器退磁，部件磁屏蔽，航天器磁測試和磁補償部件退磁、航天器磁測試和磁補償選擇性磁測試和磁補償注1:I類——探測行星際空間弱磁場類或高精度探測地磁場類航天器；Ⅱ類——利用磁強計確定姿態(tài)或測量小擾動磁場信號類航天器；Ⅲ類——低軌磁干擾力矩較大/探測木星類等較強磁場航天器。注2:I類是嚴格磁設計和磁性控制；Ⅱ、Ⅲ類是一般磁設計和磁性控制。8.2航天器磁性控制措施8.2.1材料和元器件選擇材料和元器件選擇方面的措施要求如下。a)在保證部件結構強度條件下，應選用鈦、銅、鋁、不銹鋼(磁化系數(shù)小于10-5)等材料代替有磁上一般應選用無磁不銹鋼或其他非磁性材料(如1Cr18Ni9Ti和鈦合金)制成；M6以上(含M6)不銹鋼緊固件應經(jīng)退磁處理。對器載磁強計傳感器附近結構件及緊固件應采用鈦合金等無磁材料。b)在特性參數(shù)相同情況下應盡量選用低磁或無磁的元器件。對于元器件、部組件和設備結構布局的要求如下。a)元器件：由于設備及部件的特殊功能需要，其內(nèi)部某些元器件仍要采用永磁材料或一些高導磁率材料時，應將這些磁性元器件(如繼電器等)在設備和部件中進行合理布局，采用相同規(guī)格的偶數(shù)個元器件使其磁性相互抵消配置。b)部組件：航天器部組件(如蓄電池組，配電器、飛輪等)在進行結構布局時應充分考慮磁設計因素對其進行合理排列，使其組合磁矩和磁場相互抵消。8GB/T32307—2024c)大型部件或分系統(tǒng)：可采用局部和整體配對抵消的方法將大型部件或分系統(tǒng)(如太陽電池陣、天線陣系統(tǒng)等)中若干相同部件、模塊合理配對排列，使它們產(chǎn)生的合成磁矩和磁場最小。d)磁敏感部件：通過例行試驗明確磁敏感部件的磁干擾強度閾值，合理安排磁敏感部件安裝位置使其盡可能遠離星上的主要磁源；在結構可靠性允許條件下，可采用伸展機構模式使磁敏感部件遠離航天器本體，以減少或避免航天器磁源對其的影響。控制星上電纜的電流回路面積和限制回路數(shù)量并采用單點接地系統(tǒng)是控制航天器雜散磁矩的關鍵，航天器所用電纜及布局的要求如下。a)設備內(nèi)的電流回路應盡可能采用絞合線。無法采用絞合線時，電流回路正線和回線應盡量b)星體艙內(nèi)系統(tǒng)間供電電纜走線應采取來回并行走線走向方式，使各供電電纜電流回路圍成的面積最小。上述走線設計后，航天器某種工況下雜散磁矩仍很大且星體艙內(nèi)系統(tǒng)間單機安裝位置、接口位置等無法布局改進時，方可采用增加系統(tǒng)間供電電纜長度方法；并針對已知工況下流經(jīng)該電纜的電流值及該工況下整器某象限軸上產(chǎn)生的雜散磁矩值，反向布局一定面積電纜回路，可實時動態(tài)抵消該軸上的雜散磁矩。采用帶有標志的卡箍嚴格敷設綁扎好電纜，確保注：星體艙內(nèi)系統(tǒng)間供電電纜走線如充電狀態(tài)下電源控制器至蓄電池正、負極間供電線路，放電狀態(tài)下電源控制器器至蓄電池負極間供電線路。c)在接地通路中應避免形成較大面積的電流回路。d)太陽電池陣電纜走線布局要求如下：1)單塊電池板內(nèi)采用S形走向，避免構成較大電流回路，并使相鄰模塊電流回路產(chǎn)生的磁矩2)使單翼板與板之間電流回路產(chǎn)生的磁矩相互抵消；3)兩翼對稱陣板之間電流流向應對稱布局。e)蓄電池塊布線要求如下：1)蓄電池組輸出端功率電纜應盡量敷設在正負極附近，電纜鋪設方向與蓄電池組本體動態(tài)磁矩相反，使其產(chǎn)生磁矩的電流回路有效面積最??；2)單排電池塊功率線電纜應盡量沿正負極連線中間敷設；3)溫控供電回路電纜正負線應靠近捆扎，使其產(chǎn)生合成磁矩的電流回路有效面積最小。f)天線布線要求如下：1)控制天線陣面上各模塊的接地線長度，使接地通路形成的電流回路面積最??；2)天線陣面的供電和控制電纜正負線均應采用雙絞線，板內(nèi)部件及模塊應對稱性布局；3)散線連接的熱控電纜正負線應置于同一束內(nèi)，并采取對稱性布局，使其產(chǎn)生的磁矩相互抵消；4)使單翼板與板之間電流回路產(chǎn)生的磁矩相互抵消；5)兩翼對稱陣板之間電流流向應對稱布局。避免磁滯效應、渦流效應方面的措施要求如下。a)磁滯效應僅在快速自旋航天器中帶有細長的棒狀軟磁材料中顯現(xiàn)，應盡量避免該種形狀、材料的產(chǎn)品使用。9GB/T32307—2024b)渦流效應僅在快速自旋航天器上顯現(xiàn)。通過在航天器結構中插入絕緣材料來阻斷渦流通路，避免在通過自旋軸的平面內(nèi)形成大面積傳導電路。航天器渦流磁場效應和磁滯阻尼的計算方法見附錄F。為考核某些設備或系統(tǒng)磁敏感度，可將磁敏感部件置于充退磁線圈裝置中，充磁是在直流磁場中進行，產(chǎn)品所受的直流磁場量級由任務書規(guī)定的指標確定。航天器及某些部件(如鎘鎳電池組等)含有較大的磁性(軟磁性),可進行退磁處理以減少磁矩。退磁前，應先對產(chǎn)品進行充磁，以更有效退磁并保證退磁后產(chǎn)品的磁穩(wěn)定性。退磁是在抵消了地磁場的近零磁場空間中進行。常用的方法是將充退磁線圈置于近零磁場空間中央，產(chǎn)品置于充退磁線圈內(nèi)，先施加直流磁場進行充磁，然后施加按指數(shù)衰減或直線衰減緩慢至零的交流磁場進行退磁。退磁前后產(chǎn)品磁性的變化應進行測定，用以確定退磁效果。航天器典型元器件和部件經(jīng)充退磁后的磁場數(shù)據(jù)見附錄G。a)將航天器置于試驗中心區(qū)轉臺上，開啟零磁線圈設備及充、退磁程控電源；b)測量充磁前磁矩；d)測量充磁后磁矩；f)測量退磁后磁矩。磁屏蔽主要措施如下。a)由于電性能等特殊要求，某些航天器部件應使用一些磁性元器件。造成該部件磁性嚴重超標、或影響航天器所載磁強計磁場探測功能，或磁性敏感部件受磁干擾后不能正常工作等情況時，在總體結構、重量允許的范圍內(nèi)可采用磁屏蔽方法控制其磁性。b)采用高導磁率金屬如坡莫(鐵鎳)合金、殷鋼，或有一定導磁性的不銹鋼如2Cr13等材料加工的一層或幾層屏蔽罩殼對展開機構電機、電機驅動電源開關和射頻環(huán)形器開關等產(chǎn)品進行磁屏c)為了避免部分漏磁以達到更好的磁屏蔽效果，可采用多層屏蔽。d)產(chǎn)品屏蔽前后需進行磁矩測量以確定有效性，必要時進行充退磁試驗。典型電機屏蔽前后磁場和磁矩變化數(shù)據(jù)見附錄H。磁補償主要技術要求如下。a)航天器及其某些部件在經(jīng)過磁設計、退磁等方法處理后對其進行磁測試，如其磁性指標仍超過要求，應進行磁補償以降低磁性。磁補償主要采用機械強度好、居里點溫度高、高內(nèi)稟矯頑力和高磁能積的永磁材料(如釹鐵硼、釤鈷系列)安裝于航天器及其某些部件上，分別對航天器及其某些部件X、Y、Z三個正交方向上的磁矩值進行抵消。GB/T32307—2024b)永磁補償塊的布局主要原則如下：1)避免對磁場感應靈敏設備的干擾；2)盡量選擇在磁矩較大的設備附近；3)對稱性設置。c)航天器磁矩補償主要方法如下：2)在航天器表面選定補償位置；3)用航天專業(yè)用結構膠將補償塊粘貼固定；4)按工藝文件要求用硅橡膠對磁補償塊外部進行加固。d)航天器及其某些部件在磁補償前后均應進行磁場和磁矩的測量，以測定其補償效果。e)航天器產(chǎn)品經(jīng)過磁性設計和研制后，應進行磁性測試評估和驗收。若測試結果超出了任務書規(guī)定要求，則按本章所述的相關措施對航天器產(chǎn)品進行磁矩和磁場控制直至滿足設計指標。后續(xù)磁性控制要求如下。a)航天器及其部件在環(huán)境試驗和運輸過程中可能會因設備及其他較強磁源產(chǎn)生的磁場而引起其磁性變化。某些磁敏感部件在進行振動試驗時，振動臺的較強磁場(小振動臺約5×10-?nT,大振動臺約2×10-3nT)會對其磁性產(chǎn)生一定的影響。若影響較大則應對這些部件進行磁性復測，超過磁性指標要求時應采取退磁措施。航天器磁測試一般應選擇在振動試驗后進行。b)航天器在經(jīng)最后磁試驗后直至發(fā)射前，都應避免暴露于較強磁場環(huán)境中。對于I類磁性控制要求的航天器，在其轉運等過程中，建議在其周圍裝載磁場跟蹤報警裝置。如遭受強磁污染，應重新對航天器磁性進行評估和控制。9航天器磁性測試9.1航天器磁矩測試驗證航天器磁設計、磁控制措施后，航天器的磁矩指標是否達到任務書規(guī)定要求。航天器磁矩測試項目如下。a)航天器主要部組件靜態(tài)、不同通電工況下的磁矩。b)航天器本體外大型部件(太陽陣、天線陣、超大磁矩載荷部件)靜態(tài)、不同通電工況下的磁矩。c)航天器本體靜態(tài)、不同通電工況下的磁矩。航天器磁矩測試方法有力矩法和磁場反演法。磁場反演法，也稱磁場作圖法，是最常用的方法，主要有偶極子作圖法、球面作圖法、赤道作圖法、柱面作圖法。磁場作圖法一般在距航天器一定距離處布置若干磁測量儀器，測量航天器赤道面上三個方向磁場強度，經(jīng)過數(shù)學反演獲得航天器磁矩。磁性測試和計算方法見附錄I、幾種特殊的磁傳感器測試布局方法見附錄J、測試中鐵磁類工裝設備磁矩標定方法見附錄K。GB/T32307—20249.1.4磁矩測試評估報告航天器產(chǎn)品完成磁矩測試后，編寫航天器產(chǎn)品磁測試報告并對產(chǎn)品進行磁性評估、磁矩測試數(shù)據(jù)誤差分析、有效性判定等。測試報告主要內(nèi)容如下：b)試驗項目；c)試驗設備；d)試驗方法；e)試驗數(shù)據(jù)誤差分析；f)試驗數(shù)據(jù)有效性判定；g)航天器本體與本體外大型部件總的合成磁矩結果。9.2航天器干擾磁場測試9.2.1干擾磁場測試目的驗證航天器磁設計、磁控制措施后，航天器在磁敏感部件安裝位置處的局部磁場值是否達到任務書規(guī)定要求。9.2.2干擾磁場測試項目航天器磁場測試項目如下：a)器載磁傳感器及磁敏感部件安裝位置局部區(qū)域所受航天器本體磁場干擾值；b)器載磁傳感器及磁敏感部件安裝位置局部區(qū)域所受航天器本體外大型部件磁場干擾值。9.2.3干擾磁場測試方法將地面磁測試儀器置于航天器器載磁傳感器及其他磁敏感部件實際安裝位置處，直接獲取航天器將地面磁測儀器置于距太陽陣等大型部件實際安裝位置處，用以模擬器載磁傳感器或磁敏感設備與大型部件之間相對位置狀態(tài)時所受磁場干擾。9.2.3.3航天器本體與太陽陣等大型部件磁場的綜合獲取根據(jù)器載磁傳感器及其他磁敏感部件與航天器本體和大型部件之間位置、距離、磁矩、磁場量級等關系，綜合計算獲取航天器磁場數(shù)據(jù)。測試和評估要求如下。a)對于探測空間磁場的航天器，器載磁強計傳感器的磁性能要求及其安裝位置是決定航天器剩磁場指標的兩個關鍵因素。航天器自身磁場應保持在一定水平以下，以防止磁傳感器受航天器自身磁場干擾而影響測量目標的磁場數(shù)據(jù)。根據(jù)磁強計分辨率、噪聲、量程等參數(shù)，以地面磁強計實際讀數(shù)是否小于任務書規(guī)定的干擾指標為判定依據(jù)。b)磁敏感部件安裝位置區(qū)域受到的航天器最大磁干擾值應小于任務書規(guī)定的要求。器載磁強計及磁敏感部件干擾試驗測試方法見附錄I。GB/T32307—20249.2.4干擾磁場測試評估報告完成航天器干擾磁場綜合測試、計算后，器載磁傳感器及其他磁敏感部件產(chǎn)品進行干擾磁場評a)試驗目的；b)試驗項目；c)試驗設備；d)試驗方法；e)試驗數(shù)據(jù)有效性分析；f)試驗結論。10航天器磁性測試評估10.1系統(tǒng)誤差因素及評估航天器磁性測試誤差因素及精度評估與航天器結構尺寸、磁矩量級、內(nèi)部磁性分布特征，以及所用的磁測試方法和測試設備等相關。系統(tǒng)誤差主要因素如下。a)測試方法，包括由航天器尺寸和其自身的磁源分布特征引起的誤差；由磁矩計算方法(求解公天器之間測試距離、傳感器與傳感器之間測距比例等)引起的誤差。b)測試儀器、設備技術指標，包括磁場巡測系統(tǒng)性能(靈敏度、分辨率、量程、穩(wěn)定性);測距儀測c)中大尺度航天器正置(不側置)狀態(tài)下磁測試時垂直分量綜合測試誤差。d)不同磁環(huán)境下由航天器感磁引起的誤差。10.1.2測試方法引起的誤差因素及評估10.1.2.1由航天器尺寸和其自身的磁源分布特征引起的誤差航天器尺寸、磁源部件在航天器內(nèi)部分布特征是近場測試方法中影響中大尺度航天器測試精度重要因素。航天器尺寸越大、磁矩分布越偏離航天器赤道中心，偏心引起的測試誤差越大，尤其是大磁矩部件引起的偏心誤差。當航天器尺寸增大、傳感器至航天器最小距離不變時，測試精度將隨著航天器近場傳感器測距比參數(shù)S,的增加而下降。對于中大尺度航天器，航天器內(nèi)部磁源越多，測試精度隨艙內(nèi)磁源分布偏心增大而下降，測試誤差就越大。中大尺度大磁矩類航天器因磁化、偏心等因素引起的測試誤差應進行單機或系統(tǒng)級專項測試分析評估。航天器磁矩量級與尺度分類見附錄L。相對于航天器尺寸及自身磁源分布特征因素，近場方程求解的階數(shù)、傳感器數(shù)量及傳感器位置布局等誤差因素具有較大可預測性，對試驗精度的影響小于上述由航天器尺寸和其自身的磁源分布特征引起的誤差。a)近場方程磁矩計算簡化模型B(r;)theory=f[i、r;、rmin、r;;、B(r;)、B(r;)、B(r;)max](M/r3+Mk/r2i+1)……(3)式中：B(r?)theory——由航天器偶極子矩和多極子矩產(chǎn)生的場強i=1,2,3,…;rmin——赤道面上距航天器中心最近的傳感器距B(r:)max間測距比及磁強計采集值等參數(shù)相關的系數(shù)；公式(3)中，距航天器中心不同測試距離處場強由偶極子矩和多極子矩疊加產(chǎn)生，與方程階數(shù)、偶極矩權重將遠大于其他多極矩，采集的場強主要由偶極子矩產(chǎn)生。航天器磁測試時，傳感器位置布局應滿足近場測距比規(guī)則：0.4<Sp<1.4。測試距離增大，偶極化程度增強；采集信號會減弱且信噪比減小，測試誤差隨之將加大。為獲得足夠高的測試精度，測試距離選擇與信噪比兩者應綜合考量，既要保持適當遠距離，又要采集到足夠大的信號(測試距離、場強信號最大值、波動值等均與測試誤差因子相關);靈敏度決定了磁強計能放置多遠距離(盡可能足夠遠)。表2列出了近場法中傳感器“一”字布局方式下幾種典型的傳感器測距比參考模式。表2“—”字布局方式下幾種典型的傳感器測距比參考模式傳感器探頭模式傳感器布局方式傳感器數(shù)量傳感器間測距比(r;=r;/r;)三分量“一”字式4111校準獲取的系統(tǒng)誤差優(yōu)于1%。在試驗環(huán)境較差條件下，非理想隨機數(shù)據(jù)增大誤差，隨機誤差將遠大于方法誤差。此時統(tǒng)計意義上的誤差主要由非理想隨機數(shù)據(jù)引起(隨機誤差分析見10.2)。10.1.3測試儀器設備引起的誤差因素及評估測試儀器設備引起的測量誤差主要有：磁強計測量誤差(分辨率、量程、穩(wěn)定性、傳感器正交度);傳感器軸取向(無磁轉臺軸與傳感器方向之間正交度)誤差；測距儀測量(傳感器距離定位)誤差；無磁轉臺GB/T32307—2024測角刻度誤差、轉臺旋轉時指針與角度刻度線同步校準誤差、零磁線圈系統(tǒng)(磁場均勻性和穩(wěn)定性)誤差(此項誤差因素僅針對零磁環(huán)境下中小尺度航天器及產(chǎn)品磁測試)等。由附錄I中公式(I.8),取方程階數(shù)為2,誤差擾動簡化模型見公式(4)和公式(5):△M/M≈△B/B+△θ/0+3△r/r(△r/r<1、△θ/θ<1) (4)|△M/M|≤|△B/B|+|△θ/0|+3|△r/r| (5)式中：△M——航天器磁矩擾動誤差，單位為安平方米(A·m2);M--——航天器磁矩，單位為安平方米(A·m2);B——磁強計采集的場強，單位為納特(nT);R——航天器與傳感器間測試距離，單位為米(m)。精度以上類設備)。傳感器軸取向誤差：優(yōu)于1%,(無磁轉臺磁軸與傳感器磁軸之間正交度誤差，利用地磁東西向磁場為零特征，按地磁場30000nT計算，歸零趨近于10nT取向后)。轉臺旋轉時指針與角度刻度線同步校準誤差：△θ/θ≤1%(無磁轉臺測角最小刻度精度△θ取0.1°角度間隔θ取10°計算)。由公式(4)和公式(5)可知△M/M≤2.5%。航天器受零磁線圈均勻區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的近零磁場的感磁影響：近似為零(此項誤差僅針對零磁場中試驗產(chǎn)品，零磁線圈系統(tǒng)技術指標?。悍直媛蕿?.1nT、穩(wěn)定度為±2nT/h、不均勻度為1×10-?;按常規(guī)使用于傳感器、繼電器、大磁矩載荷部件中典型軟磁體硅鋼材料起始磁導率μi取450計算)。測試誤差主要由線圈不穩(wěn)定性的波動場產(chǎn)生(波動場對試驗誤差影響見10.2)。10.1.4航天器正置態(tài)測試時垂向磁矩綜合誤差及評估10.1.4.1正置態(tài)測試時垂向磁矩計算方法引起的誤差除10.1.1中系統(tǒng)誤差因素a)、b)及10.2中隨機誤差因素外，零/地磁測試環(huán)境條件下；航天器正置態(tài)磁測試時均存在由水平和垂直分量磁矩計算方法不同而產(chǎn)生的垂向測試結果誤差如下。a)航天器正/側置態(tài)磁測試計算方法區(qū)別公式(I.4)～公式(I.8)計算方法顯示了航天器正置態(tài)下水平向和垂向磁矩測試計算方法的差異。在航天器尺度、傳感器布局、方程求解階數(shù)等相同條件下，水平向傳感器能測得更多的航天器磁場分布信息，獲取更有效磁矩結果。垂向傳感器測得場強計算僅為簡單算術平均，近場法水平向磁測試精度遠高于垂直方向。為了獲得更真實的航天器垂向磁矩測試結果，對于大尺度航天器(排除分艙測試方法),應盡量采用長軸臥置于赤道面狀態(tài)下進行測試，以水平向測試計算方法獲取垂向磁矩。b)航天器正置態(tài)磁測試垂向磁矩誤差系數(shù)對于大體量航天器，受限于零磁線圈空間及產(chǎn)品可靠性和安全性，中大尺度以上航天器整器均在地磁場環(huán)境下正置(不應側置或倒置)狀態(tài)進行磁測試。零/地兩種磁場環(huán)境下垂向固有的測試計算方法誤差評估也與航天器尺度大小、艙內(nèi)所含部件單機磁矩大小和分布情況等相關。垂向磁矩測試計算方法誤差系數(shù)(Kst)數(shù)值獲取的步驟如下：GB/T32307—20241)在不同尺度航天器結構殼體內(nèi)及象限面上，按航天器艙內(nèi)近似磁矩分布特征布局不同規(guī)格的標準磁矩；建立航天器標準磁矩模型；2)航天器標準磁矩模型正、側置態(tài)下磁矩測試；3)航天器標準磁矩模型正、側置態(tài)下水平向/垂直向磁矩測試結果比對分析；4)側置態(tài)垂向磁矩測試值和正置態(tài)垂向磁矩測試值的比值即Kst。考慮上述Kst獲取和評估的合理性，兼顧最大誤差裕度范圍；航天器標準磁矩模型應按實際航天器尺寸大小。模型中標準磁矩樣布點數(shù)量應大于航天器艙內(nèi)實際磁源部件數(shù)量、布局位置應兼顧邊緣外層。測試時傳感器應按近場布局方式。10.1.4.2航天器整器及單機部件垂向地磁感磁引起的誤差航天器整器及單機部件垂向地磁感磁引起的誤差如下。a)中小尺度航天器整器及其單機部件垂向地磁感磁引起的誤差中小尺度以下航天器整器及其單機部件的磁性測試既可在零磁線圈中也可在地磁場環(huán)境下進行。零磁線圈中進行常規(guī)類磁場、磁矩項目測試可避免地磁對航天器產(chǎn)生的感磁影響，地磁場中測試航天器將遭受地球南北和天地向磁場的磁化作用而感生磁場。感生磁場的大小取決于航天器自身所含軟磁產(chǎn)品數(shù)量及所處地磁環(huán)境場強大小等因素?？紤]評估裕度、取地磁場最大強度值7×10-?T計算，在測試地點、測試方法、測試設備確定后；與垂向測試方法計算誤差及偏心誤差兩大因素相比，地磁天地向磁場對航天器感磁引起的誤差較小。中小尺度以下航天器整器及單機部件可在零/地磁環(huán)境中進行常規(guī)磁測試項目磁場和磁矩測定。在相同測試條件和采集數(shù)據(jù)有效條件下，兩種磁環(huán)境下的測試結果相差2%左右。中大尺度航天器兩種磁環(huán)境下的測試結果差異可做參考。b)中大尺度航天器整器垂向綜合誤差系數(shù)KL中大尺度航天器整器僅可在地磁場環(huán)境中正置態(tài)下進行磁性測試，其無法如中小尺度航天器及單機部件可進行正/側置態(tài)和地/零磁兩種磁環(huán)境下的比對測試驗證。垂向測試誤差主要為計算方法誤差、偏心誤差、磁環(huán)境波動干擾誤差等因素。這一誤差評估應與航天器尺度、所含素綜合考慮。由經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，常規(guī)測試方法(赤道作圖法)對于中小尺度及以下類航天器及其系統(tǒng)單機部件產(chǎn)品垂向綜合誤差系數(shù)Ks值90%置信參考區(qū)間在[0.3,0.6]范圍之間，中大尺度及以上類航天器垂向綜合誤差系數(shù)K?值90%置信參考區(qū)間在[0.2,0.4]范圍之間。綜合評估時，在不同種類航天器垂向綜合誤差系數(shù)Ks、K?取值基礎上、參考水平分量實測值，最終計算獲取航天器垂向磁矩結果。除按上述獲取垂向綜合誤差系數(shù)方法外，附錄J.4提供了一種較為精確獲取中大尺度航天器垂向磁矩有效結果的布局測試方法可參考執(zhí)行。10.1.5不同磁環(huán)境下航天器感磁影響的評估不同磁環(huán)境下航天器感磁影響的評估如下。a)航天器自身磁場引起的感磁影響航天器自身磁場引起的感磁大小取決于艙內(nèi)磁環(huán)境、所含單機部件材料特性和數(shù)量等因素。常規(guī)類航天器內(nèi)部感磁材料(軟磁體)量少質輕，其感生磁場總體較弱；由航天器蓄電池充/放電過程中電流對蓄電池自身及整器產(chǎn)生的感、雜散磁矩綜合效應可引起磁矩波動變化達數(shù)百毫安平方米(mA·m2)。非常規(guī)大磁矩類航天器內(nèi)部感磁材料數(shù)量較多、磁性變化復雜，增加了整器磁性不穩(wěn)定性；對于該類軟磁材料可預先進行整器或單機部件磁性仿真計算。在綜合考慮和疊加計算航天器內(nèi)部所受最大磁場環(huán)境，進行充退磁及磁飽和度試驗；摸清材料及單機部件飽和磁矩的最大量值、感磁矩變化范圍等特性。感磁計算方法見附錄D、航天器蓄電池充/放電過程引起的綜合磁矩波動效應見附錄M。b)航天器在近地軌道磁場中的感磁影響航天器在地磁場中進行磁測時，在獲得永磁矩的同時也獲得由地磁場的磁化引起的感磁矩，由附錄D中公式(D.2)可估算出航天器整器的平均體磁化率； (6) (7)式中：M*——磁化強度，單位為納特(nT);M由地面環(huán)境磁場引起的航天器感磁矩，單位為安平方米(A·m2);V——航天器體積(假定航天器是一個磁性材料連續(xù)分布的結構體),單位為立方米(m3);Bg——航天器在地面磁環(huán)境下所受磁感應強度，單位為安每米(A/m);X——航天器平均磁化率。通過公式(7)等效轉換，得到航天器感磁矩與所處環(huán)境磁場之間的估算公式(8):Mg=Mis×(Bg/Bs) (8)式中：Mjg——航天器在地面測得的感磁矩，單位為安平方米(A·m2);Mjs——航天器空間軌道上估算的感磁矩，單位為安平方米(A·m2);Bg———航天器在地面磁環(huán)境下所受磁感應強度，單位為安每米(A/m);Bs———航天器在空間軌道上所受磁感應強度，單位為安每米(A/m)。由公式(8),由于中低軌道的地磁場值與地面地磁場值比較接近，對于圍繞地球運行的中低軌道航天器，在地磁場中進行干擾試驗時，由地面磁強計測得的干擾場值比在零磁環(huán)境中測得的更真實地反映器載磁傳感器在軌所受的干擾磁場情況。c)其他星球磁環(huán)境下的感磁矩對于探測木星類航天器，通過公式(8)的平均估算，可得到相應磁環(huán)境下航天器所受感磁矩量級。雖然該類航天器所處磁環(huán)境與地球磁環(huán)境相比量值大數(shù)倍，但在總體探測技術指標相對誤差值不變條件下，其器載磁傳感器的量程和分辨率絕對值也相應放大，因此對航天器干擾場的絕對測試誤差可適當放寬。10.2隨機誤差因素及評估10.2.1環(huán)境磁場波動誤差因素評估實際的試驗條件下通常較難獲取理想的測量數(shù)據(jù)，排除非常規(guī)類航天器測試外，所獲得的有效數(shù)據(jù)結果中，隨機誤差往往比計算方法產(chǎn)生的誤差大得多；隨機誤差取決于測試儀器設備技術指標和不同磁測試環(huán)境條件下傳感器布局位置上測得的磁場信號數(shù)據(jù)，統(tǒng)計意義上的不確定度主要由隨機數(shù)據(jù)引起的。航天器磁性測試時，隨機誤差由磁測設備穩(wěn)定性、零磁線圈磁場波動、環(huán)境磁場波動(地磁、航天器周圍磁環(huán)境)、航天器自身磁場隨機性(載荷部件轉動、電機轉動、電流交變場、各種頻率電磁場等)、無磁轉臺旋轉過程中指針與角度讀數(shù)偏差等引起。在測試方法、測試地點、測試距離明確及轉臺、測試儀器定型后，隨機誤差是影響航天器磁矩測試精度的主要因素。在航天器磁測試工作狀態(tài)不變情況下(同一工作狀態(tài)多次重復測試),排除無磁轉臺旋轉過程中指針與角度讀數(shù)偏差等人為因素后，零磁線圈磁場GB/T32307—2024及環(huán)境磁場波動是影響航天器(尤其是大尺度航天器)磁矩測試精度的主要因素之一。環(huán)境磁場波動對航天器磁矩測試精度影響見表2。假定航天器磁矩試驗結果參照公式(9)模型進行估算：M=Mreal+Merror=α(Brea十B)×r3α (9)式中：M試驗獲取的航天器磁矩，單位為安平方米(A·m2);Mreal——航天器實際磁矩，單位為安平方米(A·m2);Merror——試驗誤差產(chǎn)生的磁矩，單位為安平方米(A·m2);α--—與測試距離相關的常數(shù)；Breal——航天器實際產(chǎn)生的磁感應強度，單位為納特(nT);B環(huán)境磁場波動引起的磁感應強度，單位為納特(nT);r——探頭中心到試件中心的距離，單位為米(m)。磁矩誤差值與磁場波動值及測試距離三次方成正比，對于大尺度航天器，相應測試距離增大，引起的誤差也更大。一般在磁測試周期內(nèi)，需對環(huán)境磁場進行同步監(jiān)測。若轉臺轉動一周(0°~360°)后傳感器測得的環(huán)境磁場波動小于3nT(通常稱“回歸好”),則測試周期內(nèi)采集的磁場數(shù)據(jù)及磁矩計算結果為有效。測試環(huán)境磁場波動小于3nT的情況下，采用偶極子作圖法計算公式得到的測試距離與試驗結果不確定度的一組參考值見表3。表3環(huán)境磁場波動、測試距離與試驗結果不確定度參考值測試距離mmA·m211GB/T32307—2024在地磁環(huán)境下進行航天器磁測試時，由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了環(huán)境磁場波動閉環(huán)跟蹤補償控制技術，即計算機根據(jù)監(jiān)測環(huán)境磁傳感器獲得的干擾源磁場數(shù)據(jù)對測試航天器磁場傳感器同步獲得的磁場數(shù)據(jù)進行實時補償和修正，可將補償和控制后的磁場波動量值限制在0.2nT～0.5nT范圍內(nèi)，大大減小環(huán)境磁場波動對磁矩測試精度的影響。10.2.2載荷部件轉動誤差因素評估載荷系統(tǒng)活動部件轉動是造成載有活動部件航天器磁矩波動的原因之一，常規(guī)類航天器載有少量驅動機構電機產(chǎn)生的磁矩波動與整器磁矩相比影響不大。載有眾多活動部件特殊遙感類航天器在軌運行時產(chǎn)生的磁矩波動相對較大，其變化范圍約2A·m2左右甚至更高；附錄M列出了該類航天器在軌運行時產(chǎn)生的磁矩波動供參考。某航天器多載荷轉動部件工作模式下在軌磁矩變化波動數(shù)據(jù)見附錄M。10.3測試結果有效性綜合評估10.3.1磁場測試數(shù)據(jù)和磁矩計算結果有效性a)試驗前，用標準磁矩或通電標準線圈對磁測試系統(tǒng)設備進行校核，確認其滿足誤差小于1.5%b)確定地面測試傳感器數(shù)量、傳感器布局方式，根據(jù)航天器尺度，確定傳感器測距比Sp滿足0.4<Sp<1.4近場布局規(guī)定：Sp=D/r;…………(10)式中：D——航天器直徑尺寸，單位為米(m);r;-—傳感器至航天器中心距離，單位為米(m)。確定地面環(huán)境監(jiān)測傳感器遠離測試中心區(qū)，根據(jù)航天器預估的磁矩量值大小，用偶極子方法確定其與航天器自身磁場不相干的位置距離R應滿足：R>(200Masses/dB)1/3 (11)式中：R-——監(jiān)測傳感器與航天M航天器預估磁矩，單位為安平方米(A·m2);dB——磁傳感器的分辨率，單位為納特(nT)。c)確定地面測試傳感器磁軸與地磁場磁軸、航天器磁軸、零位及正交性一致性狀態(tài)。常規(guī)的近場測試布局方式是在航天器幾何赤道面上距其中心不同距離處呈“一”字排列4個傳感器。航天器在無磁轉臺上繞垂直軸轉動一周(0°~360°),傳感器采集航天器赤道面上不同角度點的場強值，完成一次完整的測試工況。在確定的近場方程階數(shù)下兩兩計算傳感器采集數(shù)據(jù)求解出航天器磁矩結果。每次測試工況計算獲得一組6個(C?)磁矩計算結果(滿足CNAS實驗室規(guī)范標準的最小統(tǒng)計樣本要求),取中值后作為航天器在某工況下的完整測試結果。測試過程中，為有效消除系統(tǒng)誤差和隨機誤差對測試結果的影響，獲取近場分析法所需的“有效數(shù)據(jù)信息”,保證航天器磁場測試數(shù)據(jù)和磁矩計算結果的有效性，應同時滿足如下條件。GB/T32307—2024a)無磁轉臺每旋轉一周(0°~360°)完成一次完整的工況測試回歸后，采集系統(tǒng)中各通道采集數(shù)b)無磁轉臺旋轉一周(0°~360°)完成一次完整的工況測試回歸后，近場方程計算獲得6個磁矩結果應基本相近，取中值后獲得第一次測試結果。c)重復上述步驟b)的測試過程，獲取第二次測試結果，評估這兩次測試結果一致性，若一致性較好，則該工況測試結束。航天器同一工況下二次測試結果重復一致，滿足磁矩測試結果“一致d)否則，重復該工況第三次測試，獲得第三次測試結果后，選擇兩組較接近的測試結果取平均后對于中小尺度及以下類航天器，近場法的測試精度受系統(tǒng)誤差、隨機誤差等影響較小。不同測試布局方式下，水平及垂向測試誤差受傳感器數(shù)量、測試距離、測距比等參數(shù)影響較小。對中等尺度及以上類航天器，近場法測試精度受系統(tǒng)誤差和隨機誤差的影響明顯增大。對于非常規(guī)類航天器(大尺度、大磁矩部件類航天器),測試結果滿足10.3.1.2中有效性條件下，仍有可能無法得出準確的垂向磁矩結果。測試過程中系統(tǒng)誤差和隨機誤差因子的權重比相互影響牽制，誤差分析應對諸因素綜合考量。針對含有多種大磁矩部件大尺度類航天器、火箭末子級類平臺組合體，采用在航天器幾何赤道面上下多層或錯層布局傳感器的非常規(guī)測試方法(磁柱面作圖法)可有效減少偏心等因素引起的測試誤差、有效獲取該類航天器垂向磁矩。詳細測試布局方法見附錄J。由工程經(jīng)驗和大量試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，表4給出了不同測試狀態(tài)、方法下不同尺度航天器磁測試誤差預估參考范圍。工程上可采用最大磁補償方法(最大限度減小航天器垂直軸磁矩絕對量值)來改善該軸相對誤差偏大所引起的不確定性，以滿足整器磁矩總體指標要求。表4不同測試狀態(tài)、方法下不同尺度航天器磁測試誤差預估參考范圍航天器尺度微小尺度航天器小尺度航天器中小尺度航天器中尺度航天器中大尺度航天器大尺度航天器超大尺度航天器本體包絡尺寸m測試方法(推薦)赤道作圖法磁柱面作圖法測試狀態(tài)正/側置正置水平面預估誤差垂向預估誤差GB/T32307—2024(資料性)航天器主要的軌道磁場及特點A.1概述除探月及深空探測類航天器外，絕大部分航天器所處的軌道磁場為地球磁場，下列地球磁場及主要探測星球磁場基本特點供參考。A.2地球磁場A.2.1地球低軌道(1000km以下)當航天器星下點處于最高緯度處時，磁感應強度最大，約為7×10-5T,在赤道附近較弱，磁感應強度約為3×10-?T。磁感應強度最小值|B|min=3×10-?T。磁感應強度最大值|B|max=7×10-?T。A.2.2地球同步軌道磁感應強度B約為1.5×10-7T。A.2.3地磁晝夜波動地磁晝夜波動規(guī)律為晝強夜弱，磁場強度變化范圍約為5×10-?T～1×10-7T。A.2.4地球磁場環(huán)境模型在穩(wěn)態(tài)時，地球磁場應采用磁位勢球諧函數(shù)展開模型來描述，但在概念設計階段也可以采用簡化的偶極子模型來描述。球諧分析方法得出經(jīng)典地磁場模型如下：地磁磁位函數(shù)見公式(A.1):式中：R?！厍虬霃剑瑔挝粸槊?m);g",hm高斯系數(shù)；p"(cosθ)—--n階m次冪函數(shù)；使用地心直角坐標系：以地心為原點，X軸在赤道平面內(nèi)指向格林尼治子午線方向，Z軸沿地球平均自旋軸并指向北極，Y軸按右手法則確定。若取公式(A.1)前三項，則得到傾斜的偶極子模型，以(r,λ,0)表示的空間某一點的磁場分量見公式(A.2):式中：B——地磁沿X軸方向的磁場強度，單位為特(T);gi,hi,gl,hi——一階高斯系數(shù)；B——地磁沿Y軸方向的磁場強度，單位為特(T);B——地磁沿Z軸方向的磁場強度，單位為特(T)。GB/T32307—2024………………(A.2)當要求對磁場表示式的精度達到0.1%量級時還要考慮地球磁場的長期變化，這時球諧函數(shù)展開式的系數(shù)應隨時間更新，可參考國際地磁和高空物理協(xié)會(IAGA)最新發(fā)表的國際參照磁場模式(IGRF)。A.3月球磁場月球表面磁場一般在1×10-?T～1×10-?T區(qū)域)。以內(nèi)。最大磁場強度約為1×10-7T(撞擊盆地對峙A.4太陽磁場太陽一般磁場：1×10-4T～2×10-4T。太陽黑子磁場變化范圍：1×10-2T～1×10-1T;大約11年為一個變化周期。A.5部分太陽系行星際磁場航天器在行星際飛行時的軌道磁場變化范圍為0T～1×10-?T。A.6火星磁場火星表面磁場約為1×10-7T～1×10-?T(火星南半球)。A.7木星磁場木星表面磁場約為5×10-4T。GB/T32307—2024(資料性)磁場和磁矩的單位制及單位轉換系數(shù)通常用來說明磁場特性有多種不同單位制。在高斯制中磁感應強度(B)和磁場強度(H)是可以互換的(B=μH,在真空條件下B和H數(shù)值上是相等的);在航天、地質等領域中B通常采用的單位是伽馬(導磁率μ為1時，1y=10-?nT),它既用于磁場強度，又用于磁感應強度；在國際單位制中，特(T)是磁感應強度(B)的單位，安每米(A/m)是磁場強度(H)的單位。表B.1和表B.2給出了磁通密度和磁偶極矩的不同單位制轉換關系。表B.1不同單位制磁通密度量綱關系單位制單位單位間換算特T高斯伽馬Y安每米A/m國際制(SI)韋每平方米特(T)1電磁制(EMU)高斯(Gs)1非單位制伽馬(Y)1注：在真空導磁率μ為1時，不同單位制下磁通密度量綱為等價關系；1毫微特(nT)=10-?特斯拉(T)。表B.2不同單位制中磁偶極矩量綱關系單位制單位單位間換算環(huán)電流A·m2磁偶極矩環(huán)電流磁偶極矩國際制(SI)安平方米1韋米(Wb·m)1電磁制(EMU)極·厘米11注：在真空導磁率μ為1時，不同單位制下磁通密度量綱為等價關系。GB/T32307—2024(資料性)航天器的主要磁源C.1硬磁材料C.2軟磁材料航天器主要的軟磁材料磁源有：含有軟磁性材料組成的器件或部件，如電子部件引線、緊固件、軸C.3電流回路電流回路是航天器的主要磁源，包括航天器內(nèi)設備之間和設備內(nèi)部件之間的供電電纜構成的電流片供電回路、螺線管和環(huán)型繞組、變壓器和電感器繞組、接地電流通路等。結構部件中的渦流效應也可能產(chǎn)生電流回路。電流回路產(chǎn)生磁矩的大小與通電電流、回路的面積和線圈匝數(shù)成正比。GB/T32307—2024(資料性)航天器磁矩的分類和計算D.1剩磁矩航天器不工作時所具有的磁矩，通常用測量的方法加以確定。D.2雜散磁矩由航天器上電流回路產(chǎn)生的磁矩，其量值由公式(D.1)確定：M,=nIS;k…………(D.1)式中：M,雜散磁矩，單位為安平方米(A·m2);n——線圈匝數(shù)；I——通過線圈的電流，單位為安(A);S;-——載流線圈面積，單位為平方米(m2);k——單位矢量，垂直于線圈平面，指向由右手規(guī)則確定。D.3感生磁矩由軟磁材料和線圈產(chǎn)生的感生磁矩計算方法如下。a)軟磁材料的感生磁矩軟磁材料的矯頑力較小，其磁矩隨外磁場強度變化而變化。軟磁材料的感生磁矩由公式(D.2)確定：M?=V?M*=XmV.H…………(D.2)式中：M軟磁材料的感生磁矩，單位為安平方米(A·m2);V——材料的體積，單位為立方米(m3);M*——磁化強度；Xm——材料的磁化率；H——外磁場強度，單位為安每米(A/m)。b)線圈的感生磁矩取t=0時刻線圈所在平面重合于OXY水平面，其中X軸重合于wx,線圈的感生磁矩參照公………(D.3)式中：Mg——線圈感生磁矩，單位為安平方米(A·m2);Sx——線圈面積，單位為平方米(m2);Bx——OXY平面內(nèi)環(huán)境磁場的磁感應強度，單位為特(T);Wx——線圈在磁場中角速度，單位為弧度每秒(rad/s);R、——線圈電阻，單位為歐(Ω);GB/T32307—2024t——時間，單位為秒(s)。D.4渦流磁矩航天器上大塊金屬構件旋轉時將感生渦流電流和感生磁矩。取環(huán)狀體積元dV,,其平面平行于w和w?×B?所在平面，則其感應磁矩見公式(D.4):式中：M.渦流磁矩，單位為安平方米(A·m2);B,——體積元內(nèi)環(huán)境磁場的磁感應強度，單位為特(T);w:——金屬構件在磁場中角速度，單位為弧度每秒(rad/s);p-——導體的電阻率；Vb——金屬構件的體積，單位為立方米(m3);S,——體積元所圍的面積，單位為平方米(m2);體積元長，單位為米(m);…………k?——單位矢量，垂直體積元dVb所在平面，指向由右手規(guī)則確定。一般情況下剩磁矩和雜散磁矩是航天器工作時的主要磁矩，與所處磁環(huán)境無關。航天器的感生磁矩可經(jīng)磁性控制設計減小。渦流磁矩是中低軌道自旋航天器設計中需要考慮的因素。GB/T32307—2024(資料性)航天器單位質量磁矩估值航天器單位質量的剩磁矩又稱為航天器的磁凈化度。對于不同類別的磁性控制，可根據(jù)表E.1來對其剩磁矩的大小進行估值。表E.1列舉了不同磁性控制類別航天器單位質量磁矩估值供參考。表E.1不同磁性控制類別航天器單位質量磁矩估值磁性控制類別航天器磁矩估值A·m2/kg非自旋航天器自旋航天器I類0.5×10-30.4×10-32.5×10-3Ⅲ類5×10-3或更大4×10-3或更大(資料性)自旋航天器的渦流效應和磁滯阻尼當空間飛行器或部件相對磁場向量運動時，宜由感生電流(渦流)和導磁材料不可逆的磁化(磁滯效應)所產(chǎn)生的磁力矩。一般來說精確估計其量值是較為困難的，需要對旋轉部件的形狀和材質磁特性及它與環(huán)境磁場相互作用的性質作一些簡化的假設，以便近似地估算這些影響的大小。F.2渦流效應航天器渦流效應產(chǎn)生的磁干擾力矩由公式(F.1)確定，其中K。由公式(F.2)確定。式中：Te——總磁力矩，單位為牛米(N·m);K?！Q于旋轉物體的幾何形狀和導電率的常數(shù)；O———航天器的角速度，單位為弧度每秒(rad/s);B環(huán)境磁通密度，單位為特(T);Ts——磁力矩的消旋分量，單位為牛米(N·m);ws——航天器的自旋角速度，單位為弧度每秒(rad/s);B、——垂直于自旋軸的B分量，單位為特(T);Tve——磁力矩的進動分量，單位為牛米(N·m);Bp——平行于自旋軸的B分量，單位為特(T);渦流引起的自旋速度的變化量，單位為弧度每秒(rad/s);△t——時間的變化量，單位為秒(s);Is——航天器自旋軸慣量矩，單位為千克平方米(kg·m2)。為d和導電率為σ的球形薄殼為r,橫截面積為S,導電率為σ的圓環(huán)F.3磁滯阻尼當導磁材料在磁場中旋轉時，由于磁疇運動而消耗能量。在任意一個完整旋轉周期內(nèi)其能量損失GB/T32307—2024是常數(shù)，它由公式(F.3)給出：式中：△Eh——能量損失常數(shù)，單位為焦耳每庫(J/C);V.——材料體積，單位為立方米(m3);fHdB-——磁滯回線面積(磁能積),單位為焦每立方米(J/m3);H——外磁場強度，單位為安每米(A/m);B;——材料中感生的磁場，單位為特(T)。由于每周的能量損失與轉速無關，所以轉速隨時間線性地減少并且在有限時間內(nèi)可減少到零(相對于環(huán)境磁場)。航天器不工作時所具有的磁矩，通常用測量的方法加以確定。GB/T32307—2024(資料性)航天器典型元器件和部件經(jīng)充退磁后的磁場數(shù)據(jù)對航天器部件、組件進行充退磁是控制航天器磁矩、減少某些特定位置上磁場的一項重要技術手舉了國內(nèi)外一些航天器典型元、部件充退磁磁場數(shù)據(jù)供參考。表G.1國內(nèi)外一些航天器典型元、部件充退磁磁場數(shù)據(jù)器件規(guī)格30cm處的磁場強度值初始化15高斯磁化后50高斯退磁后電容81接插件DDM-50P-NMC76111濾波器121繼電器PDT420-102532晶體管572微電路MEM5014561變壓器DO-T461二極管161電阻器NHG-50161導線111螺栓M658鋼絲螺套25螺母M1036墊圈23飛輪YJK310-1試驗載荷ZS01-01能源控制器NY001-1鎳鎘電池組件GB/T32307—2024(資料性)航天器典型電機磁屏蔽前后磁性數(shù)據(jù)H.1概述電機的磁性由其結構和構件成分決定。永磁體電機其漏磁大小和方向隨永磁體磁性能參數(shù)、安裝位置、磁路走向而變化。不含永磁體電機僅在其繞組通電時產(chǎn)生雜散磁場，漏磁大小和方向隨電機結構及磁路分布狀態(tài)差異而有所變化。針對不同類型電機，磁屏蔽設計合理性需進行理論分析、實測驗證和優(yōu)化調整。表H.1列出某混合式步進電機磁屏蔽前后、軸向水平面不同測角處漏磁場數(shù)據(jù)，表H.2列出某混合式步進電機磁屏蔽前后磁矩數(shù)據(jù)供參考。表H.1混合式步進電機磁屏蔽前后、軸向水平面不同測角處漏磁場數(shù)據(jù)角度鋁合金殼體電機(磁屏蔽前)鋁合金+10#鋼殼體電機(磁屏蔽后)軸向水平面不同測角處漏磁場軸向水平面不同測角處漏磁場0-4516-2100-3850-1825-2381-1133-1846-3714-1716表H.2混合式步進電機磁屏蔽前后磁矩數(shù)據(jù)電機編號狀態(tài)磁矩值mA·m2殼體狀態(tài)通電/不通電通電M軸向M徑向1M徑向2通電(永十雜散)26V,1A兩相雙四拍-2118-263鋁合金殼體通電(永十雜散)26V,0.5A兩相雙四拍-2129-306鋁合金殼體GB/T32307—2024表H.2混合式步進電機磁屏蔽前后磁矩數(shù)據(jù)(續(xù))電機編號狀態(tài)磁矩值mA·m殼體狀態(tài)通電/不通電通電M軸向M徑向1M徑向2不通電(靜態(tài))-2149鋁合金殼體通電(永十雜散)兩相雙四拍不通電(靜態(tài))0H.2磁屏蔽前電機磁狀態(tài)磁屏蔽前，步進電機外殼采用鋁合金殼體、內(nèi)部永磁體軸向充磁。主磁路從永磁體起始經(jīng)轉子鐵間擴散后閉合，磁屏蔽前電機結構及磁路分布示意見圖H.1。表H.2數(shù)據(jù)表明步進電機磁軸為軸向。圖H.1磁屏蔽前電機結構及磁路分布示意H.3磁屏蔽后電機磁狀態(tài)為降低步進電機殼外漏磁通量，以減少電機磁矩量值，在原電機機殼、后端蓋、軸承座外部(見圖H.2)采用等比例方式加工制成新外殼(10#鋼導磁材質)進行全包覆屏蔽措施，使電機漏磁通封閉在1——屏蔽端板；2——電機；3——屏蔽機殼；4——主磁路；圖H.2磁屏蔽前電機(鋁合金殼體)實物圖H.3磁屏蔽后電機結構及磁路分布示意圖H.4磁屏蔽后電機(10#鋼殼體)實物H.4步進電機磁屏蔽前后磁場磁矩變化數(shù)據(jù)磁屏蔽前后步進電機通電和不通電兩種狀態(tài)下磁矩變化差異不大、電流大小引起的磁矩變化不明顯。通常屏蔽材料的磁導率越高，厚度越厚屏蔽效果越好；但選材時矯頑力指標不宜太小以免磁化后成為額外磁源而增加產(chǎn)品磁性不確定性。GB/T32307—2024(資料性)航天器磁性測試方法I.1概述航天器主要磁矩由剩磁矩、雜散磁矩和感生磁矩構成。軌道地磁場產(chǎn)生的感磁矩不構成姿控的干擾力矩。因此，航天器磁矩測試值應不含地磁場產(chǎn)生的感磁矩，所用的方法應能滿足這一要求。在零磁線圈中測試航天器磁性，由于航天器置于地磁場屏蔽的零磁線圈中，故不存在地磁感生磁性的問題。在地磁場中測試航天器磁性，由于航天器置于地磁場中，航天器將遭受地球南北和天地方向磁場的磁化作用而感生磁場；其中，水平方向感生的磁性可通過地磁東西和地磁南北方向上磁傳感器不同布局和地磁場中測試方法獲取剔除了地磁場感磁影響后的磁特性，天地方向感生磁場可通過試件的側置或倒置的測試方法獲取。常規(guī)的磁矩測試方法有力矩法和磁場作圖法等，其中磁場作圖法是最常用的方法。干擾磁場測試方法一般采用地面磁強計放置到航天器所承載的磁強計、磁敏感部件位置處(以下簡稱“敏感部位”),由地面磁強計的讀數(shù)來計算判斷其所受航天器的磁干擾。I.2磁試驗環(huán)境和試驗設備I.2.1磁試驗環(huán)境條件航天器磁試驗環(huán)境條件可分為三類：零磁線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的零磁環(huán)境、地磁環(huán)境和屏蔽室環(huán)境(高導磁材料作為外殼的相對封閉空間)。航天器磁試驗主要在零磁環(huán)境和地磁環(huán)境下進行。采用線圈系統(tǒng)，它可以在一個相當大的容積中建立一個均勻、穩(wěn)定而可控的磁場(直流穩(wěn)定磁場、交流磁場、旋轉磁場等),控制這些磁矢量即可產(chǎn)生零(或弱)磁環(huán)境、任意磁場環(huán)境和旋轉磁場環(huán)境，航天器置于這些磁環(huán)境中進行任務書要求的各項磁試驗，見圖I.1。零磁環(huán)境要求如下。c)抵消地磁后，零磁空間中心區(qū)內(nèi)磁場總量小于5nT。通過選擇適當?shù)脑囼瀳鏊?，提供一個均勻穩(wěn)定的環(huán)境磁場，航天器置于該環(huán)境磁場中進行任務書要求的各項磁試驗，見圖I.2。地磁環(huán)境要求如下。c)無磁暴等太陽活動事件期。d)磁性物品遠離測試中心。GB/T32307—2024標引序號說明：1——赤道面；2——可控磁場線圈裝置(含外干擾控制系統(tǒng));3——航天器；4——充退磁線圈；5——無磁轉臺；6——磁強計傳感器陣列。圖I.1零磁場中航天器磁試驗示意標引序號說明：1——赤道面；2——無磁轉臺；3——航天器；圖I.2地磁場中航天器磁試驗示意GB/T32307—2024航天器磁試驗前所有儀器設備應經(jīng)計量部門檢定合格并在有效使用期內(nèi)。主要儀器設備技術指標a)零磁場設備：b)試驗轉臺：3)磁性指標：無磁或自身磁化率小于5×10-?;4)承載力：不小于試驗件質量1.5倍；c)充退磁線圈系統(tǒng)：1)充磁場變化范圍：(0～3×10-4)T、(3×2)退磁場變化范圍：(0～5×10-4)T、(5×10-?~3×10-3)T;d)單分量磁強計：e)三分量磁強計：4)不確定度：量程的1%;2)屏蔽層數(shù)：大于3層；GB/T32307—20243)內(nèi)層有效空間：通常為直徑大于30cm、長45cm圓柱筒；4)有效空間內(nèi)剩磁：近似為零。i)標準螺旋管線圈：1)線圈常數(shù)：以中國計量科學研究院計量證書為準；2)線圈常數(shù)不確定度：0.02%(k=2)(以中國計量科學研究院計量證書為準)。I.3航天器磁矩測試方法1.3.1磁場作圖法航天器磁矩測試一般采用磁場作圖法。在此方法中，航天器放置在地磁場中或零磁線圈系統(tǒng)中央的無磁轉臺上旋轉(見圖I.1、圖I.2),在至航天器一定距離處放置若干臺磁強計傳感器，測試航天器周圍空間的磁場，對作為轉角函數(shù)的分布磁場進行一定數(shù)學反演，求得其磁矩。I.3.2偶極子作圖法偶極子作圖法的基礎是假設航天器磁性是由其幾何中心點偶極子源產(chǎn)生的，不考慮多極子矩。使用此法時，距離應充分大，以保證各高階多極子產(chǎn)生的磁場與偶極子場相比可以忽略。磁傳感器距航天器的距離一般為其最大線性尺寸的3倍～6倍，測試航天器三個方向上磁感應強度分量后，計算求得航天器磁矩。磁矩參照公式(I.1)計算：式中：…………(I.1)M,M,,M?——航天器在X、Y、Z方向的磁矩分量，單位為安平方米(A·m2);Bip,Bwp,Bip———在距離R;處磁傳感器測得的X、Y、Z方向的磁感應強度峰值，單位為納特(nT);R;(i=1,2)-——磁傳感器中心到航天器中心的距離，單位為米(m)。I.3.3球面作圖法球面作圖法適用于可倒置的航天器及組件的磁試驗，此方法要點是在一定距離r處通過磁傳感器測試包圍航天器球面上各點偶極子磁場磁感應強度的徑向分量B?(r,0,φ),然后利用公式(I.2)經(jīng)數(shù)學反演計算出航天器磁偶極矩Mz、M、M?。被測件磁矩大小和磁強計的分辨率決定距離r的大小。當測試較小的偶極子矩時，要求磁強計放置距產(chǎn)品相對較近位置。式中：r——探頭中心到試件中心的距離，單位為米(m);GB/T32307—2024i——測試平面的序號；j——測試平面上測試點的序號；B(i,j)——試件在第i個測試平面上，第j個測試點的磁感應強度，單位為納特(nT)。赤道作圖法是球面作圖法當取θ為0、π/2、π時的特定情況。在一定距離r處測試包圍試件赤道平面上的磁場，經(jīng)數(shù)學反演求出航天器磁矩。距離選擇原則見公式(I.3):…………(I.3)式中：此法要點是建立一組無窮級數(shù)形式的線性代數(shù)方程，其未知量是待求的偶極矩和多極矩，方程的常數(shù)項是航天器磁場的傅里葉級數(shù)展開的直流、基波正弦和基波余弦分量，各項系數(shù)是測點距離r的函數(shù)。這一方法是相對大體積航天器磁矩測試的主要方法。它可在零磁環(huán)境中進行也可在地磁環(huán)境中進行。在零磁環(huán)境中測試可以不必將航天器做90°的側置，這對于大體積航天器簡化了操作、提高了安全性。工程實施時通常采用大型部件(如太陽陣)和航天器本體分開進行測試，然后通過組合計算得到航天器的總磁矩的模式。零磁場磁矩參照公式(I.4)計算：式中：r?——第一個探頭中心到試件中心的距離，單位為米(m);A?——試件轉動一周的測試點數(shù)，取A?=36;j——試件轉動一周的測試點序號；B(3(j)、B(3(j)、B(3)(j)——試件在第j個測試點經(jīng)第三次偶極化處理的磁感應強度，單位為納特(nT);9j——第一個測試點到第j個測試點所轉動的角度，單位為度()。第一次偶極化磁感應強度參照公式(I.5)計算：式中：B(1)(D,j)、B1(D,j)、B1(D,j)——分別為第D個探頭測試的試件在第j個測試點的X、Y和GB/T32307—2024DZ方向的第一次偶極化磁感應強度，單位為納特(nT);-—分別為第D個探頭測試的試件在第j個測試點的X、Y和Z方向磁感應強度，單位為納特(nT);——分