GB∕T 40536-2021 航天器剩余推進劑排放設(shè)計要求（正式版）

ICS49.050GB/T40536—2021航天器剩余推進劑排放設(shè)計要求國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T40536—2021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(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定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(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標準化技術(shù)委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：北京控制工程研究所。1GB/T40536—2021航天器剩余推進劑排放設(shè)計要求GB/T34513—2017空間碎片減緩要求3術(shù)語和定義GB/T34513—2017界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。4一般設(shè)計要求a)GB/T34513—2017中第6章的內(nèi)容；c)推進分系統(tǒng)的研制任務(wù)要求；a)剩余推進劑排放設(shè)計應(yīng)滿足GB/T34513—2017中6.2規(guī)定的技術(shù)要求；b)剩余推進劑排放設(shè)計應(yīng)從航天器方案階段開始，貫穿于研制流程，直至在軌航天器排空后的效果評估，根據(jù)任務(wù)軌道的不同有針對性的開展設(shè)計；c)剩余推進劑排放設(shè)計應(yīng)綜合考慮航天器系統(tǒng)的工程可實現(xiàn)性、經(jīng)濟有效性和技術(shù)先進性；2GB/T40536—2021d)剩余推進劑排放設(shè)計不應(yīng)影響航天器在軌正常工作；e)剩余推進劑排放路徑設(shè)計應(yīng)以可靠性和安全性為優(yōu)先原則，主動排放路徑設(shè)計應(yīng)避免單點故障，確保有冗余通道排放，被動排放路徑設(shè)計應(yīng)保證有2項或多項隔離措施，避免誤排放；f)剩余推進劑排放時序設(shè)計合理，主動排放時機應(yīng)在航天器任務(wù)終止并進入處置軌道后進行；當剩余推進劑較多時，應(yīng)分多次進行排放；若雙組元或多組元推進劑進行單獨排放時，注意避免不同的推進劑在航天器外相遇發(fā)生爆炸；范圍內(nèi)的推進劑)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)計爆破壓力的40%;h)當不能達到排空目標時，應(yīng)滿足以下最低條件：1)不應(yīng)發(fā)生導致自燃的推進劑混合泄漏；2)貯箱和高壓氣瓶的安全性設(shè)計和熱設(shè)計，能夠確保累積的壓力(包括溫度升高后可能發(fā)生的推進劑放熱性分解情況)不大于可能導致貯箱和氣瓶爆炸的壓力。4.3設(shè)計內(nèi)容和程序b)剩余推進劑排放方案設(shè)計與驗證：1)排放方式設(shè)計(主動排放或被動排放);2)排放路徑設(shè)計(通過發(fā)動機排放或通過推進劑排放裝置排放);3)排放時機和排放流程設(shè)計；4)在軌監(jiān)測和效果評估方案設(shè)計；5)剩余推進劑排放方案驗證。c)推進劑排放裝置設(shè)計與驗證：適應(yīng)性);2)推進劑排放裝置研制試驗；3)推進劑排放裝置極限工況驗證。4.3.2設(shè)計程序如圖1所示。任務(wù)分機任務(wù)分機剩余推進劑排放方案設(shè)計與驗證排放方式設(shè)計發(fā)動機排放排放路徑設(shè)計推進劑排放裝置排放排放時機和排放流程設(shè)計推進劑排放裝置方案設(shè)計在軌監(jiān)測和效果評估方案設(shè)計剩余推進劑排放方案驗證工程實施推進劑排放裝置研制試驗推進劑排放裝置極限工況驗證圖1剩余推進劑排放設(shè)計程序3GB/T40536—20215詳細設(shè)計要求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)推進系統(tǒng)設(shè)計：需考慮推進系統(tǒng)設(shè)計對于排放的影響，特別是采用發(fā)動機進行排放時，包括推c)剩余推進劑估算精度對于排空處置時機的影響：排空處置時機和具體流程是需要根據(jù)剩余推進劑估算結(jié)果而定的，具體估算方法和精度可參考GB/T34523;d)排放實施操作過程對航天器的狀態(tài)要求：需要進行剩余推進劑排放的航天器通常都是處于壽命末期或發(fā)生嚴重故障，因此需要提出排空操作對航天器狀態(tài)的最低要求，包括測控能力、供5.2剩余推進劑排放方案設(shè)計與驗證剩余推進劑排放方式可分為主動排放方式和被動排放方式。在航天器剩余推進劑排放方案設(shè)計主動排放方式是通過航天器遙控指令實施動作，在一定時間內(nèi)使推進劑按照設(shè)計路徑排放。主動排放控制通常是在確認航天器任務(wù)終止并完成處置機動后進行，在設(shè)計時應(yīng)考慮以下三點；a)主動排放策略中要對排放引起的航天器軌道變化進行預測，確認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)主動排放策略中，應(yīng)給出避免排放導致航天器姿態(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)主動排放過程中，應(yīng)監(jiān)測推進劑貯箱的剩余量和高壓容器的壓力，并預估排放效果。被動排放的目的是在航天器發(fā)生重大故障地面無法干預的情況下，當推進系統(tǒng)壓力超出設(shè)定的安全壓力或安全溫度范圍時，通過排放路徑排放出部分推進劑或高壓氣體，以降低推進系統(tǒng)壓力，保證航天器不會發(fā)生爆炸解體，避免產(chǎn)生空間碎片。被動排放方式設(shè)計時應(yīng)重點從可靠性著手，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)下的某個參數(shù)(如供電電壓)為依據(jù)，在該參數(shù)處于正常范圍時，被動排放功能處于禁止排放狀態(tài)等。5.2.2排放路徑設(shè)計通過發(fā)動機排放的方法是開啟發(fā)動機閥門，使推進劑經(jīng)發(fā)動機排出航天器，若推進劑已排空，還可4GB/T40536—2021以繼續(xù)通過發(fā)動機排出貯箱內(nèi)的增壓氣體。發(fā)動機排放路徑可用于主動排放或被動排放。在設(shè)計時應(yīng)a)在主動排放過程中，需要注意避免發(fā)動機的推力輸出引起航天器軌道發(fā)生意外變化；b)對于單組元推進系統(tǒng)，被動排放操作通過發(fā)動機排放時，可不考慮預先對發(fā)動機加熱，但是要注意此時發(fā)動機的推力輸出不穩(wěn)定，應(yīng)合理選擇配對的排放發(fā)動機，避免引起航天器旋轉(zhuǎn)速度過大而解體的風險；c)對于雙組元或多組元推進系統(tǒng)，當一種推進劑接近排空時，發(fā)動機推力輸出不穩(wěn)定，對姿態(tài)有要求的航天器應(yīng)避免姿態(tài)失控；若具備條件，可通過控制推進劑供給管路的閥門，使不同的發(fā)動機分別單獨排出不同組元推進劑，排放過程中要避免推進劑射流或蒸汽在航天器外相遇發(fā)生燃燒，同時也要注意控制發(fā)動機溫度，避免推進劑氣化降溫使得發(fā)動機內(nèi)部凍結(jié)堵塞；d)對于冷氣或電推進系統(tǒng)，應(yīng)合理選擇配對的排放發(fā)動機，避免引起航天器旋轉(zhuǎn)速度過大而解體通過在推進劑管道上連接推進劑排放裝置，實現(xiàn)剩余推進劑排放。推進劑排放裝置路徑可用于主動排放或被動排放，通常只排放一種推進劑或氣體。在設(shè)計時應(yīng)注意以下事項：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，不應(yīng)產(chǎn)生力矩導致航天器旋轉(zhuǎn)；c)排放裝置排放過程中，不應(yīng)發(fā)生低溫導致推進劑凍結(jié)無法排放的情況；d)對于雙組元或多組元推進系統(tǒng)，排放過程中要避免推進劑射流或蒸汽在航天器外相遇發(fā)生燃燒。5.2.3排放時機和排放流程設(shè)計主動排放時機通常是在航天器任務(wù)終止后，需要進行離軌處置，之后對剩余推進劑排空，防止爆炸產(chǎn)生空間碎片。被動排放時機通常是在航天器發(fā)生意外嚴重故障且無法再恢復(如航天器母線故障、遙控遙測故障等發(fā)生后與地面失聯(lián))狀態(tài)下，貯箱或氣瓶內(nèi)的壓力異常升高到預定的壓力值時，或者某些敏感位置的溫度異常升高到預定的溫度值時。5.2.3.2.1剩余推進劑主動排放流程建議如下：a)確認航天器任務(wù)終止，并具備排放實施條件。b)按照GB/T34513—2017的要求，根據(jù)航天器具體情況進行離軌。c)排空推進劑：1)使用發(fā)動機或推進劑排放裝置進行排空；2)在排放過程中，確保航天器姿態(tài)可控；3)在排放過程中，若出現(xiàn)發(fā)動機或排放裝置溫度偏低的情況，可通過加熱器或太陽照射提高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)推進劑貯箱壓力變化判斷是否已經(jīng)排空推進劑，通常情況下若推進劑排空，則貯箱壓力下降速率會突然變大；5GB/T40536—20216)根據(jù)推進劑貯箱和高壓氣瓶的壓力確定是否排空高壓氣體。5.2.3.2.2剩余推進劑被動排放流程建議如下：b)推進劑貯箱或高壓氣瓶的壓力或溫度超過預設(shè)的排放壓力或溫度結(jié)論。操作的依據(jù)。b)地面觀測系統(tǒng)對排放任務(wù)結(jié)束后的航天器軌道進行跟蹤觀測，納入編目體系，長期運行監(jiān)視，驗證排放效果。b)試驗驗證。重點對被動排放的可靠性、被動排放控制相關(guān)參數(shù)的合理性和敏感性開展試驗驗c)復核復審。通過復核復審，對排放路徑設(shè)計的可靠性安全性、排放時機和排放流程的合理性、在軌監(jiān)測和效果評估方案的完備性等進行確認。6GB/T40536—2021推進劑排放裝置應(yīng)能夠在控制指令或預設(shè)的排放條件下，實現(xiàn)單推進劑排放裝置應(yīng)有防冷凍阻塞的措施，避免在推進劑排放到真空環(huán)境過程中產(chǎn)生的低溫效應(yīng)將裝置內(nèi)的推進劑凍結(jié)并阻塞排放路徑。推進劑排放裝置應(yīng)有減小排放對航天器姿態(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。循以下原則：a)任何情況下，推進劑排放裝置故障不應(yīng)影響推進系統(tǒng)性b)推進劑排放裝置應(yīng)至少具有兩道排放禁止設(shè)計，防止在航天器正常工作的情況下發(fā)生意外c)推進劑排放裝置應(yīng)從結(jié)構(gòu)上保證排放推進劑的唯一性，不同推進劑排放應(yīng)相互隔離；d)排放裝置的排放速度不應(yīng)超過貯箱允許的最大流速。驗收試驗推進劑排放裝置研制試驗的試驗項目和指標要求應(yīng)按照推進劑排放裝置設(shè)計要求和航天器相關(guān)研制試驗要求進行。主要試驗項目包括：a)功能和性能測試；b)密封性能測試；c)壓力試驗；d)環(huán)境試驗。a)推進劑排放裝置排放禁止設(shè)計驗證。在排放禁止功能激活的情況下，除非到達其他額外設(shè)定的設(shè)計條件(如壓力接近爆破壓力),剩余推進劑排放裝置不應(yīng)響應(yīng)任何排放相任何排放相關(guān)的動作。b)推進劑排放裝置靈敏度驗證。在排放禁止功能關(guān)閉的情況下，通過改變推進劑排放