QJ 3221-2005 空间碎片减缓要求.pdf
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1、Q.J 中华人民共和国航天行业标准FL 1005 QJ 3221-2005 空间碎片减缓要求Requirements for space debris mitigation 2005-04-11发布2005一07一01实施国防科学技术工业委员会发布060508000034 Q13221-2005 目。昌为了保护空间环境,减少或消除运载器和航天器运行期间产生的空间碎片,机构间空间碎片协调委员会(TADC)于2002年4月发布了TADC空间碎片减缓指南),作为所有成员共同遵守的准则。同时(IADC空间碎片减缓指南将提交联合国外空委(UNCOPUOS),由联合国各成员国政府签署,我国也必须在未来的航
2、天活动中贯彻与实施。根据(IADC空间碎片减缓指南的要求,我们起草了空间碎片减缓要求。本标准由中国航天科技集团公司提出。本标准由中国航天标准化研究所归口。本标准起草单位:中国航天标准化研究所、八0五所、一部、五。一部、中科院空间中心。本标准主要起草人:徐春风、张文祥、张小运等3QJ 3221-2005 空间碎片减缓要求1 范围本标准规定了运载器和航天器减少空间碎片的产生、降低空间碎片对空间系统危害程度的要求和应采取的减缓措施。本标准适用于进入地球轨道的航天器和运载器的设计、发射、运行及任务后处置。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后
3、所有的修改单(不包含勘误的内容或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注目期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GJB 421A-1997 卫星术语GJB 1702一1993卫星轨道术语GJB 2496-1995 载人飞船航天工程术语3 术语和定义3.1 3.2 3.3 3.4 GJB 421A一1997、GJB1702一1993和GJB2496一1995确立的以及下列术语和定义适用于本标准。空间碎片space debris 轨道碎片orbital debris 地球轨道上的一切无功能的人造物体(包括它们的碎块和部件)。空间系统spa
4、ce systems 运载器轨道级和航天器的统称。运载器轨道级launch vehicle orbital stages 运载器滞留在地球轨道上的任一级。钝化passivation 消除或释放空间系统中存贮的、可能导致在轨爆炸解体的能源的措施。钝化措施包括将任务结束的运载器轨道级和航天器中剩余的推进剂和增压剂耗尽或排空、将蓄电池放电和压力容器减压。3.5 离轨deorbit 空间系统寿命终止前,人为地使其离开原来的运行轨道以便再人大气层所作的机动飞行。3.6 变轨reorbit 空间系统人为地从原来的运行轨道转移到弃置轨道所作的机动飞行。QJ 3221-2005 3.7 解体breakup 空
5、间系统由于自身能源激发或与其他物体碰撞等产生毁灭性碎裂,并将碎片释放进地球轨道的任何事件。3.8 3.9 处置阶段disposal phase 从空间系统飞行阶段结束起,至空间系统采取减缓措施结束止。保护区域protected regions 保护区域(见图。包括:a) 区域A,低地轨道(LEO)区域一一从地表面延伸到2000km高度的球形区域:b) 区域B,地球同步区域一一由以下高度规定的带状环形区域:一一下界高度等于地球静止轨道高度(35786km)减去200km:一一上界高度等于地球静止轨道高度(35786km)加上200km;一一纬度在一15。至150。/一-赤道飞飞圈1保护区域区域B
6、3.10 弃置区disposal region 弃置轨道disposal orbit 供永久性放置任务后的空间系统的区域(或地球轨道)。超GEO弃置区:高度在35986km以上。注:除超GEO弃置区外,其他弃置区尚未被国际社会认可,如NASA、NASDA设置的高度在2500km到19900km的低高度弃置区和高度在20500阳1到35286阳1的高高度弃置区。4 符号和缩略语2 QJ 3221-2005 下列符号和缩略语适用于本标准。LEO一一lowea巾orbit.低地轨道:GEO-geostationary earth orbit.地球静止轨道:GT命一-geostationatransf
7、erorbit.地球静止转移轨道。5 管理要求5.1 基本要求为保护空间环境,避免空间碎片危及空间活动和空间系统的安全,所有研制方和用户在规划和运行空间系统时,从立项阶段开始就应将空间碎片减缓规划引人空间系统的寿命周期。在空间系统的设计、发射、运行和任务后处置阶段采取与任务目的、费用相适应的空间碎片减缓措施,目的是使在发射、人轨、在轨运行及任务后产生的空间碎片减至最少。空间碎片减缓措施包括如下内容:a) 制定空间系统各研制阶段空间碎片减缓计划和减缓实施方案:b) 在空间系统的设计阶段落实空间碎片减缓措施;c) 在空间系统的发射及人轨阶段将空间碎片的产生减至最少的措施:d) 在空间系统的在轨运行
8、及任务后将空间碎片的产生减至最少的措施:e) 确保空间系统在轨运行阶段一旦发生故障时能有效控制空间碎片产生的应对措施;。在设计与运行管理系统中,建立与落实空间碎片管理职责,保证空间碎片减缓计划的实施。5.2 管理5.2. 我国空间碎片管理工作由国家航天局统一管理。5.2.2 空间系统的研制方应建立和完善空间碎片管理体系,每个空间项目应有空间碎片减缓责任人。5.2.3 研制方应制定空间系统寿命周期空间碎片减缓计划和实施方案,上报主管部门。5.2.4 主管部门或受其委托的有关机构(或组织)负责对空间碎片减缓汁划进行评审,并下达正式的空间碎片减缓计划。5.2.5 研制方根据下达的空间碎片减缓计划,结
9、合空间系统的研制实际,制定空间碎片减缓管理计划。5.3 减缓方案5.3.1 每个计划或项目应制订一个可行的空间碎片减缓方案并文件化。该减缓方案应包括以下内容:a) 空间碎片减缓工作的管理计划;b) 空间碎片产生方式及数量的评估与减缓措施的计划:c) 对有可能产生空间碎片风险源的限制措施:d) 空间系统任务后的处置方案:e) 有几种可能性存在时选择的理由:f) 空间碎片减缓的备选方案:g) 剪裁、弃用本标准的具体内容、理由及可能产生的后果;h) 符合本标准的建议的原始文件5.3.2 空间碎片减缓管理计划应包括以下内容:a) 根据空间碎片的不同起因,逐项明确研制单位的管理责任:b) 若对本标准进行
10、剪裁,应说明剪裁的内容和理由:c)根据空间碎片的不同起因,逐项开展碎片减缓活动,制定减缓活动的工作内容、计划进度、落实减缓责任和选用的参考文件。,、J Q13221-2005 5.4 剪裁研制方可以根据合同的要求、任务目的、经费和周期等条件,对技术上难以达到的空间碎片减缓要求或成本过高的减缓措施进行剪裁。剪裁后的空间碎片减缓的要求、采取的处置措施应形成报告,并上报主管部门批准。5.5 空间系统评审在各研制阶段的评审中应包括对空间碎片减缓方案的评审。空间碎片减缓方案的评审应包括以下内-节:a)在空间系统设计和运行中采取的空间碎片减缓措施是否与技术条件、任务要求和费用一效能一致:b) 空间系统产生
11、碎片的可能性和碎片减缓措施的选择(包括设计措施的选择是否合理。包括:一一在正常运行和故障条件下产生轨道碎片的可能性,以及相应的技术措施是否切实可行与有效:一一空间系统与空间碎片、微流星体或其他空间系统在轨碰撞产生空间碎片的可能性,以及是否有应对措施:一一任务后处置措施的选择是否合理。5.6 事后调查应调查和分析每次意外在轨爆炸或空间系统与其他物体相撞导致解体的原因,进行技术归零,提出预防类似事件再次发生的措施,完成管理归零,并将结果上报主管部门。6方案阶段6.1 限制正常运行期间释放碎片的数目6.1.1 应尽可能选择将发射阶段和运行阶段释放进轨道中的物体的数量和其他因老化同空间系统分离或剥离的
12、物体数量减至最少的设计方案。6. 1.2 不应制订任何会将物体释放进轨道的项目或实验,除非通过评估能证明从长远角度看此项目对轨道环境的影响以及对其他在轨运行空间系统的危害性低到可以接受的程度。6.1.3 对绳系系统的潜在危害性应分别作为完整系统和分离系统进行分析。6.2 使在轨解体的可能性减为最小6.2.1 不计划或不实施会导致产生长期空间的故意解体。但是,为了降低再人大气物体撞击地面的风险,不禁止在低高度上(如:90km或更低的高度上)的故意毁坏空间系统。6.2.2 应有防止在轨运行及任务后空间系统发生意外爆炸和解体的技术措施。6.2.3 不应在被保护区对空间系统及其部件实施有意的自毁。6.
13、3 防止航天器在运行阶段相互碰撞6.3.1 地球静止轨道航天器应在经度方向上相互之间保持合理的距离,防止碰撞。6.3.2 地球圆轨道上的航天器应防止与在同一高度轨道上运行的其他航天器相碰撞。6.4 任务后的处置6.4.1 应提出空间系统任务后的处置计划,确定适当的处置措施(在轨回收、再入大气层或移至弃置轨道),并具有保证完成处置所需的功能和性能的设计方案。6.4.2 确定适当的运载火箭飞行弹道方案,以便在有效载荷分离后更有效地处置上面级。6.4.3 对近地轨道航天器采取离轨措施时,-般应使其轨道寿命少于25年。7 设计阶段4 QJ 3221-2005 7.1 一般要求空间系统的设计应使其在运行
14、期间产生碎片的可能性以及使自身成为危险的碎片源的可能性降至最低。应通过设计及试验确定控制碎片产生的相关事项,并通过详细设计验证问题的解决。7.2 限制在正常运行期间释放碎片的数目7.2.1 空间系统应设计成在运行时不释放碎片:如果不得不释放,则释放碎片的数量、范围和轨道寿命应最小。7.2.2 空间系统应设计成尽可能不释放可能滞留在地球轨道上的物体,除非不择放将带来无法解决的技术或经济问题。其设计原则是:a) 单个有效载荷的发射,除有效载荷外,只能有一个部件(如:上面级进人轨道:b)多个有效载荷的发射,除有效载荷外,最多不超过2个部件(如:上面级、多有效载荷适配器结构)进人轨道:c)有效载荷中与
15、任务相关的部件(如:电线的附属物,展开天线的压紧机构、远地点助推发动机防热罩、固体推进剂推力器的喷口盖、观察仪器的保护罩、爆炸螺栓、弹簧、包带等)应设计成释放后能系留住的方式;不能系留的,应设计相应容器将其包容:d) 尽量不使用进入轨道的非有效载荷装置,禁止使用用于释放有效载荷的Yo-Yo消旋装置:e)处于亚轨道的空间物体(如:运载火箭的级、多有效载荷发射的适配器结构)不应产生进入地球轨道的空间碎片。7.2.3 应选择在空间环境中产生尽可能少的碎片的(结构、贮箱、推进剂、设备、表面材料等)材料和工艺。如:使用通过辐射、冲击、温度交变等试验证明可防止碎片大量产生的材料和工艺。7.3 便在轨解体的
16、可能性减为最小7.3.1 空间系统的每个项目都应利用故障模式和影响分析或等效分析,证明在任务中不存在可能会导致意外解体的故障模式。如果不能排除这种故障,则应通过设计或运行程序使发生故障的概率为最小。7.3.2 空间系统应设计成能在任务后排除可能发生意外解体或爆炸的起因。7.4 防止航天器在运行阶段相互碰撞在航天器运行轨道设计时,应估算和限制在轨道寿命期内同其他空间物体碰撞的概率,小碎片碰撞可引起机构的失控,妨碍任务后的处置,应采取防护措施:为了避免同己知编目的空间物体碰撞,航天器应具有规避机动的能力。7.5 任务后的处置7.5.1 回收采用返回舱回收时,应尽可能减少再人前分离、释放而留在轨道上
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