《空间系统-空间碎片减缓要求》工程标准ISO 24113:2019正式发布
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目前,航天工业的一个显著特征是发射量的迅速增加。大量的小型航天器(特别是CubeSat)正在被各种组织定期发射入低地球轨道,其中许多组织都是新兴公司。在不久的将来,预计包括数百甚至数千颗卫星在内的大型星座将被发射到LEO。
自2010年以来,国际标准化组织(ISO)出版了一整套旨在空间碎片减缓的空间系统工程标准,该标准按照层次结构排列。主要要求在顶层标准ISO
24113中定义,层次结构中的ISO 24113以下是一系列较低层次的标准和技术报告。这些标准包含符合ISO
24113中上层要求的详细要求、实施措施和工程实践。ISO
24113的广泛采用,特别是对新进入空间行业的组织,被视为创造可持续空间环境的重要一步。
此次ISO 24113:2019的主要内容包括,在轨运行时候避免碎片的主动释放、避免在轨解体(包括对于航天器的详细空间碎片减缓要求)、航天器(包括运载火箭)的任务后处置以及减少对LEO、GEO的影响(干扰、再入风险、避碰、撞击存活率)。
ISO 24113在2011年首次发布时,尚不包括有关碰撞规避或对小碎片和微流星体撞击生存性的上层要求。这导致了ISO
24113与一些中层级别的碎片文档(如ISO 16126和ISO
16158)之间的脱节。然而,自2011年以来,行业的变化已经允许再次考虑这些要求,特别是现在正在引入一些条款,要求对航天器的碰撞风险进行积极的管理,并在适当情况下进行规避机动。在航天器的设计过程中,也有可能要求评估碎片或微流星体的撞击风险。这些新增的需求将使ISO
24113能够完全兼容之前的下层标准。
2019年7月ISO发布了大幅修订版本的ISO
24113:2019,该标准是在2011版的基础上,经过五年系统评估并加以改进最终完成的。所有的ISO标准都要经过该评估过程,以确保其保持能够适应航天工业的最新需求,ISO组织下的WG7工作组(成员包括工业界和主要空间机构的代表)负责监督ISO
24113的审查。对比ISO 24113:2011主要的变化如下。
1.术语补充
修改了“空间碎片”和“航天器”等一些术语的定义,对载荷失效但仍受控的卫星将不再属于碎片。术语解释里增加了关于任务后弃置的相关词汇,如:受控再入、弃置机动、地球轨道、运载火箭、任务、任务寿命延长、钝化、受保护区域、空间物体等,删除了管理机构。该变化旨在更全面细化各种概念的表述,增强在所有ISO空间相关标准中使用这些术语的一致性。
2.操作碎片的限制
标准中新增加了操作碎片数量和尺寸的限制。在正常运行期间,运载火箭释放到地球轨道上的空间碎片的数量将会受到限制。对于一箭一星的发射,最多只允许释放一个物体,而对于一箭多星的发射,最多只允许释放两个物体。另外,固体火箭发动机排出的炉渣颗粒尺寸应不大于1毫米。该标准对火箭发射技术门槛提出了要求,对航天器发射过程中产生的碎片数量和尺寸提出了具体要求,目的在于抑制GEO、LEO轨道上空间碎片的数量。
3.弃置要求
标准中对航天器或轨道级的弃置提出了更高的要求。旧标准中仅要求航天器或轨道级完成任务后弃置成功的概率至少为0.9。新标准中则从航天器设计、发射、在轨意外、超期服役等各种情况下,对航天器的弃置能力提出要求。即航天器无论处于何种状态,均需对弃置做好相应准备。该标准提高弃置要求,减少航天器滞留轨道对于在轨工作航天器的危害,降低空间环境中危险因素。
4.航天器在轨寿命限制
新标准中对航天器在轨寿命进行了更严格的限制,旧标准中规定LEO航天器在任务结束后的25年内完成离轨。新标准则规定如果航天器不具备机动能力,则在进入工作轨道开始后25年内完成离轨,而不是在任务结束时开始计时。修改任务后处置留轨时间可以缩短不具备机动能力的航天器在任务后对轨道其他航天器的潜在危害,该标准对不具备机动能力的卫星(尤其是小卫星星座)的轨道提出了寿命要求。