（高清版）GBT 43224-2023 运载火箭轨道级处置详细要求

49.140运载火箭轨道级处置详细要求2023-09-07发布国家市场监督管理总局1GB/T43224—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定度为非等效。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归口。本文件起草单位：上海宇航系统工程研究所。ⅡGB/T43224—2023运载火箭轨道级及其在轨解体、与其他太空物体碰撞产生的碎片是目前空间碎片的主要来源之一。因此，有必要对运载火箭轨道级的处置设计和实施提出严格要求，起到减少操作性碎片数量、降低自身在轨解体可能性、缩短运载火箭轨道级在地球受保护太空区域停留时间的作用，从而减小与其他太空物体发生碰撞的概率、减缓空间碎片增长的趋势。同时，运载火箭轨道级及其碎片再入大气层时，对地球表面人员、财产和空中飞行器构成一定威胁。因此，需对其涉及再入大气层的设计与实施明确相关要求。为此，本文件参考ISO20893:2021中的运载火箭轨道级离轨、再入方面内容，并结合我国国情和国内外工程经验，提出离轨和再入两方面的设计和实施详细要求，规范相关工作，以此作为运载火箭轨道1运载火箭轨道级处置详细要求本文件规定了运载火箭轨道级(以下简称“轨道级”)离轨与再人两方面处置活动设计与实施的原2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T32295—2015运载火箭剩余推进剂排放设计要求GB/T34513空间碎片减缓要求GB/T38194—2019运载火箭操作性碎片减缓设计要求3术语和定义GB/T34513界定的以及下列术语和定义适用于本文件。轨道级完成处置机动后所停留的轨道。衰减轨道decayorbit导致轨道级再人大气层的轨道。轨道级处置设计与实施一般遵循以下原则：a)不影响运载火箭既定任务的可靠性和安全性，或者经评估带来的风险可以接受；b)与GB/T34513中关于从受保护区撤离的内容不冲突；2GB/T43224—2023c)处置方案简单可靠，新技术验证充分。5处置规划5.1航天器与运载火箭双方协调在航天器工程论证之初，航天器与运载火箭双方开展协调工作的要求如下：a)应针对轨道级轨道寿命和再入伤亡风险约束条件，运载火箭方与航天器方协调商定发射轨道的入轨和分离条件，使得轨道级处置能够满足要求；b)运载火箭方应拟定并向航天器方提供轨道级处置可选方案；c)对于无法满足处置要求的发射轨道，运载火箭与航天器双方应优先探索替代方案以改善处置轨道初始条件。注1:若航天器计划在入轨后实施明显推进机动(比如轨道爬升、轨道倾角改变、漂移率改变等),入轨替代方案能够获得等效结果。比如，航天器在进入最终轨道所需的速度增量不变前提下，权衡转移轨道的轨道倾角和近地点高度。另外，对于执行低地球轨道(LEO)任务但无法满足25年轨道寿命要求的轨道级，通过降低发射轨道的高度或近地点高度，航天器随后变轨至最终轨道也是一种可行方案。此类协调能够形成双赢的解决方案。注2:若轨道级处置轨道为大椭圆，协调合适的升交点赤经，借助日月引力摄动能够显著改变其近地点高度。d)对于搭载情况，航天器搭载方与运载火箭方应根据搭载航天器轨道需求、离轨能力和轨道级处置特性，协调轨道级处置方案与搭载器的兼容性。轨道级完成既定任务后，若停留或周期性穿越GB/T34513规定的LEO或地球静止轨道(GEO)受a)应优先采取安全回收或以受控主动离轨方式直接再人到地球表面安全区域，确保再人引起的伤亡概率不大于10-*;注1:导致人员伤亡的碎片动能下限值一般取15J。b)对于近地点轨道高度不超过2000km、不具备安全回收或受控再入能力且随机再人伤亡概率不大于10-“的轨道级，其轨道寿命不应超过25年限制，应优先通过离轨缩短其轨道寿命并完注2:ISO24113:2019已删除将轨道级抬升至2000km以上高度的方案。注3:通常，处置后的轨道级初始衰减轨道选择椭圆轨道比近圆轨道需要更少能量。注4:轨道级轨道寿命起算点以既定任务结束时刻为准，后续离轨机动、周期性飞出受保护区时段均算人轨道寿命。c)对于近地点轨道高度不超过2000km、轨道寿命不超过25年且随机再入伤亡概率不大于注5:满足轨道寿命要求的轨道级对应的平均轨道高度一般低于600km。d)对于近地点轨道高度超过2000km的轨道级，应采取变轨措施，改变近地点或远地点高度，确保其处置轨道至少100年内不再进入LEO和GEO受保护区域并完成钝化。注6:将轨道级变轨至地球逃逸轨道是一种备选方案。注7:100年起止时刻从轨道级变轨机动完成开始，直至其轨道第一次进入受保护区域。5.3处置大纲制定处置大纲的阶段和内容要求如下：3处置大纲；b)处置大纲应针对离轨、再入处置系统的设计、试验验证和效果评估工作制定的详细要求和计5.3.2离轨处置计划离轨处置计划应包括以下方面。a)成功离轨概率及其置信水平。b)器箭分离时轨道级的标称轨道参数。c)轨道级所选处置方法描述(安全回收、受控再入、无控再入、进入处置轨道)以及支撑性背景信息。d)轨道级处置轨道的弹道特性细节，其中，需考虑分离干扰和钝化影响。e)成功完成轨道级处置所需的各系统特性和能力。f)对轨道级处置或变轨机动所需的推进剂、电源、控制能力和通信的估计及其散布。g)针对剩余推进剂不够或处置功能失效制定应急方案，并提供相应依据、后果以及轨道级的最终状态。h)优先按以下选项制定应急方案：1)选择一条轨道寿命尽量短的衰减轨道；2)选择一条与受保护区域未来发生干涉概率尽量小的处置轨道。针对停留或穿越LEO受保护区域的情况，再入处置计划应包括以下方面。a)再入伤亡风险及其置信水平。b)事先设定受控再入的实施条件，比如推进剂余量下限值，离轨动力是否正常等。受控再入前，箭机自主判断是否满足受控再入条件。一旦条件不满足，则取消再入机动，改为实施降轨和钝化操作。c)若选择受控再入，考虑散布情况下，确定轨道级再入和碎片坠落点所在地理区域以及相关的伤亡风险。d)若选择受控再入，制定处置和再入行动时序，需提前通知的个体和(或)实体清单及其通知时间。5.3.4成功处置概率结合推进剂剩余量、电源、可控性、冗余损失等因素计算得到的轨道级成功处置概率不应低于GB/T34513中的相应要求值。6离轨详细要求在姿态可控的前提下，轨道级主动离轨所用动力按以下要求选择：4GB/T43224—2023a)对于既定任务结束后主发动机具备再次点火条件的轨道级，应采用其主发动机再次工作的方式实施主动离轨；b)对于既定任务结束后主发动机不具备再次点火条件，但辅助推力器仍能工作的轨道级，应采用其姿控正推推力器工作的方式实施主动离轨；c)对于既定任务结束后主发动机和辅助推力器均不能工作的轨道级，应优先采用剩余液体推进剂排放、高压气体排放等方式或几种方式组合实施主动离轨。轨道级被动离轨所用动力一般按照离轨措施的难易程度作以下分类：a)不借助任何自身装置或外部设备，仅调整合适的轨道参数，利用日月摄动等实现离轨；b)借助充气增阻装置、太阳帆、电动绳系等自身增设装置实现离轨；轨道级离轨处置时机应按以下要求选择。a)对于主动离轨方案，其离轨动作选择离轨效果最佳的轨道位置实施离轨；对于具备多次点火能力但推力较小的轨道级，优先采用多次点火的方式增强离轨效果。b)对于被动离轨方案，在不影响航天器正常在轨运行的前提下，尽快实施离轨，确保离轨动作的针对轨道级主动离轨，应设计合理的开关机方式，确保开关机信号离轨处置飞行程序要求一般包括以下内容。a)轨道级应在与航天器完全分离后开始执行离轨飞行程序。b)优化离轨姿态角和动力工作起止时间，应在确保不会污染、干扰或碰撞已入轨航天器的前提下，在器箭双方协商确定的短期内，尽量增大轨道级与航天器再次接近时的最小相对距离。对于LEO任务，再次接近的相对距离一般不小于400m。注：器箭双方协商确定的短期一般是指从器箭分离开始，直至器箭相对距离变化趋势稳定。c)离轨程序需考虑箭体调姿范围及其角速度、箭上能源、测控等因素的限制。应对轨道级主动离轨所采用动力源的推进剂进行管理，确保主动力或辅助动力的再次或多次可靠对于不能受控主动离轨直接再入的轨道级，应根据以下要求完成相关钝化措施。a)充分利用钝化过程产生的速度增量，并选择合适的箭体姿态增强离轨处置效果。b)根据GB/T32295—2015中5.1的要求确定推进剂组元排放次序、推进剂排放阀门开启时刻。5c)根据GB/T38194—2019中5.2.2、6.2的要求完成剩余高压气体排放。d)电池耗尽要求如下：1)根据标准设计程序评估电池安全余量，确保既定任务安全和任务后的处置顺利实施；2)从结构设计和电设计两方面考虑电池内部压力的释放途径；3)轨道级优先采取任务后不断电策略，将电池耗尽。e)根据GB/T38194—2019中5.4和6.4的要求完成自毁装置处置。对于采用主动离轨的轨道级，应根据GB/T32295—2015中5.3的要求对轨道级发动机、姿控正推推力器、小型固体火箭发动机工作以及剩余液体推进剂排放形成的羽流进行分析，明确离轨时与航天器的最小安全距离和方位，确保不影响航天器正常工作。6.3.4姿态控制离轨姿态控制分系统要求包括：a)对于具有三轴稳定功能的轨道级，应将火箭轨道级调整到预定姿态，保证火箭轨道级剩余推进剂管理以及离轨整个过程中姿态的稳定性；b)对于不具有三轴稳定功能的轨道级，应优先通过自旋方式保证离轨时推力方向的稳定性。轨道级应设置合适的箭上设备以配合监测系统对其离轨过程进行跟踪和效果评估。7再入详细要求轨道级再入详细要求如下：a)非重复使用轨道级的受控再入落点距离陆地应不小于370km;b)尽量避免轨道级实施无控再入；c)非重复使用轨道级应采用合适的材料和布局设计，尽可能使其残骸在再入过程中烧蚀消亡。8效果评估在运载火箭飞行试验任务结束后，运载方应结合监测数据，选择合适的轨道动力学模型，计算轨道级的轨道寿命仿真和预报落区，完成对轨道级离轨效果的分析评估工作。9文档记录轨道级处置活动完成后，应对处置方案、处置大纲、处置活动成功确认、再人残骸处理等相关结果完成文档记录。6GB/T43224—2023[1]ISO17546Spacesystems—Lithiumionbatteryforspacevehicles—Designandverificationrequire-ments[2]ISO20893:2021Spacesystems—Detailedspacedebrismitigationrevehic