ISO 14624-12023 航天系统材料的安全性和兼容性第1部分材料向上可燃性的测定标准立项发展报告

航天系统材料的安全性和兼容性第1部分：材料向上可燃性的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SpaceSystems—SafetyandCompatibilityofMaterials—Part1:DeterminationofUpwardFlammabilityofMaterials摘要随着全球航天工业的迅猛发展，航天器材料的安全性与兼容性问题日益成为制约任务成功率和乘员安全的关键因素。在微重力或富氧环境等极端工况条件下，材料燃烧行为与地面常压环境存在显著差异，其可燃性评估方法亟需标准化、体系化支撑。ISO14624-1:2023《航天系统材料的安全性和兼容性第1部分：材料向上可燃性的测定》是国际标准化组织（ISO）航天系统与操作装置技术委员会（ISO/TC20/SC14）发布的一项重要国际标准，规定了材料在向上火焰传播条件下的可燃性测定方法。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、试验方法体系及其与国内外相关标准的协调关系，深入分析了其在载人航天器舱内材料筛选、运载火箭结构材料选型及航天器地面安全性验证中的关键作用，并对标准实施的技术难点和应用前景进行了前瞻性研判。报告指出，该标准作为航天材料阻燃性能评估的基础性方法标准，对推动我国航天材料标准体系建设及国际互认具有重要意义。关键词：航天系统；材料安全性；向上可燃性；阻燃性能；ISO14624；标准化Keywords:Spacesystems;Materialsafety;Upwardflammability;Flameretardancy;ISO14624;Standardization1.引言1.1研究背景航天材料的可燃性评估是保障航天器飞行安全的核心环节之一。自20世纪60年代载人航天计划启动以来，国际主要航天大国陆续发生多起由材料燃烧引发的安全事故，推动了航天材料可燃性测试方法的系统研究。例如，1967年"阿波罗1号"舱内火灾事故直接催生了NASA对舱内材料可燃性的严格管控体系。在航天器密闭舱段中，材料一旦被引燃，火焰沿材料表面向上传播的速度远快于水平或向下传播，且火焰传播过程受重力、气流方向和材料朝向等因素显著影响，故需针对性建立垂直方向可燃性测定的标准化试验方法。ISO14624-1:2023正是基于这一工程需求，由国际标准化组织协同各成员体历时多年研制而成，为航天器材料的阻燃选材、质量控制和安全性认证提供了统一的技术依据。1.2标准基本信息-标准编号：ISO14624-1:2023-标准全称：Spacesystems—Safetyandcompatibilityofmaterials—Part1:Determinationofupwardflammabilityofmaterials-中文名称：航天系统材料的安全性和兼容性第1部分：材料向上可燃性的测定-发布机构：国际标准化组织（ISO）-所属技术委员会：ISO/TC20/SC14（航天系统与操作装置分技术委员会）-ICS分类号：49.140（航天系统和操作装置）-发布日期：2023年10月10日-标准状态：现行-国别：国际组织-语言：英语2.标准立项背景与需求分析2.1航天材料安全性评估的行业需求航天器在发射、飞行和返回过程中面临极为苛刻的热环境条件。舱内材料（包括电缆绝缘层、密封材料、隔热材料、结构复合材料及内饰材料等）一旦暴露于火源或过热点，若其可燃性未得到有效控制，将严重威胁航天员生命安全和任务成功。尤其是现代航天器大量采用轻质复合材料和高分子材料，这些材料在富氧环境下往往呈现与常压空气环境截然不同的燃烧行为，其向上火焰传播速率显著加快，起火风险显著增大。因此，国际航天工程界迫切需要建立统一且可重复的材料向上可燃性测试方法，用于航天材料的合格判定、批次验收以及新材料研制的筛选评估。2.2国际标准化工作的推动ISO/TC20/SC14是国际航天领域标准化工作的核心技术委员会，负责制定航天系统工程、运行及地面支持设施相关的国际标准。在该委员会的协调组织下，ISO14624系列标准得以系统规划，旨在覆盖航天材料安全性和兼容性的多维度测试需求。ISO14624-1:2023的立项源于多国航天机构（包括NASA、ESA、JAXA等）对既有内部试验方法的整合需求，试图将分散于各国标准体系中的可燃性测试规程统一为国际通用方法，以促进航天材料供应商在全球范围内的产品认证互认，降低航天器研制中的重复测试成本。2.3国内外相关标准对比在ISO14624-1发布之前，各国航天机构已建立了各自的材料可燃性测试规范。例如，美国NASA-STD-6001中定义了多种可燃性试验方法；欧洲ECSS-Q-ST-70-21标准规定了材料可燃性试验的一般要求；中国则通过GJB相关标准对航天材料阻燃性能提出了要求。然而，上述标准的试验装置规格、试样尺寸、点火方式及判定准则等存在显著差异，导致不同标准体系下获得的试验结果难以直接比较，给航天器跨国合作和商业航天供应链管理带来障碍。ISO14624-1:2023的发布填补了这一空白，首次在国际层面统一了材料向上可燃性的试验条件、操作流程和结果评定方法，为全球航天材料的可比性评估提供了国际通用平台。3.标准主要技术内容3.1适用范围ISO14624-1:2023适用于评估航天器用材料（包括但不限于聚合物及其复合材料、弹性体、涂料、薄膜、织物、泡沫材料等）在标准大气压环境下、试样垂直放置条件下，材料表面火焰向上传播的可燃性特征。该标准适用于航天器舱内材料和结构材料的筛选、质量控制和设计认证，也可为航天器材料的阻燃改性研究提供标准化测试工具。3.2术语与定义标准界定了若干关键术语，包括"向上可燃性""火焰传播长度""自熄时间""烧蚀长度""余焰"等。其中"向上可燃性"特指在试样垂直安装条件下，火焰沿材料表面自下而上传播的行为特征。标准对"自熄"的判定条件作出了明确规定，即材料在移除点火源后能够在规定时间内自行终止火焰传播，且烧蚀长度不超过规定阈值。3.3试验原理与装置要求标准规定的试验原理为：将规定尺寸的矩形试样垂直安装于密闭试验箱内，以标准火焰源在试样底部边缘施加规定时间的点火，观测并记录火焰沿试样表面向上传播的行为。试验装置主要由以下几部分组成：-试验箱体：具备良好通风条件和观察窗口的密闭金属箱体，内部容积和结构尺寸符合标准附录规定；-试样固定框架：能将试样垂直稳固夹持，并保证试样底部位置与点火源相对关系的一致性；-标准点火源：采用规定规格的本生灯或其他标准化燃烧器，火焰高度、热输出和施加角度均有量化要求；-计时与测量系统：用于精确记录点火时间、火焰传播时间、自熄时间及试样烧蚀长度等关键参数。3.4试样制备与状态调节标准对试样的尺寸、数量、制备方法及状态调节条件均作出了详细规定。试样通常采用矩形片状结构，推荐尺寸为（300mm×75mm）或根据材料实际使用厚度确定。对于多层结构材料或涂层材料，标准规定了相应的试样制备原则，要求试样应代表材料在实际使用中的真实构型。试样在试验前需在规定的温度（如23℃±2℃）和相对湿度（如50%±10%）条件下进行状态调节，以确保试验结果的重复性和可比性。3.5试验程序试验程序包括以下关键步骤：1.按照标准要求制备并调节试样；2.将试样垂直安装于试验箱内的固定框架上；3.调整点火源位置，使火焰以规定角度接触试样底部边缘；4.施加点火源至规定时间（通常为15s或30s，视材料类型而定）；5.移除点火源后，持续观测并记录火焰传播行为，包括火焰前沿到达的标记位置、自熄时间以及是否出现滴落燃烧物等；6.试验结束后测量并记录试样的烧蚀长度和损毁面积。3.6结果评定与分级材料依据向上可燃性试验结果可分为"自熄"或"可燃"两类评定结论。满足以下全部条件的材料可判定为"自熄"：-移除点火源后，试样在规定时间内（如平均自熄时间不超过规定值）自行熄灭；-烧蚀长度（自试样底部至火焰传播最远损毁位置的距离）不超过规定阈值（如平均烧蚀长度不超过150mm）；-试验过程中无可燃滴落物引燃试验箱底部铺垫材料。若任一项条件不满足，则材料判定为"可燃"，不推荐用于航天器舱内等有严格阻燃要求的应用场景。3.7试验报告标准规定了试验报告应包含的完整信息，包括材料标识与批次信息、试样制备细节、状态调节条件、试验环境参数、观测记录、烧蚀测量结果、判定结论及任何偏离标准程序的说明等。规范的试验报告格式有助于不同实验室间的数据比对和质量追溯。4.标准实施与应用前景4.1在载人航天器材料筛选中的应用载人航天器舱内环境对材料阻燃性能要求极为严格。ISO14624-1:2023提供了国际公认的垂直方向火焰传播评估方法，为舱内材料——包括内饰板、电缆护套、密封件、软质座垫及航天服材料等——提供了一套定量可比的可燃性分级工具。工程实践中通常将ISO14624-1与其他相关标准（如烟密度测试、有毒气体释放测试等）结合使用，构建完整的材料安全性评价体系。采用ISO14624-1作为选材依据，有助于在全球供应链中统一质量门槛，推动航天材料供应商按照国际标准进行产品研发和生产控制。4.2在商业航天和深空探测中的应用近年来，商业航天蓬勃发展，SpaceX、蓝色起源等企业大力推动低成本航天运输系统的研制，可重复使用火箭和商业空间站对材料阻燃性能验证提出了更高频次、更短周期的需求。ISO14624-1:2023作为国际通用的高效测试方法，可有效缩短材料认证周期，降低重复测试成本。同时，在月球和火星探测等深空任务中，舱内环境控制与生命保障系统对材料安全性的要求进一步提升，ISO14624-1所确立的标准方法亦将成为深空探测航天器材料筛选的基础工具之一。4.3与我国航天标准体系的衔接我国航天标准化工作近年来取得了长足进步，在材料阻燃性能测试领域已建立了相应的国家标准和军用标准。ISO14624-1:2023的发布为我国航天材料测试标准的修订和完善提供了重要参考。通过跟踪和研究该国际标准的技术细节和试验参数，有助于我国航天企事业单位把握国际航天材料安全标准的最新动态，推动我国航天材料标准体系与国际接轨，促进航天产品的国际化合作与贸易。5.主要修订单位介绍5.1国际标准化组织航天系统与操作装置分技术委员会（ISO/TC20/SC14）ISO/TC20/SC14是ISO下设的负责航天系统与操作装置领域标准制定的分技术委员会，其秘书处设于美国航空航天学会（AIAA）。该委员会汇聚了来自全球主要航天国家的标准化专家和技术代表，负责制定涵盖航天系统工程、接口、操作、环境、材料与工艺等方面的国际标准。ISO14624系列标准即由该委员会下属的工作组负责研制和维护，其工作范围涵盖航天材料安全性、兼容性和环境适应性等多个重要方向。5.2中国参与单位及其贡献中国作为ISO的常任理事国和ISO/TC20/SC14的积极成员，长期以来深度参与该委员会的各项标准化工作。国内航天材料领域的主要参与单位包括中国航天标准化研究所、中国航天科技集团有限公司下属相关研究院所等。上述单位通过全国航天标准化技术委员会平台，组织国内专家跟踪研究ISO14624系列标准的修订动态，参与国际标准草案的技术评议和投票工作，并结合我国航天工程的实际需求，组织开展相关验证试验和数据积累工作，为我国在国际航天材料标准化领域争取话语权发挥了积极作用。同时，国内相关研究机构也在积极推动将ISO14624-1的技术内容转化为我国国家标准或行业标准，以促进国内外标准的协调发展。6.结论与展望ISO14624-1:2023《航天系统材料的安全性和兼容性第1部分：材料向上可燃性的测定》是国际航天标准化领域一项重要的基础性方法标准。该标准统一了航天材料垂直方向火焰传播性能的测定方法，为载人航天器、运载火箭及深空探测器等各类航天器的材料选型和安全性认证提供了国际通用的技术工具。标准的发布与实施，将有力促进全球航天材料供应商之间的公平竞争和技术交流，降低跨国产航天项目的系统集成风险。展望未来，随着航天技术的快速发展和新材料体系的不断涌现，ISO14624系列标准将持续修订和完善。建议国内相关标准化技术组织和航天器研制单位密切关注该标准的后续修订动态，加强标准验证试验数据积累，积极推动该标准向我国标准的转化应用，同时结合我国航天工程的特色需求，在国际标准制修订中发挥更加积极和主动的作用。通过深化国际标准化合作，不断提升我国在航天材料安全性评估领域的技术能力和国际影响力，为建设航天强国提供坚实的标准化支撑。参考文献[1]ISO14624-1:2023,Spacesystems—Safetyandcompatibilityofmaterials—Part1:Determinationofupwardflammabil