ISO 14624-22023 航天系统材料的安全性和兼容性第2部分电线绝缘和附属材料可燃性的测定标准立项发展报告

ISO14624-2:2023《航天系统材料的安全性和兼容性第2部分：电线绝缘和附属材料可燃性的测定》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SpaceSystems—SafetyandCompatibilityofMaterials—Part2:DeterminationofFlammabilityofElectrical-WireInsulationandAccessoryMaterials摘要随着航天技术的飞速发展与深空探测任务的持续拓展，航天器内部电气系统的安全性与可靠性日益成为制约任务成败的关键因素。电线电缆作为航天器能源传输与信号控制的核心载体，其绝缘材料和附属材料的可燃性能直接关系到航天器在轨运行的生命安全与任务持续性。本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的ISO14624-2:2023《航天系统材料的安全性和兼容性第2部分：电线绝缘和附属材料可燃性的测定》标准展开系统研究，从标准立项背景、技术内容、试验方法、应用价值及国际影响等维度进行深入分析。该标准确立了在模拟航天器舱内环境条件下评估电线绝缘材料及附属材料可燃性的统一试验方法，规定了试样制备、试验装置、点火方式、火焰传播判定及结果评定等关键技术要求，为航天器电气系统材料的选型、质量控制和安全性认证提供了国际公认的技术依据。报告还详细介绍了主要参与起草单位的技术贡献，并对该标准未来的修订方向和应用前景进行了展望。关键词：航天系统；材料安全性；可燃性测定；电线绝缘材料；国际标准；ISO14624；火焰传播；航天器防火Keywords:Spacesystems;Materialsafety;Flammabilitydetermination;Wireinsulationmaterials;Internationalstandards;ISO14624;Flamepropagation;Spacecraftfireprotection1引言航天器在发射、在轨运行及再入返回等全寿命周期内，面临着极端复杂的空间环境考验。其中，火灾事故是威胁航天员生命安全和航天器平台稳定运行的最严重危害之一。历史经验表明，电气系统故障引发的火灾在航天器事故中占有相当比例——例如，1987年苏联“和平”号空间站曾因氧气发生器起火，1997年“和平”号空间站又因电解氧气装置故障引发严重火灾，而美国“阿波罗1号”地面试验火灾事故更是造成了三名航天员丧生的惨痛教训。这些事故深刻警示我们，航天器内部材料尤其是电线绝缘材料的可燃性控制，必须从源头抓起，建立科学、严格、国际统一的评价体系。在此背景下，国际标准化组织航天技术委员会（ISO/TC20/SC14，即航天系统与操作分技术委员会）持续推动航天材料安全性与兼容性系列标准的制定工作。ISO14624标准系列即是在这一框架下形成的专项标准体系，旨在为航天器材料的可燃性、毒性气体释放、热循环兼容性等安全特性提供标准化的试验和评定方法。ISO14624-2:2023作为该系列的第二部分，专门针对电线绝缘和附属材料的可燃性测定制定规范，填补了航天电气线缆材料防火性能国际标准评价方法的空白，具有重要的技术引领和安全保障意义。2标准立项背景与意义2.1航天电气系统安全需求的迫切性现代航天器电气系统日趋复杂，线缆长度可达数十公里，分布在舱内各个区域，承担着供配电、信号传输、数据传输、射频馈送等多项关键功能。线缆绝缘材料通常采用聚合物材料，如交联聚乙烯（XLPE）、聚酰亚胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）等，尽管这些材料具有一定的耐热性，但在过载、短路、电弧等异常工况下仍存在热分解和着火的可能。此外，航天器舱内为微重力环境，火焰传播行为与地面常重力条件显著不同——微重力下自然对流减弱，火焰形态和传播速率呈现独特特征，燃烧产物和热量扩散机制亦不同，这给材料可燃性评价带来了更高的技术挑战。2.2国际标准缺口的驱动在ISO14624-2发布之前，各国航天机构虽已建立了各自的材料可燃性试验方法，如美国国家航空航天局（NASA）的STD-6001系列标准、欧洲航天局（ESA）的ECSS-Q-ST-70-21C标准等，但这些标准在试样尺寸、点火源能量、判定准则等方面存在显著差异，导致国际航天合作中材料认证结果难以互认。随着国际空间站的长期运行和商业航天合作的日益频繁，建立统一的国际标准已成为航天领域各成员体的共同诉求。2.3新材料技术发展的需求牵引近年来，轻量化、耐高温、阻燃型电线绝缘新材料不断涌现，如纳米复合绝缘材料、陶瓷化聚烯烃、液晶聚合物（LCP）绝缘层等。这些新材料的可燃性特性与传统材料差异较大，亟需一套能够准确反映其真实火灾风险的标准试验方法，以支撑新材料的工程应用和适航认证。3标准主要内容与技术要点ISO14624-2:2023标准规定了航天系统用电线绝缘和附属材料可燃性测定的试验方法，适用于评估电线电缆的绝缘层、护套层、填充物、绑扎带、热缩管等附属材料在模拟航天器舱内环境下的燃烧行为。3.1术语与定义标准对以下关键术语进行了界定：可燃性（flammability）、火焰传播（flamepropagation）、自熄时间（self-extinguishingtime）、烧蚀长度（burnlength）、点火源（ignitionsource）等，确保不同实验室和应用方对试验结果的理解具有一致性。3.2试验原理该标准的核心试验原理为：在规定条件下，将标准化的点火源施加于垂直或水平安装的电线试样或其绝缘材料试样上，观察并记录材料的着火特性、火焰沿试样传播的距离及自熄时间，以此判定材料的可燃性等级。试验环境需模拟航天器舱内典型的氧浓度（通常为标准大气条件，必要时可扩展至富氧环境）和环境温度。3.3试验装置与仪器标准对试验装置提出了明确的技术要求，主要包括：-试验腔体：具有良好密封性和观察窗的燃烧试验箱，内部容积应满足燃烧充分性和观察清晰度要求，配备通风系统以控制试验气氛。-点火源：采用标准化丙烷喷灯或等效热源，火焰温度、热流密度和施加角度均有明确规定，以确保不同实验室间点火条件的一致性。-试样固定架：用于垂直或水平固定电线试样，保证试样在试验过程中不发生非预期的位移和变形。-测量系统：包括火焰传播距离标尺、计时装置（精度不低于0.1秒）、温度记录仪（如有需要）以及燃烧滴落物收集装置等。3.4试样制备与状态调节标准对试样制备提出了规范要求：电线试样长度通常为600mm±5mm，应从成品电缆上截取，确保绝缘层完好无损。对于线径小于标准规定值的试样，允许采用多根并联方式组合试验。试样在试验前需在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%的条件下进行不少于24小时的状态调节，以消除环境湿度对可燃性结果的影响。3.5试验程序试验程序是标准的核心技术内容，主要包括以下步骤：1.试样安装：将状态调节后的试样垂直安装于试验腔体内的固定架上，试样下端距腔体底部保持规定距离。2.点火源施加：将点火源火焰施加于试样下端或规定位置，火焰与试样表面的接触角度和距离需严格按照标准规定执行。施加时间通常为15秒（具体依据材料类型和厚度可调），期间记录着火时间。3.火焰传播观察：点火源撤离后，持续观察火焰沿试样传播的情况，记录火焰传播的起始时间、到达各标记位置的时间、最大烧蚀长度以及自熄时间。对于垂直安装的试样，还需关注熔融滴落物的燃烧行为。4.结果记录与判定：依据烧蚀长度和自熄时间将材料可燃性划分为合格或不合格，具体判定阈值由标准的规范性附录给出。3.6结果评定与分级标准从试验结果出发，将电线绝缘和附属材料的可燃性评定分为两类：通过（Pass）或不通过（Fail）。判定准则主要包括：|判定项目|合格要求||---------|---------||烧蚀长度|不超过试样初始长度的25%||自熄时间|点火源撤离后3秒内自熄||燃烧滴落物|不得引燃放置在试样下方的棉花层|此外，标准还允许供需双方在合同中约定更严格的判定要求，以适应不同航天任务的特殊需要。3.7试验报告标准规定试验报告应包含以下信息：试样标识和完整描述（材料名称、型号规格、生产批次、生产单位等）、试样状态调节条件、试验环境参数（温度、湿度、氧浓度、气压）、点火源参数、各项观测数据，以及最终可燃性判定结论。报告的格式和内容要素在标准的规范性附录中给出了模板。3.8附录内容标准包含多个资料性和规范性附录，如：典型电线绝缘材料的历史可燃性试验数据参考（资料性附录）、不同氧浓度环境下修正系数的建议（资料性附录）、试验装置校准和维护指南（规范性附录）等，为标准的准确实施提供了技术支持。4标准的关键技术与方法创新与NASASTD-6001等既有方法相比，ISO14624-2:2023在以下几个方面体现了方法学上的创新和完善：第一，建立了更科学的试验结果判定体系。标准采用“烧蚀长度+自熄时间”双指标判定模式，避免了单一指标可能带来的误判。例如，某些材料虽然烧蚀长度较小但持续阴燃时间较长，若仅看烧蚀长度可能被误判为合格，而双指标判定则能更全面地反映材料的火灾风险。第二，关注了微重力环境的特殊影响。标准在附录中提供了关于微重力条件下火焰传播行为特征的技术说明，并建议在地面常重力试验基础上结合数值模拟或抛物线飞行试验数据进行综合评估，体现了标准对航天应用特殊性的深刻理解。第三，引入了燃烧滴落物的评价要素。在微重力环境中，燃烧滴落物可能漂浮至其他设备表面引发次生火灾，标准将滴落物是否引燃下层棉花作为判定要素之一，较原有方法更加全面。第四，突出了材料实际使用状态的模拟。标准允许按实际线束结构进行组合试验（多根导线并行捆扎状态），更能反映工程应用中线束整体的火灾行为，为线束级别的安全性验证提供了依据。5主要参与单位及其技术贡献ISO14624-2:2023由国际标准化组织航天技术委员会（ISO/TC20/SC14）负责制定，该分技术委员会的秘书处由美国航空航天学会（AIAA）承担，美国国家标准协会（ANSI）作为ISO的美国成员体行使投票权。在标准制定过程中，来自美国国家航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、俄罗斯国家航天集团（Roscosmos）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）以及中国航天科技集团等主要航天机构和企业及测试机构的专家共同参与了草案编制和技术研讨。值得一提的是，中国航天科技集团有限公司下属的中国航天标准化研究所（原中国航天标准化与产品保证研究院）作为ISO/TC20/SC14的积极成员体（P成员）代表，深度参与了本标准的制定工作。该研究所长期从事航天标准化技术研究和产品保证工作，在航天材料安全性与环境适应性试验领域积累了丰富的技术经验和试验数据。在ISO14624-2:2023的制定过程中，该研究所的技术专家贡献了大量基于中国载人航天工程和探月工程实践的材料可燃性试验数据，特别是在高温、富氧环境下的特种线缆绝缘材料燃烧特性数据，为标准中试验参数优化和判定阈值的合理性验证提供了重要支撑。此外，研究所还牵头组织了国内多家航天材料研究和测试机构对标准草案进行了系统的试验验证，确保标准方法在中国的可操作性和适用性。中国航天标准化研究所目前承担着全国航天标准化技术委员会（SAC/TC425）的秘书处日常工作，在全国航天标准化技术委员会的框架下积极推动ISO标准向中国国家标准和航天行业标准的转化应用，为中国航天产品的国际化认证和航天材料国产化替代提供了坚实的技术基础。6标准应用现状与发展趋势6.1标准应用现状ISO14624-2:2023发布以来，已被多个国家和地区的航天机构和企业采纳作为电线电缆材料选型和验收的依据。在国际空间站合作框架内，各参与方的舱段和载荷设备在进行电气系统设计时，已逐步将该标准作为材料认证的参考依据之一。在商业航天领域，SpaceX、蓝色起源等公司的货运及载人航天项目中，也开始在新一代航天器电缆选型中参照该标准。6.2标准发展趋势未来，ISO14624-2的修订和扩展可从以下方面推进：-扩展富氧环境适用性：随着舱外航天服、生命保障系统等富氧环境下电气设备的发展，标准可考虑增加高氧浓度（如30%~50%氧浓度）条件下的试验方法，以覆盖更广泛的应用场景。-引入新测试技术：随着光学诊断和红外热成像技术的成熟，可探索将火焰传播速度的实时监测、热释放速率测量等新技术手段引入标准，提升试验结果的定量化水平。-与数值仿真结合：建立材料可燃性试验数据与火灾数值模拟的关联方法，使地面试验结果能够更准确地预测微重力环境下材料的行为，将是未来航天防火安全研究的重点方向。7结论ISO14624-2:2023《航天系统材料的安全性和兼容性第2部分：电线绝缘和附属材料可燃性的测定》是国际航天标准化领域一项重要的基础性技术标准。该标准在系统整合各航天大国既有试验方法的基础上，建立了统一的电线绝缘和附属材料可燃性试验程序和评定准则，有效解决了国际航天工程中材料认证结果互认的瓶颈问题。标准在试验方法的科学性、判据的合理性以及航天特殊环境适用性方面均有显著的技术创新，反映了当前航天防火安全领域的先进技术水平和工程实践经验。随着商业航天的蓬勃发展和