小卫星发展迅猛 空间碎片管理标准需积极跟进

日期:2016-09-13 / 人气: / 来源:本站

小卫星发展迅猛 空间碎片管理标准需积极跟进

腾讯太空讯 由中国航天技术及应用标准化协会等主办,中国航天标准化与产品保证研究院承办的中国小卫星技术与标准化论坛,8月31日在北京举行。

在本次论坛上,国家航天局空间碎片监测与应用中心副主任刘静向大家表示,小卫星发展迅猛,数量增长可能未来是一个井喷的局面,对小卫星的担忧,在国际社会已经成为一个热点。其实对于比较大的卫星,空间碎片的减缓管理是有一套国际规则,各个国家也有相关的一些标准。对于小卫星这样一个新生事物,标准还在制定过程中。

空间碎片的数量是剧增的,现在最大的十厘米以上的已经到了两万多个,越小的越多,大于一厘米的目前已经超过了五十万,未来这个数量还会继续增长。在航天器常用的轨道上,空间碎片是非常密集的,现在所有在轨的物体里头,空间碎片的数量是占到95%,只有5%还在工作运行。空间碎片对航天器的危害主要是撞击,大的碎片撞击是致命的,很小的碎片打上去可能会导致航天器彻底损坏,毫米级以下的碎片撞击累计效应可能会影响航天器的工作。目前在轨的这么多碎片它的来源是什么?最多的50%是由于撞击,最多的是来自于二百多次的在轨解体事件,包括航天器故障,包括航天器损伤,都是由于小的碎片,这个风险和危害是非常严峻的,也是一个很严峻的挑战,对航天的发展

小卫星发展迅猛 空间碎片管理标准需积极跟进

正因为空间碎片这些危害,在国外对空间碎片减缓的呼声已经达成很高的共识。在2007年联合国通过了一个空间碎片减缓准则,这个准则可以看到有七条明确的要求。比如不要释放碎片,禁止解体,不要产生碰撞,不要自己引爆等等,很多国家在这个准则发布之后,都颁布了自己相关的航天标准,来约束航天的行为。在2011年鉴于这种形势,在联合国开展了一个外空活动长期可持续性工作组,工作组的指南有环境的,有天气的,碎片的,还有法律的等等。我参加的这个空间碎片组,现在讨论出来八条规则,有可能在未来两年成为联合国的一些规则。目前这套规则在今年6月份已经通过了其中的两条,一个是共享信息,第二个市改进轨道精度,这个都是为了防止碰撞,碰撞是空间变得很糟糕的一个很重要的原因。由于各个国家技术能力不同,有的国家担心规则的颁布,会对他的发展不利,因为联合国是一个协商一致的平台,所以这些还没有通过,在讨论过程中。将来通过了,对咱们国家的小卫星发展也是一个很大的影响。

另外一个平台就是国际标准化组织,目前有关空间碎片的标准已经发布了18项,其中有一项总体的要求,就是空间碎片减缓的要求,这是2011年发布的。现在正在更新,因为形势发展,正在更新。这里头有涉及到我们空间碎片减缓设计的,还有一些实验规范,还有防止在轨解体和碰撞的。为了支撑这些标准的实施,技术能力的发展非常必要。目前美国是卫星最多的国家,他的空间资产安全对他来讲是很重要的一个事,所以美国联合空间操作中心发出警告,另外针对民间的商业预警系统,也在防止碰撞。不管是美国还是欧洲一些国家,避碰已经成为很常见的航天事件了。法国卫星2015年共规避碎片21次,实际法国并没有多少卫星。美国NASA卫星2015年共执行碰撞规避机动26次,咱们国家风云的碎片有五次威胁到他。国际空间站从99年到现在已经规避25次,ESA减缓工作非常成体系。

小卫星发展迅猛 空间碎片管理标准需积极跟进

我国在1995年受国际上的约束,参加了空间碎片组织,之后逐渐在技术能力上有些发展,也制定了我国空间碎片减缓的管理办法。我国已经成为第二卫星大国了,在轨卫星数量是第二位了。我们有一个计算,我国的卫星2015年共发生7320次危险交会,红色预警87次,黄色预警538次,蓝色预警6695次。在目前一百多颗卫星是这样的风险,等到未来小卫星上去了,交会会非常多。我国在2015年的时候发布了空间碎片减缓与防护管理办法,后续航天全寿命的管理要结合这个办法进行。同时为了支撑这个减缓管理办法的实施,国家航天局或者科工局组织编制了多项空间碎片标准。这个是我们目前新发布的空间碎片减缓管理办法的主要内容,对管理办法的责任主体做了规定,谁的卫星,他就对这个卫星整个全寿命过程具有直接的责任,如果你碰到了别人,你要补偿。如果你碎了,你也要受到处罚等等。每个大的航天部门都应该发了这样的文件。

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这是我国空间碎片标准体系,从减缓、防护还有监测预警三个方面,对技术上、管理上做了一系列的要求。在这个标准体系下,已经制定了47项标准,其中有一部分已经转化成QJ标准。为了推进空间碎片的减缓管理工作,也为了保证咱们航天用户的安全,在15年6月成立了空间碎片监测与应用中心,这个中心主要任务,就是要用这个监测数据来支撑航天器的在轨安全。同时也是做一些减缓的办法解释,以及推动宣贯等工作,以及开展相关领域 的国际合作。

小卫星的空间碎片减缓,小卫星是一个卫星,一定要从刚才讲到的航天器的空间碎片减缓规定,由于小卫星的一些特点,它的要求会有一些不同。小卫星这几年发展非常迅猛,到2014年小卫星发射比例已经超过了通常的卫星,所以未来这个趋势会更加迅速。这个是我们的小卫星星座计划,小卫星上去是成群结队的,leosat140颗,oneweb648颗,长光公司有138颗的计划。国际上有人做了分析,小卫星不减缓,不去执行比较严格的减缓措施,未来我们空间,现在我们是两万颗在轨的,未来这个数量会达到九万十万,这样的话,空间密度会很大,上去之后,有可能上去没两天就被撞了,撞完之后产生更多的碎片,没法工作了。小卫星空间碎片减缓是一个势在必行的事情,小卫星减缓执行率的影响,如果能够很好的执行,不至于到没有地方放的地步。

小卫星发展迅猛 空间碎片管理标准需积极跟进

设计阶段,轨道选择,可靠性设计,死亡设计,燃料设计,运行阶段,交会评估,任务后处置阶段,具体的不细讲了,轨道选择,我要选东西特别少的地方,选大气密度比较大的区域,一旦执行任务失败,放在空间碎片少的区域,对它自身安全也是一个保障。可靠性设计,要有钝化和离轨的能力,选择不容易解体的材料。死亡设计,再入过程中能够尽量燃烧的材料。小卫星一定要带燃料,,没有燃料,即使发生危险,自己也没法躲,所以要带足燃料。这个图,前面小卫星星座可以看到,大部分一千多公里,一千多公里这个位置是个空,如果几千颗上去了,这个空也没了。

运行阶段,大家要去避碰,交会评估,请有能了机构执行24小时的交会评估服务,一旦有危险,避开。建议每个小卫星都带GPS精准定位的设施,这样位置定的很准,避免浪费燃料。任务后处置就不细讲了。oneweb小卫星星座,2020年部署完成,648颗星,包括装GPS五,包括它的寿命考虑,它所有的小卫星到寿命结束以后,只在轨五年,1200公里,寿命是很长的,但是他只在轨五年,到时候就离轨。另外它的材料做了很好的死亡设计,还有就是协调,他会把他的数据及时公布到一些网站上,让航天器相互之间能够协调。他在航天器上装了可以被别人清除的扣,它的目的,第一保证自己安全,第二保证我对别人不产生影响,这样它上天才不会成为国际社会谴责的一个对象,不然这种小卫星一成群结队上去,对大家所有的影响都是非常不利的。时间关系,我就讲的快一些。

小卫星的发展以及巨型星座计划的实施,会使空间物体数量剧增,所以小卫星立法在联合国正在讨论中,标准正在制定。因为小卫星质量小、成本低,所以每次一放都是一大群,空间环境影响是巨大的,所以小卫星应该遵从更加严格的空间碎片减缓管理。通常航天器是25年的寿命要求,小卫星应该寿命特别短。最后,小卫星星座它的运行管理应该是未来实施的空间交通管理很重要的内容,我们应该提前统筹规划,加紧研究和制定我国小卫星设计运行和处置的管理要求和技术标准。

作者:中立达资产评估


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