国家标准计划《空间碎片在轨主动清除服务指南》由 TC425(全国宇航技术及其应用标准化技术委员会)归口,TC425SC5(全国宇航技术及其应用标准化技术委员会空间碎片分会)执行 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 上海宇航系统工程研究所 、国家国防科技工业局重大专项工程中心 、中国科学院国家天文台 、中国航天标准化研究所 。
49 航空器和航天器工程 |
49.020 航空器和航天器综合 |
由于人类空间活动日益频繁,近地轨道上的航天器及其产生的各类空间碎片快速增长,威胁在轨航天器运行安全。
据统计,截至2024年7月,地基观测数据显示地球轨道碎片超过29000个(如下图所示),加上无法观测的微小碎片,估算数量已达百万级。
整体上,地球附近轨道上的空间碎片环境形势极其严峻。
此外,如不采取任何主动清除措施,卫星和空间碎片相互碰撞产生链式反应等,将导致碎片数量呈现指数增长,对空间轨道可持续使用造成影响。
火箭末子级、失效卫星、寿命末期卫星等大尺寸空间碎片在轨解体也会导致空间碎片(二级碎片)大量产生。
2007年1月、2009年2月发生的卫星解体事件导致空间碎片数量几乎翻倍,分别产生了数千个碎片。
近年来国际商业巨型星座快速发展,进一步恶化了空间环境。
下表给出了国际上典型的巨型星座计划,由表中数据可知,单个星座的卫星数量最多达到数万颗,远超过去数十年间所有国际发射的卫星数量的总和。
由图1可知,受商业航天活动影响,2018年左右,各类卫星的发射数量便开始飞速增长,仅几年时间便使得在轨航天器数量增加近2倍。
随着商业航天的快速发展,空间碎片问题受到国际社会高度关注,各国纷纷出台空间碎片减缓与主动清除政策,瑞士ClearSpace、日本Astro-scale 等商业公司也开始积极开展空间碎片清除服务。
近年来,我国已成为主要航天器发射大国,2023年运载火箭共计发射67次,占全球总发射次数30%以上,在轨运行航天器超过677颗。
2023年以来,我国将商业航天增设为战略性新兴产业,各地政府也纷纷出台政策鼓励发展商业航天产业,商业航天逐步迈入快速发展通道。
与此同时,我国产生的空间物体数量已接近5000个,位居世界第二,如下表3所示。
2024年8月6日,CZ-6A运载火箭发生在轨解体,产生近500个碎片目标。
加快出台并落实空间碎片主动清除标准已刻不容缓,避免空间环境先污染、后治理,推动商业航天产业健康发展。
我国高度重视空间碎片减缓工作,《2021中国的航天》白皮书指出:“建设完善空间碎片监测设施体系、编目数据库和预警服务系统,统筹做好航天器在轨维护、碰撞规避控制、空间碎片减缓等工作,确保太空系统安全稳定有序运行”。
2024年1月,在联合国外空委科技分委员会上,中国代表团发言指出“中国高度重视空间碎片防护与减缓工作,在该框架下开展空间碎片科学研究与能力建设,推动建设空间碎片标准化体系,积极参与空间碎片防护与减缓国际合作”。
在此背景下,为保护空间环境,推动商业航天事业健康可持续发展,迫切需要加快制定空间碎片主动清除服务指南,更好地协调各参与方工作,规范各相关的商业活动。
目前,我国尚无国家标准对空间碎片主动清除提出规范性的指导文件,对相关接口、任务流程、功能配置、责任划分等均无要求,一方面可能导致商业卫星无法有效适配后续在轨主动清除服务,面临后期难以接受在轨清除服务的尴尬场景。
另一方面,相关管理流程不健全,可能导致后续任务实施管理混乱且面临大量协调工作,还可能引发国际纠纷。
此外,国内各商业公司大多没有空间碎片主动清除技术积累与实践经验,对任务难度、技术风险等没有概念,后续任务实施存在较大隐患。
针对此问题,编写《空间碎片在轨主动清除服务指南》,其充分吸收采纳了在国际上已经达成的空间环境可持续发展相关举措的共识与先进思想,同时将领域内空间碎片主动清除方面的相关工程经验加以提炼,规范相关工作,推动后续商业航天健康发展。
本标准是我国《空间碎片减缓要求》的补充标准,与国际保持同步,是开展空间碎片主动清除任务的系列标准中的首份标准。
该标准将作为构建空间碎片主动清除服务总要求与低层级实施标准之间的主要接口和桥梁,起到指导与规范空间碎片主动清除任务的作用,对促进我国商业航天规范发展具有重要意义。
本标准规定了低轨、中轨、高轨等近地轨道的空间碎片主动清除操作规范,包括实施原则、空间碎片特性描述、主动清除工程实施流程、各参与方职责等。 本标准是有关空间碎片主动清除的系列标准中的首份标准。该标准将作为构建空间碎片主动清除总要求与低层级实施标准之间的主要接口和桥梁,从而确保其符合性。 本标准不涵盖厘米级及以下微型空间碎片的清除内容,有关特殊规范将在其他的文件中规定。 主要内容框架如下: 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 缩略语 5 实施原则 6 技术要求 6.1 空间碎片分类 6.2 空间碎片目标特性要素 6.3 空间碎片在轨主动清除手段选择 6.4 空间碎片在轨主动清除服务卫星能力要求 6.5 空间碎片在轨主动清除服务性能要求 6.5.1 LEO轨道空间物体要求 6.5.2 MEO轨道空间物体要求 6.5.3 GEO轨道空间物体要求 6.6 空间碎片在轨主动清除服务流程要求 6.6.1 服务流程阶段划分 6.6.2 服务各阶段要求 7 空间碎片清除计划