减缓技术指南和标准的优化方案

为了减少空间碎片的产生，目前世界各个从事航天活动的国家或者组织都颁布了各自的空间碎片减缓指南或者标准来抑制空间碎片的增长。目前，国际上主要的减缓指南和标准有NASA碎片减缓标准、IADC空间碎片减缓指南、ESA碎片减缓标准、NASDA碎片减缓标准、RSA标准、CNES标准。

1.NASA碎片减缓标准

NASA第一个空间碎片减缓标准是NASA安全标准1740.14，这个标准是在NASA管理指令1700.8关于“限制空间碎片产生的政策”的基础上制定的。在该安全标准正式通过以后，NASA要求所有的计划和项目在设计和研发阶段就必须提供空间碎片评估报告，其主要内容包括五个方面：

（1）在轨碰撞评估。

由于大尺寸的空间碎片对航天器具有毁灭性的破坏能力，一旦大尺寸碎片与某一在轨航天器相撞，会进一步产生更多的小尺寸空间碎片，这些小碎片又会对其他在轨航天器产生威胁，因此，NASA安全标准要求对航天器在执行任务期间与大碎片碰撞的概率进行评估，并且还要求对各类具有潜在威胁的小碎片可能造成的损伤进行分析，尽量在任务开始阶段就将可能预见的各类碰撞问题考虑周全。

（2）任务后处理原则。

该安全标准规定运载火箭末级或者即将失效的卫星需要转移到预定的处理轨道或者寿命小于25年的轨道，尽量减少火箭末级或者失效卫星在有效轨道停留的时间，从而减小对其他在轨航天器的威胁。在这个处理过程中，还需要对处理方案的可行性进行评估和分析，以保证处理方案能够有效、正常地进行。

（3）在轨解体碎片尺寸限制。

在轨解体可以分为意外解体或者人为解体两种情况。意外解体一般是由于航天器发生意外撞击事故或者自身的意外爆炸事故引起的解体，而人为解体是指在人为控制下进行的有目的性的解体。该安全标准不论对于何种解体事件，都要求控制解体发生时所产生的碎片尺寸大于1 mm的碎片数量，同时，还要求控制航天器发生意外解体事件的概率。

（4）任务期间碎片的产生和释放。

由于运载火箭和航天器在运载或正常运行过程中一定会产生碎片，并且还存在一些必须抛弃的组件，因此，该安全标准对任务碎片进行了明确定义，除了在运载与在轨过程中不可控的碎片外，任务碎片还包括了类似整流罩这类大尺寸组件，同时对尺寸大于1 mm的碎片释放数量及其轨道寿命进行了限制。

（5）碎片再入限制。

该安全标准对航天器产生的无控再入碎片的大小及数量进行了严格的限制。

2.IADC空间碎片减缓指南

《IADC空间碎片减缓指南》是IADC减缓技术组（第四技术工作组）于2002年颁布的空间碎片减缓标准，该指南是在对全球范围内主要的航天国家各自制定和颁布的空间碎片减缓标准和技术措施进行分析与评估后，以此作为基础制定的。指南所涵盖的使用范围包括从立项开始阶段到航天器和运载工具在轨运行及任务后处理阶段的全过程。在此之后，为了进一步提高《IADC空间碎片减缓指南》的指导性和可操作性，IADC减缓技术组还颁布了《IADC空间碎片减缓指南技术支持》作为其相应的配套文件。

《IADC空间碎片减缓指南》由减缓技术标准、减缓技术措施、减缓管理标注及减缓效能评估四个部分组成，其内容主要包含以下四个方面：

（1）防止在轨航天器发生碰撞。

（2）减少正常发射任务中产生的相关碎片。

（3）降低航天器在轨爆炸或者解体的风险。

（4）制定航天器任务终止后的报废处置原则。

3.ESA碎片减缓标准

ESA针对欧洲从事航天活动的国家或者机构提出了ESA安全标准，该标准主要对航天活动的三个环节提出要求：设计、管理、运行。该标准同样要求所有项目和计划必须提供可行的碎片减缓方案和措施，同时还要求对该项目或计划专门委派一人负责整个过程中减缓方案的监督和执行。ESA标准主要包括以下四个方面：

（1）任务后处理。

该标准要求航天器在任务结束后应当进行钝化处理，并且在离轨和变轨过程中应当保持钝化状态。例如，航天器上的蓄电池组应当在任务结束后释放所有能量并切断供电线路，增压储箱中的残余压力应该保持在其临界压力的50%以下，保证箱体即使在被击穿或者受到损伤时只会发生泄漏而不会引起爆炸。

（2）在轨解体。(www.xing528.com)

ESA的标准中明确规定了禁止对航天器进行人为的在轨解体，要求航天器上所用的材料在服务期间不应主动产生碎片。同时，还对航天器上容易发生爆炸的部件，如推进装置、增压部件和蓄电池等，要求其发生爆炸的概率小于0.01%，同时，还对固体推进剂的使用提出了要求。

（3）任务碎片的限制。

ESA标准对运载火箭末级的要求为不产生较长寿命的空间碎片，而对航天器上的各类部件均要求设计成可系留在航天器上，以避免在空间中自由移动，例如爆炸螺栓、弹簧、电缆附件、探测仪器防护罩等部件。如果碎片限制要求无法得到满足，应该对碎片的数量、尺寸、轨道参数及寿命等数据进行初步估计。

（4）碎片再入。

该标准对再入碎片的要求是不产生对地球环境有害的化学物质或者辐射物质，同时要求碎片对地面的损伤风险概率低于0.01%。

4.NASDA标准

日本的空间碎片减缓标准“NASDA-STD-18”是由日本宇宙开发事业团（Japan's National Space Development Agency，NASDA）于1996年制定的。该标准同样对任务碎片限制、在轨解体、任务后处理、碎片再入这四个部分进行要求和限制，主要涉及四个具体的方面：

（1）减少航天器在轨过程中产生和释放的碎片数量。

（2）缩短任务后航天器或火箭末级在轨道上的停留时间及轨道寿命。

（3）降低在轨解体事件的发生概率。

（4）规定GEO上的航天器在任务后转移的轨道区域。

其中，NASDA减缓标准给出了一些可以用来参考的数据要求。例如，对轨道高度高于1 500 km的航天器，要求在其任务结束后进入1 700 km高度的废弃轨道；对高度在1 000～1 500 km的航天器，则要求尽量缩短其轨道寿命或送入预定的废弃轨道；而对轨道高度低于1 000 km的航天器，则要求在消耗推进剂或者依靠大气阻力的作用下完成降轨，将其轨道寿命控制在25年以下。

5.RSA标准

RSA标准是由俄罗斯航天局（Russian Federal Space Agency，RSA）于2000年制定的空间碎片减缓标准，其主要内容如下：

（1）不允许对航天器进行人为自毁。

（2）运载火箭在任务结束后应当排空剩余推进剂，降低燃料仓压力。

（3）在任务结束后，航天器应将剩余推进剂耗尽，并防止其部件分离。

（4）寿终航天器上的电池应当进行钝化处理。

（5）不得抛弃远地点发动机上的推进装置。

6.CNES标准

CNES标准是法国国家空间研究中心（Centre national de la recherche scientifique，CNES）于1999年制定的碎片减缓标准，该标准主要对在轨解体、在轨碰撞、任务后处理、任务碎片限制、碎片再入这五个部分提出要求和限制，其内容基本上与NASA安全标准一致。其中一些具体的减缓指标要求航天器在任务后处理方案上的可靠性大于99%，并且要求除有效载荷外，尽量减少其他部件进入轨道，例如只允许运载火箭末级送入轨道。

以上这些不同国家或机构制定的空间碎片减缓指南和标准的内容基本一致，整体上都是从四个维度来考虑减缓空间碎片：任务相关碎片的限制、在轨解体、碎片再入、任务后处理，但它们在其中某些方面还是略有区别。

在任务相关碎片的限制上，只有NASA要求对尺寸大于1 mm的碎片的数量、大小及轨道寿命进行评估和分析；而NASDA标准则认为对小尺寸的碎片进行评估和分析的难度很大，并且不太实际，所以只提出对碎片数量的要求限制；在CNES的减缓标准中，则是要求限制除有效载荷外进入轨道的物体数量，同时还对推进剂的类型及航天器所用的材料进行了限制，从各个方面尽量减少碎片的产生；在RSA的标准中，则没有对任务相关碎片提出具体的数量限制。

因为在轨解体是产生空间碎片的主要原因，所以除了NASA以外，其余的减缓标准都明确提出严禁对航天器进行人为自毁行为。虽然NASA没有禁止人为在轨解体行为，但是也对解体碎片的数量提出了明确要求，同时要求在轨解体的概率低于0.01%；NASDA和RSA的减缓要求基本相同，要求尽量减少解体的可能性，排查各种可能导致解体的原因，例如推进剂、电池等各种潜在因素；CNES同样也是要求航天器在轨意外解体的概率低于0.01%，同时，还有钝化的要求，规定在离轨或变轨过程中要一直保持钝化，防止储藏箱发生爆炸。