第36屆IADC會議綜述

第36屆IADC會議中國國家航天局代表團(tuán)

機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會 (IADC)是目前唯一的專門從事空間碎片研究的國際組織，于1993年正式成立，中國于1995年正式參加，目前正式成員包括意大利、法國、加拿大、中國、德國、歐空局、印度、日本、韓國、美國、俄羅斯、烏克蘭、英國等13個(gè)國家和組織的機(jī)構(gòu)，以及來自西班牙航天機(jī)構(gòu)的觀察員1名。IADC的宗旨是交換成員國之間的碎片研究活動(dòng)信息，為成員國之間的空間碎片合作研究創(chuàng)造機(jī)會，檢查合作活動(dòng)進(jìn)展，確認(rèn)空間碎片減緩措施選擇。

2018年6月5日至8日，第36屆IADC會議在日本筑波召開，來自意大利、法國、中國、德國、歐空局、印度、日本、韓國、美國、俄羅斯和英國等11個(gè)成員機(jī)構(gòu)和1個(gè)觀察員機(jī)構(gòu)(西班牙)的146名代表參加會議。中國國家航天局代表團(tuán)一行13人參加會議，分別來自國家航天局系統(tǒng)工程司，中科院國家天文臺、紫金山天文臺，航天科技集團(tuán)一院、五院，工程物理研究院，空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位。

大會開幕式由IADC現(xiàn)任主席、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu) (JAXA)大西充主持。各國代表團(tuán)團(tuán)長對本國過去一年的工作進(jìn)行了報(bào)告。日本對本國空間政策進(jìn)行了專題報(bào)告，并對JAXA空間碎片監(jiān)測工作做了介紹。此外，日本川崎重工公司 (KHI)介紹了空間碎片主動(dòng)清除技術(shù)和商業(yè)模式的構(gòu)想，日本宇宙尺度公司 (Astroscale)介紹了商業(yè)空間碎片清除的解決方案，認(rèn)為主要服務(wù)領(lǐng)域在于航天器壽命末服務(wù)和碎片主動(dòng)清除兩方面。

國家天文臺嚴(yán)俊研究員在大會開幕式上介紹了過去一年我國在空間碎片監(jiān)測、模型和數(shù)據(jù)庫、航天器防護(hù)和空間碎片減緩方面的進(jìn)展和成果，并介紹了第九屆全國空間碎片大會情況，對在天宮一號再入工作中做出貢獻(xiàn)的國家和機(jī)構(gòu)表示了感謝。

分組討論會分為指導(dǎo)組會議和四個(gè)工作組會議，指導(dǎo)組 (SG)會由IADC主席主持，來自日本、歐空局、中國和印度的專家作為工作組組長，分別主持了監(jiān)測 (WG1)、環(huán)境和數(shù)據(jù)庫(WG2)、防護(hù) (WG3)、減緩 (WG4)四個(gè)工作組會議。

1 指導(dǎo)組 (SG)會議情況

指導(dǎo)組會議由來自11個(gè)成員機(jī)構(gòu)和1個(gè)觀察員機(jī)構(gòu)的20名代表參加。會議審議了IADC章程，和新版IADC空間碎片減緩指南，并進(jìn)行了四個(gè)會議特別報(bào)告，包括:

(1)歐空局 “空間環(huán)境承載力”報(bào)告；

(2)美國 “美國軌道碎片減緩政策發(fā)展”報(bào)告；

(3)中國 “天宮一號再入工作總結(jié)”報(bào)告；

(4)西班牙 “西班牙工業(yè)技術(shù)發(fā)展中心研究活動(dòng)”報(bào)告。

IADC章程審議工作主要是對章程附錄內(nèi)的成員標(biāo)準(zhǔn)、成員終止以及觀察員條件等條例進(jìn)行了討論和修改。新版IADC空間碎片減緩指南由于對關(guān)鍵參數(shù)存在爭議，已返回工作組修改。

會上，歐空局對2017年再入試驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行了總結(jié)。俄羅斯對采用美國發(fā)布的隕落時(shí)間作為最終的標(biāo)準(zhǔn)隕落時(shí)間提出質(zhì)疑。經(jīng)辯論，后續(xù)的活動(dòng)中，如無對最終隕落時(shí)間的準(zhǔn)確確認(rèn)，將不再確定標(biāo)準(zhǔn)隕落時(shí)間，也不再對各國預(yù)測結(jié)果進(jìn)行評判。

會議確定第37屆IADC會議將于2019年5月7-10日在意大利羅馬召開。同時(shí)，審議并確定了2018年再入試驗(yàn)活動(dòng)候選目標(biāo)，中國和歐空局分別提出了候選目標(biāo)，最后經(jīng)過協(xié)商討論，美國的電子火箭軌道級 (編號43166)被確定為2018年再入試驗(yàn)活動(dòng)目標(biāo)。選出IADC各工作組新一屆副組長，WG1-WG4工作組的新副組長分別由來自法國、英國、德國和歐空局的代表擔(dān)任。

會議還聽取了四個(gè)工作組的工作報(bào)告，主要是對2017年4月IADC會議以來提出工作的延續(xù)和最近研究進(jìn)展；并對新提出的活動(dòng)項(xiàng)目 (AI)和內(nèi)部任務(wù) (IT)進(jìn)行了討論。

2 監(jiān)測組 (WG1)會議情況

監(jiān)測組會議由來自11個(gè)代表團(tuán)的32人參加。主要議題如下:

(1)空間碎片姿態(tài)反演相關(guān)研究及討論。對100多個(gè)各種類型低軌火箭體進(jìn)行反射信號的聯(lián)合觀測，包括雷達(dá)及被動(dòng)光學(xué)。中國、歐空局、日本和美國參加了此次聯(lián)測并提交了數(shù)據(jù)用于分析。分析發(fā)現(xiàn)光變曲線的周期性并不如預(yù)想的清晰，使得姿態(tài)反演的工作難度增加。在此背景下，各機(jī)構(gòu)展開了更多手段的觀測，進(jìn)行了各種類型的分析。WG1建議選擇少數(shù)幾個(gè)有代表性的目標(biāo)，繼續(xù)開展光變曲線的觀測，同時(shí)輔以雷達(dá)、激光測距、成像觀測和地面模擬。

(2)Transtage17解體事件分析。2018年2月28日，美國的靜地軌道大力神3C火箭末級 (編號3692)發(fā)生解體，產(chǎn)生碎片超過100個(gè)，這是該目標(biāo)有記錄的第二次解體。俄羅斯代表詳細(xì)介紹了他們的觀測結(jié)果，并與WG1/WG2的代表討論，最終一致認(rèn)定這是一個(gè)難得的事件，可用于研究靜地軌道解體事件演化，為后續(xù)的碎片威脅分析、預(yù)警等工作提供支持。經(jīng)會議討論，將提交該目標(biāo)的聯(lián)測作為新的活動(dòng)項(xiàng)目，并標(biāo)記為緊急，希望在碎片云擴(kuò)散之前得到更多的早期數(shù)據(jù)，減少目標(biāo)的丟失。

(3)空間碎片觀測網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)處理發(fā)展。隨著技術(shù)的發(fā)展以及各國對空間態(tài)勢感知領(lǐng)域的重視，IADC各個(gè)機(jī)構(gòu)WG1的代表也都在努力發(fā)展其觀測網(wǎng)絡(luò)。觀測網(wǎng)絡(luò)不是設(shè)備的簡單堆砌，而是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化、相互協(xié)同工作的有機(jī)整體。在此前提下，整個(gè)觀測網(wǎng)以及運(yùn)作體系的構(gòu)建尤為重要，在報(bào)告中有多國機(jī)構(gòu)提到或者詳細(xì)介紹其觀測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。俄羅斯一直在該領(lǐng)域深耕，包括俄羅斯航天局的觀測網(wǎng)、國際科學(xué)光學(xué)網(wǎng)以及彈道服務(wù)公司和Vimpel公司。此外，意大利、韓國、印度等以前較少提及其設(shè)備的機(jī)構(gòu)，也報(bào)告了其觀測網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況。同時(shí)歐空局介紹了其觀測網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)和相關(guān)的軟件系統(tǒng)，在這套軟件系統(tǒng)的幫助下，可快速地增加已有的觀測節(jié)點(diǎn)，幫助擴(kuò)大態(tài)勢感知網(wǎng)的規(guī)模。

(4)其他聯(lián)測。SG組建議WG1再次開展波束駐留雷達(dá)通量觀測，因?yàn)檫@是研究低軌空間碎片分布及演化的重要手段。對目前正在開展的關(guān)于閃電軌道觀測，俄羅斯進(jìn)行了報(bào)告，認(rèn)為該聯(lián)測優(yōu)先級較低，暫時(shí)作為內(nèi)部任務(wù)繼續(xù)開展。

3 環(huán)境和數(shù)據(jù)庫組 (WG2)會議情況

環(huán)境和數(shù)據(jù)庫組會議由來自11個(gè)代表團(tuán)的25人參加。主要議題如下:

(1)討論并確定了2018年再入試驗(yàn)活動(dòng)候選目標(biāo)。中國提出了5個(gè)候選目標(biāo)，歐空局提出了3個(gè)候選目標(biāo)。中國和歐空局提出的目標(biāo)中有兩個(gè)候選目標(biāo)是一致的，最后SG確定其中的美國電子火箭軌道級 (編號43166)為2018年再入試驗(yàn)活動(dòng)目標(biāo)。

(2)討論并通過了發(fā)射模型建模以及不確定性對未來空間碎片環(huán)境預(yù)測影響研究的最終報(bào)告。中國的長期演化模型SOLEM參與了這兩項(xiàng)研究。低軌空間碎片主動(dòng)清除對空間碎片環(huán)境長期演化的影響分析需要把發(fā)射模型以及不確定性影響的最新結(jié)果加入進(jìn)來以得到更客觀準(zhǔn)確的結(jié)論。就大型小衛(wèi)星星座對空間碎片環(huán)境的影響問題來說，當(dāng)前分析的最大難點(diǎn)來源于無法對未來發(fā)射情況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，尤其是多個(gè)商業(yè)公司提出了自己的大型星座發(fā)展計(jì)劃，但是這些商業(yè)行為本身就存在著極大的不確定性。此外，在大型星座影響分析的討論中，就任務(wù)后棄置成功率問題進(jìn)行了討論，認(rèn)為保證較高的任務(wù)后棄置成功率是限制大型星座影響的關(guān)鍵因素，但法國指出大型星座的任務(wù)后棄置，使其進(jìn)入25年壽命軌道，雖然能夠抑制大型星座對空間碎片環(huán)境的長期影響，但是無法避免上千顆小衛(wèi)星在再入大氣層過程中對各軌道高度衛(wèi)星的短期交會產(chǎn)生威脅影響，尤其是對載人飛船及空間站的影響，需要引起關(guān)注。

(3)空間環(huán)境建模。在空間碎片環(huán)境建模方面，美國和歐空局分別作了進(jìn)展報(bào)告。美國正在對ORDEM模型進(jìn)行更新，其衛(wèi)星地面超高速撞擊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目DebriSat的進(jìn)展情況受到了與會代表的關(guān)注，可以預(yù)測這項(xiàng)研究結(jié)果將對空間碎片的特征模型、解體模型、分布模型和演化模型產(chǎn)生影響。歐空局正在對MASTER模型進(jìn)行2009年以來的最大一次更新改進(jìn)，其中引入了新的鈉鉀泄露模型以及雷達(dá)和在軌撞擊探測數(shù)據(jù)，并對風(fēng)云、美俄衛(wèi)星解體事件產(chǎn)生的碎片情況進(jìn)行了更新。新的MASTER模型加入了對不確定性的估計(jì)功能，能夠有助于更加全面的理解和應(yīng)用MASTER的分析結(jié)果。

(4)其他內(nèi)容。在空間碎片監(jiān)測設(shè)備效能評估建模方面，我國介紹了對雷達(dá)、光學(xué)等各類空間碎片監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行建模的研究進(jìn)展。在衛(wèi)星任務(wù)后棄置方面，意大利做了利用軌道共振現(xiàn)象對偏心率的影響實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星任務(wù)后棄置，以及利用阻力帆實(shí)現(xiàn)空間碎片任務(wù)后棄置與其對空間碎片環(huán)境的影響的研究分析報(bào)告。在空間碎片碰撞預(yù)警不確定性分析方面，我國介紹了不同的軌道數(shù)據(jù)時(shí)間、數(shù)據(jù)源對空間碎片碰撞概率的影響分析研究工作。

4 防護(hù)組 (WG3)會議情況

防護(hù)組會議由來自7個(gè)代表團(tuán)的17人參加會議。主要議題如下:

(1)進(jìn)行了5個(gè)技術(shù)報(bào)告，分別是俄羅斯的不規(guī)則防護(hù)結(jié)構(gòu)研究、中國的98KJ電子槍及其在碎片防護(hù)中的應(yīng)用、中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心近期超高速碰撞工作進(jìn)展、意大利的太陽阻力帆離軌裝置與空間碎片環(huán)境、美國的碎片實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)展。

(2)會議討論并選定了兩個(gè)熱點(diǎn)問題作為新的活動(dòng)項(xiàng)目建議，最終SG組同意將彈丸形狀對彈道極限的影響作為新的活動(dòng)項(xiàng)目，先進(jìn)防護(hù)結(jié)構(gòu)開發(fā)作為WG3內(nèi)部任務(wù)。

(3)本次會議完成了防護(hù)手冊7.0版并提交給SG組。計(jì)劃后續(xù)升級防護(hù)手冊8.0版。WG3組在2018年4月向SG組提交了空間碎片撞擊下航天器部組件易損性手冊1.0版，計(jì)劃在2018年10月前升級到1.1版。

(4)討論了防護(hù)工作的未來方向，給出了10個(gè)有代表性的方向并計(jì)劃把這些反向轉(zhuǎn)化為新的活動(dòng)項(xiàng)目或內(nèi)部任務(wù)，具體為:

1)10km/s以上超高速發(fā)射技術(shù)；

2)數(shù)值仿真結(jié)果的確認(rèn)測試；

3)新的防護(hù)結(jié)構(gòu)代替Whipple結(jié)構(gòu)用于無人航天器；

4)結(jié)合防護(hù)結(jié)構(gòu)的微流星體和空間碎片在軌探測方法；

5)與WG2共同研究改進(jìn)的10mm以下空間碎片模型；

6)用于液體線路、儲箱和組件的自密封材料；

7)微流星體和空間碎片在軌感知的損害程度判斷方法；

8)壓力容器失效條件；

9)改進(jìn)壓力容器失效條件的方法；

10)結(jié)合航天器要求和限制確定減少二次噴出物的航天器表面材料。

5 減緩組 (WG4)會議情況

減緩組會議由來自11個(gè)代表團(tuán)的31人參加會議。主要議題如下:

(1)討論了對IADC空間碎片減緩指南的修改。對于任務(wù)后處置成功率90%這個(gè)定量要求進(jìn)行了較為深入的討論。中方認(rèn)為成功率90%這個(gè)要求是一個(gè)過于理論化的要求，其意義僅僅在于對空間碎片環(huán)境演化的仿真計(jì)算中能夠保證碎片環(huán)境趨于穩(wěn)定，但成功率這個(gè)要求在工程實(shí)踐中是無法設(shè)計(jì)的。

(2)討論了目前低地軌道 (LEO)和靜地軌道 (GEO)壽命后處置的指南符合性，對傾斜地球同步軌道 (IGSO)任務(wù)后處置以及GEO飛行器的任務(wù)后處置設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。對穿越GEO保護(hù)區(qū)的空間物體的處置提出了建議，主要目的是分析當(dāng)前的GEO處置指南要求對于GEO臨近區(qū)域的穿越但并不總在GEO保護(hù)區(qū)的空間物體是否充分 (例如IGSO軌道的物體)，最終確定是否把現(xiàn)有的指南拓展到更廣泛的操作區(qū)域或者對這些衛(wèi)星和軌道級提出新的指南。

(3)討論了輔助姿態(tài)和軌道確定方法指南，對環(huán)境補(bǔ)救 (主動(dòng)清除)指南的主要技術(shù)因素進(jìn)行梳理和討論。輔助姿態(tài)和軌道確定方法指南的主要目的是:有助于識別空間物體，增強(qiáng)基于地基和天基傳感器的軌道確定能力，增強(qiáng)基于天基和地基傳感器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)確定能力，梳理出技術(shù)途徑，并逐步形成國際層面的共識以采用這些技術(shù)。環(huán)境補(bǔ)救 (主動(dòng)清除)指南的主要目的是分析在主動(dòng)清除任務(wù)中將面臨的技術(shù)問題，這項(xiàng)工作將為未來主動(dòng)清除任務(wù)指南打下基礎(chǔ)。環(huán)境補(bǔ)救任務(wù)指南必須確保這些任務(wù)的有效性，且不會帶來相反的效果。此外，指南還必須確保這些任務(wù)不會違反空間碎片減緩指南要求。

(4)再入安全方面，討論了歐空局再入安全標(biāo)準(zhǔn)；日本介紹了傷亡風(fēng)險(xiǎn)程序評估的進(jìn)展情況，對日本的再入分析方法-升級版ORSATJ與歐空局的DRAMA進(jìn)行了比較；德國宇航中心介紹了半受控再入對傷亡概率減小所起到的作用；印度簡要說明了其火箭末級的再入情況。

6 幾點(diǎn)思考

根據(jù)大會指導(dǎo)組和各工作組的討論內(nèi)容，結(jié)合我國在空間碎片領(lǐng)域的工作開展情況，提出如下思考供大家參考。

(1)開展對 《IADC空間碎片減緩指南》(更新版)中參數(shù)的分析研究。

原版 《IADC空間碎片減緩指南》中對相關(guān)減緩措施僅進(jìn)行了定性要求，更新版中對各個(gè)參數(shù)提出了如下量化要求:1)空間物體工作壽命內(nèi)意外解體概率不超過30%；2)航天器和運(yùn)載火箭軌道級任務(wù)后棄置成功率大于90%；3)運(yùn)載火箭軌道級應(yīng)在25年內(nèi)不穿過GEO保護(hù)區(qū)域；4)空間物體再入對人員造成傷亡的概率不超過10-4。因此，建議對這些量化參數(shù)進(jìn)行深入研究，對其造成的影響開展分析。

(2)低軌25年軌道壽命的落實(shí)和研究。

《IADC空間碎片減緩指南》中要求低地軌道航天器任務(wù)后應(yīng)降低軌道壽命至25年內(nèi)。建議盡快啟動(dòng)相關(guān)工作，提出減緩建議，并利用監(jiān)測和分析力量對減緩工作給予支持。此外，歐空局提出 “空間環(huán)境承載力”的概念，用此參數(shù)限定未來每年的航天發(fā)射量，建議對此予以關(guān)注。

(3)開展大型星座減緩規(guī)則研究。

目前IADC僅根據(jù)對一個(gè)假定星座的分析結(jié)果來擬定規(guī)則，其適用性和有效性有待進(jìn)一步研究。建議結(jié)合我國衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃，從軌道高度、星座數(shù)量、衛(wèi)星數(shù)量、質(zhì)量和尺寸、任務(wù)后棄置率和棄置軌道壽命等方面進(jìn)一步分析，為IADC合作提供支撐。

(4)盡快開展對美國大力神3C火箭末級的監(jiān)測和分析。

美國靜地軌道大力神3C火箭末級 (編號3692)2018年發(fā)生解體，產(chǎn)生碎片超過100個(gè)，這是該目標(biāo)有記錄的第二次解體。本屆會議上，俄羅斯提議對解體碎片進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測和分析。建議盡快開展相關(guān)工作，為后續(xù)在IADC框架下的國際合作提供支持。