第36屆IADC會議綜述

第36屆IADC會議中國國家航天局代表團

機構間空間碎片協調委員會 (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個國家和組織的機構，以及來自西班牙航天機構的觀察員1名。IADC的宗旨是交換成員國之間的碎片研究活動信息，為成員國之間的空間碎片合作研究創造機會，檢查合作活動進展，確認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個成員機構和1個觀察員機構(西班牙)的146名代表參加會議。中國國家航天局代表團一行13人參加會議，分別來自國家航天局系統工程司，中科院國家天文臺、紫金山天文臺，航天科技集團一院、五院，工程物理研究院，空氣動力研究與發展中心，哈爾濱工業大學等單位。

大會開幕式由IADC現任主席、日本宇宙航空研究開發機構 (JAXA)大西充主持。各國代表團團長對本國過去一年的工作進行了報告。日本對本國空間政策進行了專題報告，并對JAXA空間碎片監測工作做了介紹。此外，日本川崎重工公司 (KHI)介紹了空間碎片主動清除技術和商業模式的構想，日本宇宙尺度公司 (Astroscale)介紹了商業空間碎片清除的解決方案，認為主要服務領域在于航天器壽命末服務和碎片主動清除兩方面。

國家天文臺嚴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測、模型和數據庫、航天器防護和空間碎片減緩方面的進展和成果，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的國家和機構表示了感謝。

分組討論會分為指導組會議和四個工作組會議，指導組 (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，分別主持了監測 (WG1)、環境和數據庫(WG2)、防護 (WG3)、減緩 (WG4)四個工作組會議。

1 指導組 (SG)會議情況

指導組會議由來自11個成員機構和1個觀察員機構的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，并進行了四個會議特別報告，包括:

(1)歐空局 “空間環境承載力”報告；

(2)美國 “美國軌道碎片減緩政策發展”報告；

(3)中國 “天宮一號再入工作總結”報告；

(4)西班牙 “西班牙工業技術發展中心研究活動”報告。

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

會上，歐空局對2017年再入試驗活動進行了總結。俄羅斯對采用美國發布的隕落時間作為最終的標準隕落時間提出質疑。經辯論，后續的活動中，如無對最終隕落時間的準確確認，將不再確定標準隕落時間，也不再對各國預測結果進行評判。

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，審議并確定了2018年再入試驗活動候選目標，中國和歐空局分別提出了候選目標，最后經過協商討論，美國的電子火箭軌道級 (編號43166)被確定為2018年再入試驗活動目標。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任。

會議還聽取了四個工作組的工作報告，主要是對2017年4月IADC會議以來提出工作的延續和最近研究進展；并對新提出的活動項目 (AI)和內部任務 (IT)進行了討論。

2 監測組 (WG1)會議情況

監測組會議由來自11個代表團的32人參加。主要議題如下:

(1)空間碎片姿態反演相關研究及討論。對100多個各種類型低軌火箭體進行反射信號的聯合觀測，包括雷達及被動光學。中國、歐空局、日本和美國參加了此次聯測并提交了數據用于分析。分析發現光變曲線的周期性并不如預想的清晰，使得姿態反演的工作難度增加。在此背景下，各機構展開了更多手段的觀測，進行了各種類型的分析。WG1建議選擇少數幾個有代表性的目標，繼續開展光變曲線的觀測，同時輔以雷達、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)發生解體，產生碎片超過100個，這是該目標有記錄的第二次解體。俄羅斯代表詳細介紹了他們的觀測結果，并與WG1/WG2的代表討論，最終一致認定這是一個難得的事件，可用于研究靜地軌道解體事件演化，為后續的碎片威脅分析、預警等工作提供支持。經會議討論，將提交該目標的聯測作為新的活動項目，并標記為緊急，希望在碎片云擴散之前得到更多的早期數據，減少目標的丟失。

(3)空間碎片觀測網絡及數據處理發展。隨著技術的發展以及各國對空間態勢感知領域的重視，IADC各個機構WG1的代表也都在努力發展其觀測網絡。觀測網絡不是設備的簡單堆砌，而是一個網絡化、相互協同工作的有機整體。在此前提下，整個觀測網以及運作體系的構建尤為重要，在報告中有多國機構提到或者詳細介紹其觀測網絡構架。俄羅斯一直在該領域深耕，包括俄羅斯航天局的觀測網、國際科學光學網以及彈道服務公司和Vimpel公司。此外，意大利、韓國、印度等以前較少提及其設備的機構，也報告了其觀測網絡發展情況。同時歐空局介紹了其觀測網絡專家系統和相關的軟件系統，在這套軟件系統的幫助下，可快速地增加已有的觀測節點，幫助擴大態勢感知網的規模。

(4)其他聯測。SG組建議WG1再次開展波束駐留雷達通量觀測，因為這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于閃電軌道觀測，俄羅斯進行了報告，認為該聯測優先級較低，暫時作為內部任務繼續開展。

3 環境和數據庫組 (WG2)會議情況

環境和數據庫組會議由來自11個代表團的25人參加。主要議題如下:

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

(2)討論并通過了發射模型建模以及不確定性對未來空間碎片環境預測影響研究的最終報告。中國的長期演化模型SOLEM參與了這兩項研究。低軌空間碎片主動清除對空間碎片環境長期演化的影響分析需要把發射模型以及不確定性影響的最新結果加入進來以得到更客觀準確的結論。就大型小衛星星座對空間碎片環境的影響問題來說，當前分析的最大難點來源于無法對未來發射情況進行準確預測，尤其是多個商業公司提出了自己的大型星座發展計劃，但是這些商業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，就任務后棄置成功率問題進行了討論，認為保證較高的任務后棄置成功率是限制大型星座影響的關鍵因素，但法國指出大型星座的任務后棄置，使其進入25年壽命軌道，雖然能夠抑制大型星座對空間碎片環境的長期影響，但是無法避免上千顆小衛星在再入大氣層過程中對各軌道高度衛星的短期交會產生威脅影響，尤其是對載人飛船及空間站的影響，需要引起關注。

(3)空間環境建模。在空間碎片環境建模方面，美國和歐空局分別作了進展報告。美國正在對ORDEM模型進行更新，其衛星地面超高速撞擊實驗項目DebriSat的進展情況受到了與會代表的關注，可以預測這項研究結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生影響。歐空局正在對MASTER模型進行2009年以來的最大一次更新改進，其中引入了新的鈉鉀泄露模型以及雷達和在軌撞擊探測數據，并對風云、美俄衛星解體事件產生的碎片情況進行了更新。新的MASTER模型加入了對不確定性的估計功能，能夠有助于更加全面的理解和應用MASTER的分析結果。

(4)其他內容。在空間碎片監測設備效能評估建模方面，我國介紹了對雷達、光學等各類空間碎片監測設備進行建模的研究進展。在衛星任務后棄置方面，意大利做了利用軌道共振現象對偏心率的影響實現衛星任務后棄置，以及利用阻力帆實現空間碎片任務后棄置與其對空間碎片環境的影響的研究分析報告。在空間碎片碰撞預警不確定性分析方面，我國介紹了不同的軌道數據時間、數據源對空間碎片碰撞概率的影響分析研究工作。

4 防護組 (WG3)會議情況

防護組會議由來自7個代表團的17人參加會議。主要議題如下:

(1)進行了5個技術報告，分別是俄羅斯的不規則防護結構研究、中國的98KJ電子槍及其在碎片防護中的應用、中國空氣動力研究與發展中心近期超高速碰撞工作進展、意大利的太陽阻力帆離軌裝置與空間碎片環境、美國的碎片實驗衛星項目進展。

(2)會議討論并選定了兩個熱點問題作為新的活動項目建議，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項目，先進防護結構開發作為WG3內部任務。

(3)本次會議完成了防護手冊7.0版并提交給SG組。計劃后續升級防護手冊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，計劃在2018年10月前升級到1.1版。

(4)討論了防護工作的未來方向，給出了10個有代表性的方向并計劃把這些反向轉化為新的活動項目或內部任務，具體為:

1)10km/s以上超高速發射技術；

2)數值仿真結果的確認測試；

3)新的防護結構代替Whipple結構用于無人航天器；

4)結合防護結構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)改進壓力容器失效條件的方法；

10)結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個代表團的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。對于任務后處置成功率90%這個定量要求進行了較為深入的討論。中方認為成功率90%這個要求是一個過于理論化的要求，其意義僅僅在于對空間碎片環境演化的仿真計算中能夠保證碎片環境趨于穩定，但成功率這個要求在工程實踐中是無法設計的。

(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)任務后處置以及GEO飛行器的任務后處置設計進行了探討。對穿越GEO保護區的空間物體的處置提出了建議，主要目的是分析當前的GEO處置指南要求對于GEO臨近區域的穿越但并不總在GEO保護區的空間物體是否充分 (例如IGSO軌道的物體)，最終確定是否把現有的指南拓展到更廣泛的操作區域或者對這些衛星和軌道級提出新的指南。

(3)討論了輔助姿態和軌道確定方法指南，對環境補救 (主動清除)指南的主要技術因素進行梳理和討論。輔助姿態和軌道確定方法指南的主要目的是:有助于識別空間物體，增強基于地基和天基傳感器的軌道確定能力，增強基于天基和地基傳感器的姿態運動確定能力，梳理出技術途徑，并逐步形成國際層面的共識以采用這些技術。環境補救 (主動清除)指南的主要目的是分析在主動清除任務中將面臨的技術問題，這項工作將為未來主動清除任務指南打下基礎。環境補救任務指南必須確保這些任務的有效性，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準；日本介紹了傷亡風險程序評估的進展情況，對日本的再入分析方法-升級版ORSATJ與歐空局的DRAMA進行了比較；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 幾點思考

根據大會指導組和各工作組的討論內容，結合我國在空間碎片領域的工作開展情況，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)中參數的分析研究。

原版 《IADC空間碎片減緩指南》中對相關減緩措施僅進行了定性要求，更新版中對各個參數提出了如下量化要求:1)空間物體工作壽命內意外解體概率不超過30%；2)航天器和運載火箭軌道級任務后棄置成功率大于90%；3)運載火箭軌道級應在25年內不穿過GEO保護區域；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進行深入研究，對其造成的影響開展分析。

(2)低軌25年軌道壽命的落實和研究。

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

(3)開展大型星座減緩規則研究。

目前IADC僅根據對一個假定星座的分析結果來擬定規則，其適用性和有效性有待進一步研究。建議結合我國衛星發展計劃，從軌道高度、星座數量、衛星數量、質量和尺寸、任務后棄置率和棄置軌道壽命等方面進一步分析，為IADC合作提供支撐。

(4)盡快開展對美國大力神3C火箭末級的監測和分析。

美國靜地軌道大力神3C火箭末級 (編號3692)2018年發生解體，產生碎片超過100個，這是該目標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行聯合監測和分析。建議盡快開展相關工作，為后續在IADC框架下的國際合作提供支持。