第36届IADC会议综述

第36届IADC会议中国国家航天局代表团

机构间空间碎片协调委员会 (IADC)是目前唯一的专门从事空间碎片研究的国际组织，于1993年正式成立，中国于1995年正式参加，目前正式成员包括意大利、法国、加拿大、中国、德国、欧空局、印度、日本、韩国、美国、俄罗斯、乌克兰、英国等13个国家和组织的机构，以及来自西班牙航天机构的观察员1名。IADC的宗旨是交换成员国之间的碎片研究活动信息，为成员国之间的空间碎片合作研究创造机会，检查合作活动进展，确认空间碎片减缓措施选择。

2018年6月5日至8日，第36届IADC会议在日本筑波召开，来自意大利、法国、中国、德国、欧空局、印度、日本、韩国、美国、俄罗斯和英国等11个成员机构和1个观察员机构(西班牙)的146名代表参加会议。中国国家航天局代表团一行13人参加会议，分别来自国家航天局系统工程司，中科院国家天文台、紫金山天文台，航天科技集团一院、五院，工程物理研究院，空气动力研究与发展中心，哈尔滨工业大学等单位。

大会开幕式由IADC现任主席、日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA)大西充主持。各国代表团团长对本国过去一年的工作进行了报告。日本对本国空间政策进行了专题报告，并对JAXA空间碎片监测工作做了介绍。此外，日本川崎重工公司 (KHI)介绍了空间碎片主动清除技术和商业模式的构想，日本宇宙尺度公司 (Astroscale)介绍了商业空间碎片清除的解决方案，认为主要服务领域在于航天器寿命末服务和碎片主动清除两方面。

国家天文台严俊研究员在大会开幕式上介绍了过去一年我国在空间碎片监测、模型和数据库、航天器防护和空间碎片减缓方面的进展和成果，并介绍了第九届全国空间碎片大会情况，对在天宫一号再入工作中做出贡献的国家和机构表示了感谢。

分组讨论会分为指导组会议和四个工作组会议，指导组 (SG)会由IADC主席主持，来自日本、欧空局、中国和印度的专家作为工作组组长，分别主持了监测 (WG1)、环境和数据库(WG2)、防护 (WG3)、减缓 (WG4)四个工作组会议。

1 指导组 (SG)会议情况

指导组会议由来自11个成员机构和1个观察员机构的20名代表参加。会议审议了IADC章程，和新版IADC空间碎片减缓指南，并进行了四个会议特别报告，包括:

(1)欧空局 “空间环境承载力”报告；

(2)美国 “美国轨道碎片减缓政策发展”报告；

(3)中国 “天宫一号再入工作总结”报告；

(4)西班牙 “西班牙工业技术发展中心研究活动”报告。

IADC章程审议工作主要是对章程附录内的成员标准、成员终止以及观察员条件等条例进行了讨论和修改。新版IADC空间碎片减缓指南由于对关键参数存在争议，已返回工作组修改。

会上，欧空局对2017年再入试验活动进行了总结。俄罗斯对采用美国发布的陨落时间作为最终的标准陨落时间提出质疑。经辩论，后续的活动中，如无对最终陨落时间的准确确认，将不再确定标准陨落时间，也不再对各国预测结果进行评判。

会议确定第37届IADC会议将于2019年5月7-10日在意大利罗马召开。同时，审议并确定了2018年再入试验活动候选目标，中国和欧空局分别提出了候选目标，最后经过协商讨论，美国的电子火箭轨道级 (编号43166)被确定为2018年再入试验活动目标。选出IADC各工作组新一届副组长，WG1-WG4工作组的新副组长分别由来自法国、英国、德国和欧空局的代表担任。

会议还听取了四个工作组的工作报告，主要是对2017年4月IADC会议以来提出工作的延续和最近研究进展；并对新提出的活动项目 (AI)和内部任务 (IT)进行了讨论。

2 监测组 (WG1)会议情况

监测组会议由来自11个代表团的32人参加。主要议题如下:

(1)空间碎片姿态反演相关研究及讨论。对100多个各种类型低轨火箭体进行反射信号的联合观测，包括雷达及被动光学。中国、欧空局、日本和美国参加了此次联测并提交了数据用于分析。分析发现光变曲线的周期性并不如预想的清晰，使得姿态反演的工作难度增加。在此背景下，各机构展开了更多手段的观测，进行了各种类型的分析。WG1建议选择少数几个有代表性的目标，继续开展光变曲线的观测，同时辅以雷达、激光测距、成像观测和地面模拟。

(2)Transtage17解体事件分析。2018年2月28日，美国的静地轨道大力神3C火箭末级 (编号3692)发生解体，产生碎片超过100个，这是该目标有记录的第二次解体。俄罗斯代表详细介绍了他们的观测结果，并与WG1/WG2的代表讨论，最终一致认定这是一个难得的事件，可用于研究静地轨道解体事件演化，为后续的碎片威胁分析、预警等工作提供支持。经会议讨论，将提交该目标的联测作为新的活动项目，并标记为紧急，希望在碎片云扩散之前得到更多的早期数据，减少目标的丢失。

(3)空间碎片观测网络及数据处理发展。随着技术的发展以及各国对空间态势感知领域的重视，IADC各个机构WG1的代表也都在努力发展其观测网络。观测网络不是设备的简单堆砌，而是一个网络化、相互协同工作的有机整体。在此前提下，整个观测网以及运作体系的构建尤为重要，在报告中有多国机构提到或者详细介绍其观测网络构架。俄罗斯一直在该领域深耕，包括俄罗斯航天局的观测网、国际科学光学网以及弹道服务公司和Vimpel公司。此外，意大利、韩国、印度等以前较少提及其设备的机构，也报告了其观测网络发展情况。同时欧空局介绍了其观测网络专家系统和相关的软件系统，在这套软件系统的帮助下，可快速地增加已有的观测节点，帮助扩大态势感知网的规模。

(4)其他联测。SG组建议WG1再次开展波束驻留雷达通量观测，因为这是研究低轨空间碎片分布及演化的重要手段。对目前正在开展的关于闪电轨道观测，俄罗斯进行了报告，认为该联测优先级较低，暂时作为内部任务继续开展。

3 环境和数据库组 (WG2)会议情况

环境和数据库组会议由来自11个代表团的25人参加。主要议题如下:

(1)讨论并确定了2018年再入试验活动候选目标。中国提出了5个候选目标，欧空局提出了3个候选目标。中国和欧空局提出的目标中有两个候选目标是一致的，最后SG确定其中的美国电子火箭轨道级 (编号43166)为2018年再入试验活动目标。

(2)讨论并通过了发射模型建模以及不确定性对未来空间碎片环境预测影响研究的最终报告。中国的长期演化模型SOLEM参与了这两项研究。低轨空间碎片主动清除对空间碎片环境长期演化的影响分析需要把发射模型以及不确定性影响的最新结果加入进来以得到更客观准确的结论。就大型小卫星星座对空间碎片环境的影响问题来说，当前分析的最大难点来源于无法对未来发射情况进行准确预测，尤其是多个商业公司提出了自己的大型星座发展计划，但是这些商业行为本身就存在着极大的不确定性。此外，在大型星座影响分析的讨论中，就任务后弃置成功率问题进行了讨论，认为保证较高的任务后弃置成功率是限制大型星座影响的关键因素，但法国指出大型星座的任务后弃置，使其进入25年寿命轨道，虽然能够抑制大型星座对空间碎片环境的长期影响，但是无法避免上千颗小卫星在再入大气层过程中对各轨道高度卫星的短期交会产生威胁影响，尤其是对载人飞船及空间站的影响，需要引起关注。

(3)空间环境建模。在空间碎片环境建模方面，美国和欧空局分别作了进展报告。美国正在对ORDEM模型进行更新，其卫星地面超高速撞击实验项目DebriSat的进展情况受到了与会代表的关注，可以预测这项研究结果将对空间碎片的特征模型、解体模型、分布模型和演化模型产生影响。欧空局正在对MASTER模型进行2009年以来的最大一次更新改进，其中引入了新的钠钾泄露模型以及雷达和在轨撞击探测数据，并对风云、美俄卫星解体事件产生的碎片情况进行了更新。新的MASTER模型加入了对不确定性的估计功能，能够有助于更加全面的理解和应用MASTER的分析结果。

(4)其他内容。在空间碎片监测设备效能评估建模方面，我国介绍了对雷达、光学等各类空间碎片监测设备进行建模的研究进展。在卫星任务后弃置方面，意大利做了利用轨道共振现象对偏心率的影响实现卫星任务后弃置，以及利用阻力帆实现空间碎片任务后弃置与其对空间碎片环境的影响的研究分析报告。在空间碎片碰撞预警不确定性分析方面，我国介绍了不同的轨道数据时间、数据源对空间碎片碰撞概率的影响分析研究工作。

4 防护组 (WG3)会议情况

防护组会议由来自7个代表团的17人参加会议。主要议题如下:

(1)进行了5个技术报告，分别是俄罗斯的不规则防护结构研究、中国的98KJ电子枪及其在碎片防护中的应用、中国空气动力研究与发展中心近期超高速碰撞工作进展、意大利的太阳阻力帆离轨装置与空间碎片环境、美国的碎片实验卫星项目进展。

(2)会议讨论并选定了两个热点问题作为新的活动项目建议，最终SG组同意将弹丸形状对弹道极限的影响作为新的活动项目，先进防护结构开发作为WG3内部任务。

(3)本次会议完成了防护手册7.0版并提交给SG组。计划后续升级防护手册8.0版。WG3组在2018年4月向SG组提交了空间碎片撞击下航天器部组件易损性手册1.0版，计划在2018年10月前升级到1.1版。

(4)讨论了防护工作的未来方向，给出了10个有代表性的方向并计划把这些反向转化为新的活动项目或内部任务，具体为:

1)10km/s以上超高速发射技术；

2)数值仿真结果的确认测试；

3)新的防护结构代替Whipple结构用于无人航天器；

4)结合防护结构的微流星体和空间碎片在轨探测方法；

5)与WG2共同研究改进的10mm以下空间碎片模型；

6)用于液体线路、储箱和组件的自密封材料；

7)微流星体和空间碎片在轨感知的损害程度判断方法；

8)压力容器失效条件；

9)改进压力容器失效条件的方法；

10)结合航天器要求和限制确定减少二次喷出物的航天器表面材料。

5 减缓组 (WG4)会议情况

减缓组会议由来自11个代表团的31人参加会议。主要议题如下:

(1)讨论了对IADC空间碎片减缓指南的修改。对于任务后处置成功率90%这个定量要求进行了较为深入的讨论。中方认为成功率90%这个要求是一个过于理论化的要求，其意义仅仅在于对空间碎片环境演化的仿真计算中能够保证碎片环境趋于稳定，但成功率这个要求在工程实践中是无法设计的。

(2)讨论了目前低地轨道 (LEO)和静地轨道 (GEO)寿命后处置的指南符合性，对倾斜地球同步轨道 (IGSO)任务后处置以及GEO飞行器的任务后处置设计进行了探讨。对穿越GEO保护区的空间物体的处置提出了建议，主要目的是分析当前的GEO处置指南要求对于GEO临近区域的穿越但并不总在GEO保护区的空间物体是否充分 (例如IGSO轨道的物体)，最终确定是否把现有的指南拓展到更广泛的操作区域或者对这些卫星和轨道级提出新的指南。

(3)讨论了辅助姿态和轨道确定方法指南，对环境补救 (主动清除)指南的主要技术因素进行梳理和讨论。辅助姿态和轨道确定方法指南的主要目的是:有助于识别空间物体，增强基于地基和天基传感器的轨道确定能力，增强基于天基和地基传感器的姿态运动确定能力，梳理出技术途径，并逐步形成国际层面的共识以采用这些技术。环境补救 (主动清除)指南的主要目的是分析在主动清除任务中将面临的技术问题，这项工作将为未来主动清除任务指南打下基础。环境补救任务指南必须确保这些任务的有效性，且不会带来相反的效果。此外，指南还必须确保这些任务不会违反空间碎片减缓指南要求。

(4)再入安全方面，讨论了欧空局再入安全标准；日本介绍了伤亡风险程序评估的进展情况，对日本的再入分析方法-升级版ORSATJ与欧空局的DRAMA进行了比较；德国宇航中心介绍了半受控再入对伤亡概率减小所起到的作用；印度简要说明了其火箭末级的再入情况。

6 几点思考

根据大会指导组和各工作组的讨论内容，结合我国在空间碎片领域的工作开展情况，提出如下思考供大家参考。

(1)开展对 《IADC空间碎片减缓指南》(更新版)中参数的分析研究。

原版 《IADC空间碎片减缓指南》中对相关减缓措施仅进行了定性要求，更新版中对各个参数提出了如下量化要求:1)空间物体工作寿命内意外解体概率不超过30%；2)航天器和运载火箭轨道级任务后弃置成功率大于90%；3)运载火箭轨道级应在25年内不穿过GEO保护区域；4)空间物体再入对人员造成伤亡的概率不超过10-4。因此，建议对这些量化参数进行深入研究，对其造成的影响开展分析。

(2)低轨25年轨道寿命的落实和研究。

《IADC空间碎片减缓指南》中要求低地轨道航天器任务后应降低轨道寿命至25年内。建议尽快启动相关工作，提出减缓建议，并利用监测和分析力量对减缓工作给予支持。此外，欧空局提出 “空间环境承载力”的概念，用此参数限定未来每年的航天发射量，建议对此予以关注。

(3)开展大型星座减缓规则研究。

目前IADC仅根据对一个假定星座的分析结果来拟定规则，其适用性和有效性有待进一步研究。建议结合我国卫星发展计划，从轨道高度、星座数量、卫星数量、质量和尺寸、任务后弃置率和弃置轨道寿命等方面进一步分析，为IADC合作提供支撑。

(4)尽快开展对美国大力神3C火箭末级的监测和分析。

美国静地轨道大力神3C火箭末级 (编号3692)2018年发生解体，产生碎片超过100个，这是该目标有记录的第二次解体。本届会议上，俄罗斯提议对解体碎片进行联合监测和分析。建议尽快开展相关工作，为后续在IADC框架下的国际合作提供支持。