ISO 27875:2019 — 航天系统：无人航天器再入风险管理

再入风险管理概述

ISO 27875:2019建立了一个管理无人航天器和运载火箭轨道级再入相关风险的框架。该标准涉及非受控(自然衰减)和受控(定向)再入两种情况提供了评估地面伤亡风险的方法并定义了缓解措施。它适用于所有将再入地球大气层的空间系统。

关键指标是预期伤亡数(Ec)定义为再入事件中发生一人或多人伤亡的概率。国际指南要求非受控再入的Ec<10E-4。

该标准与空间碎片减缓框架(ISO 24113)相结合涵盖了从大气界面(120km高度)到碎片碎裂、烧蚀和幸存碎片地面撞击的整个再入过程。

风险组成部分	评估方法	关键参数	接受标准
伤亡预期(Ec)	蒙特卡罗模拟	碎片质量、撞击面积、人口密度	Ec<10E-4(非受控)
碎片生存性	气动热分析	材料属性、形状、再入角	完全烧毁或动能<15J
撞击散布区	轨迹散布	弹道系数、风模型	在受控区内
解体高度	结构断裂模型	连接强度、热通量	>78km高度

伤亡预期Ec=A×p其中A是幸存碎片的总撞击面积p是撞击区的人口密度。对于非受控再入人口密度在轨道倾角带上取平均值。对于受控再入则在海洋中特定目标区域上进行评估。

自毁设计是首选的缓解策略。选择在再入过程中完全烧蚀的材料并避免高熔点材料可将幸存碎片面积减少80-95%。

关键策略包括：使用铝锂合金代替不锈钢制造推进剂贮箱；避免使用钛压力容器；设计易断接头结构以实现高空早期解体从而利用最强烈的气动加热效应。

对于无法实现完全烧毁的大型航天器(干质量>500kg)需要在无人居住的海洋区域进行受控再入。该标准规定了离轨机动精度、推进系统可靠性(>=0.99)和任务后处置时间表的要求。

自毁设计与受控再入相结合提供了最低的总体风险。即使是为完全烧毁而设计的航天器也应包含受控再入能力作为裕度。

问：什么是10E-4伤亡预期阈值？
Ec<10E-4阈值来自联合国空间碎片减缓指南代表了空间操作普遍接受的风险水平。

问：人口密度如何纳入风险计算？
对于非受控再入在轨道倾角带上取平均值。对于典型LEO倾角(50-100度)平均密度为10-50人/km2。

问：哪些材料最难在再入中烧毁？
不锈钢(熔点约1,400C)、钛(约1,670C)和陶瓷是最难烧毁的材料它们能在再入中幸存并到达地面。