GB∕T 40542-2021 航天火工系统及装置设计要求.pdf
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1、ICS 49.020 CCS V 71 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 40542-2021 航天火工系统及装置设计要求Design requirements for space explosive systems and devices CISO 26871 : 20 12, Space systems-Explosive systems and devices, MOD) 2021-08-20发布国家市场监督管理总局毕+国家标准化管理委员会也叩2022-03-01实施GB/T 40542-2021 目次前言. . . III 引言凹1 范围2 规范性引用文件-3 术语和定义4 缩略语
2、25 火工系统要求25.1 总则25.2 设计.25.3 任务35.4 功能35.5 安全性35.6 工作条件45.7 接口要求45.8 机械、电气和热环境要求45.9 测试要求65.10 非火工元器件和防护要求65.11 安全保险装置65.12 原材料76 火工装置要求76.1 一般要求76.2 可靠性要求76.3 裕度设计要求76.4 指标要求96.5 检验四7 产品保障要求m7.1 一般要求m7.2 运输m7.3 贮存207.4 安装和拆卸m7.5 安全207.6 文件n附录A(资料性)本文件与ISO26871: 2012相比的结构变化情况22附录B(资料性)本文件与ISO26871:
3、2012的技术性差异及其原因24I GB/T 40542-2021 目Ij1=1 本文件按照GB/T1.1-2020(标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件使用重新起草法修改采用IS026871: 2012(空间系统爆破系统与装置。本文件与IS026871: 2012相比在结构上有较多调整,附录A列出了本文件与IS026871: 2012的章条编号对照一览表。本文件与IS026871 : 2012相比存在技术差异,这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线(I )进行了标示,附录B中给出了相应技术差异及其原因的一览表。本文件还做了下列编辑性修改:一一修
4、改标准名称为航天火 工系统及装置设计要求h一一删除了IS026871:2012的附录A附录E,删除了IS026871:2012的参考文献。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归口。本文件起草单位:北京宇航系统工程研究所、中国航天标准化研究所。本文件主要起草人:唐科、卢红立、吴晗玲、宋乾强、胡振兴、王帅、张志峰、宋保永、张晓晖、王婿超、谢宜、刘益嘉。皿GB/T 40542- 2021 引航天火工系统是运载火箭和航天器的重要组成部分,火工系统根据任务特点,完成某项预定功能或一组预定功能,一
5、般由点火系统、爆炸序列和终端装置三部分组成。当点火系统接收到工作指令后,生成一束点火脉冲,施加给爆炸序列的首发火工品后,激发传爆火工品,引起爆炸序列一连串作用,最后生成爆炸能量输出,驱动终端装置工作,完成预定任务的功能。其中,工作指令以电能、光能或机械能形式呈现。常见的航天火工装置包括发射装置点火、发动机点火、级间分离、有效载荷分离、机构释放、活门打开、电池激活、电缆切割、发动机安全自毁、太阳能翻板打开、推进系统开闭等。火工装置是重要的一 次性作用产品,功能不可检、不可测,其是否能够正常、可靠工作,直接关系着飞行任务的成败。国际上,多次发生因火工装置失效而导致飞行任务失败的故障案例。因此,规范
6、火工系统及装置在设计、生产制造、试验验证、贮存、使用的全寿命周期的相关要求,对保证产品质量、确保任务成功十分重要。IS0于2012年制定了IS026871( Space systems-Explosive systems and devices),用于规范航天运载火箭和卫星、飞行器上使用的火工品装置的要求,涉及设计、分析、验证、制造、操作和安全性方面的内容,其中就提到火工品在确保航天发射任务成功中的重要性,以便为科研和生产部门提供质量可靠的火工品。由于火工系统及装置是影响航天发射任务成败的关键产品,将IS026871( Space systems-Explo-sive systems and
7、devices)转化为我国的国家标准,是为了便于我国参与航天活动的相关企业或实体机构更好地、更规范地开展火工系统及装置的研制和选型,确保火工系统及装置的可靠性、安全性,为确保航天发射成功奠定坚实基础。N GB/T 40542-2021 航天火工系统及装置设计要求1 范围本文件规定了航天运载火箭和航天器用火工系统和装置的火工系统要求、火工装置要求、产品保障要求。本文件适用于航天运载火箭手日航天器用火工系统和装置的设计、生产制造、试验验证、贮存使用。2 规范性引用文件下列文件 中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注目期的
8、引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 190 危险货物包装标志GB 2702 爆炸品保险箱GB/ T 19000质量管理体系基础和术语GB/ T 32455 运载火箭术语3 术语和定义GB/ T 32455和GB/T19000界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 火工系统explosive system 当点火系统接收到工作指令后,生成一束点火脉冲,施加给爆炸序列的首发火工品后,激发传爆火工品,引起爆炸序列一连串作用,最后生成爆炸能量输出,驱动终端装置工作,完成预定任务的功能。t+ 3.2 注:航天火工系统由点火系统、爆炸序列和终端装置三部分组成。其中,工作指令以
9、电能、光能或机械能形式呈 现。火工系统连接关系 见图I。点火系统叶点火系统firing system il占1国画11 装置; 爆炸序列传爆火工品图1火工系统连接关系图终端装置由控制系统输入供电、指令和控制,这些输入信息被转化为电能、光能或机械能输出,从而激发爆炸GB/T 40542-2021 |序列的首发火工品。3.3 3.4 3.5 爆炸序列explosive train 采用含能材料来完成功能要求的爆炸元件序列。注:包括用于实现所需化学反应的首发火工品、能量传递的传爆火工品,以及首发火工品和传爆火工品之间的安全保险装置。终端装置end item device 利用爆炸序列产生的能量激发装
10、药或直接驱动功能机构,完成特定功能的装置。火工装置pyrotechnic device 利用装药燃烧或爆炸产生的能量通过功能机构完成特定功能的装置。注:由起爆器、装药和功能机构组成。4 缩略语下列缩略语适用于本文件。DSC 差示扫描量热法(differentialscanning calorimetric) ; DTA 差热分析法(differentialthermal analysis) ; EMC 电磁兼容性(electromagneticcompatibility) ; ESD-一静电放电(Electrostaticdischarge) ; TGA 热失重分析法(thermo-gravi
11、metricanalysis) ; VTS-一真空热稳定性(vacuumthermal stability)。5 火工系统要求5.1 总则|511时规定即具时适用性叫时命阱均适用5.1.2 火工品的安全处理、安装操作和使用维护应由专业人员负责。5.2 设计5.2.1 一般要求5.2.1.1 在满足使用要求的前提下,应优先选用成熟产品或成熟技术。5.2.1.2 火工系统及火工装置研制应贯彻基本型设计、系列化发展的思路,应以最少的产品种类、规格和数量满足需求。5.2.1.3 火工系统应尽量采用冗余设计,一般情况下冗余功能相互独立,不应互相影响。5.2.1.4 火工系统敷设布局时,应考虑在安装后便于
12、更换。5.2.2 性能要求对于火工系统和火工装置的各项性能,一般能够量化并测量;对于不能测量和量化的性能,供方与用户需要达成一致。5.2.3 可靠性设计要求在置信度不低于0.95时,火工系统的可靠性不低于0.995。2 GB/T 40542-2021 5.2.4 安全性设计要求5.2.4.1 火工系统意外起爆可能导致人员伤害、死亡或对航天运载火箭或航天器造成严重损害时,应采用安全保险装置。5.2.4.2 在满足可靠性前提下,应使用钝感药剂,提高火工系统固有安全性。5.2.5 裕度要求5.2.5.1 火工系统中的所有施主火工装置与受主火工装置之间的界面,包括首发火工品与传爆火工品、传爆火工品与终
13、端装置等,均应进行裕度设计,并经过验证。5.2.5.2 火工系统在设计时应留有足够裕度,保证产品经历内压、高温、冲击载荷、预紧力、热环境等内部、外部环境叠加作用后,仍能满足性能要求。5.2.5.3 火工系统在设计时应留有足够裕度,保证产品老化、批次差异、材料散差、性能散差等各种散差综合作用后,仍能满足性能要求。5.2.5.4 可靠性和裕度的关系见图2。图中R+和R一表示可靠度的上、下限,方形区域为完成规定功能的最低要求,其与R一之间为需要满足的裕度要求,用于包络产品经历的各种内、外部环境和各种综合作用的散差。概率分布5.3 任务完成规定功能的最低要求 可靠性图2性能的统计分布示意图5.3.1
14、在任务的整个阶段,均应明确火工系统的功能,包括用于飞行终止和靶场安全的应急预案等。5.3.2 应对火工系统全寿命周期内的各项环境条件进行规定,例如:地面贮存、运输、发动机点火、分离、太阳帆板展开、推进系统开启或关闭、离轨等。5.4 功能5.4.1 应对火工系统中每个元件的功能进行规定。5.4.2 在规定的条件下,火工系统应能正常工作,而在其他条件下则不应工作。5.4.3 火工系统应防止任何剌激在非工作时刻到达首发火工品。5.4.4 火工系统应具有单一故障容错性。若意外工作会带来灾难性危害,火工系统供应具有双重故障容错性。5.4.5 如果火工系统失效会带来灾难性故障,火工系统应避免单点故障模式,
15、并至少采用冗余起爆方式。5.5 安全性5.5.1 火工系统应能防止灾难性的故障,具有操作的安全性。3 GB/ T 40542-2021 5.5.2 火工系统应只根据接收到的指令做出正确反应。5.5.3 利用安全保险装置,把其他可能的误触发(如爆炸冲击、电脉冲、光脉冲)进行隔离,避免在任何时刻误引爆火工系统。5.5.4 应做出预防射频、闪电、电磁和静电等影响的规定。5.5.5 若火工系统包含两个或更多隔爆装置设计,这些隔爆装置应至少满足:a) 互相独立;b) 不应受制于共同原因的故障模式;c) 与各自提供的点火电路完全断开。5.5.6 对涉及潜在灾难性故障的火工系统,靠近风险源的应当采用机械隔爆
16、装置。5.5.7 对于冗余的首发火工品,应当采用不同的点火电路控制。5.5.8 安全解保装置应具备预备功 能、选择功能、防护功能和点火功能。预备功能操作之后,应保持在待转换状态,等待点火指令;选择功能是独立的,仅对单一的指令做出反应,选择对应的首发火工品;防护功能应是独立的,仅对单一的指令做出反应,在解除保险指令发出后,在与用户约定的时间间隔内,其应转换到解除保险状态;点火功能用于驱动爆炸序列。5.6 工作条件5.6.1 火工系统应在各种规定的条件下,不失效或者误爆,经过相关条件的组合验证后,能够正常工作。5.6.2 用户应明确火工系统所经历的环境和限制条件。5.6.3 火工系统在工作过程中,
17、应避免对其他设备或者元件产生不利影响。5.7 接口要求5.7.1 一般要求5.7.1.1 组装、运输、飞行等全寿命周期内各阶段的机械接口尺寸应协调。5.7.1.2 应保持电位连续和电磁兼容。5.7.1.3 应考虑各种力学、自然和热环境等载荷环境影响。5.7.1.4 应考虑泄压、排气等流体通道。5.7.1.5 接口材料应相容。5.7.2 功能性要求5.7.2.1 火工系统中每个接口应确保正确的装配关系,确保装配过程中元损伤。5.7.2.2 接口连接件分解后,应进行有效保护。5.7.2.3 火工系统中的每个组件都应与其相邻组件相容。5.7.2.4 火工系统内部各个火工元件的输出威力应满足下级火工品
18、起爆威力要求。5.7.2.5 火工系统应与其他的子系统、外部载荷和环境兼容。如不能兼容时,应提前告知用户,以使用户进行系统更改或防护。5.8 机械、电气和热环境要求5.8.1 机械要求5.8.1.1 组成火工系统的各个组件,应实现模块化设计。5.8.1.2 火工系统的组件应能够单独测试。5.8.1.3 应保证安装、拆卸或者更换不影响其他的设备。4 GB/T 40542- 2021 5.8.2 供方要求供方应向用户提供火工品的质量、质心、转动惯量、点火前和点火后的三维模型(根据用户要求)。5.8.3 用户要求用户的安装结构应与火工品结构相E配。5.8.4 电气要求5.8.4.1 相互冗余的电起爆
19、器供电和指令应相互独立。5.8.4.2 控制系统应在规定的时间内向首发火工品提供需要的剌激。5.8.4.3 由运载火箭向点火源电路供电时,点火电源、电路回路不应在接口的有效载荷的连接端接地,并在不少于1.5倍电源、电压条件下测量,应至少有10kD或等效的绝缘使之与有效载荷的结构隔离;或在不少于1.5倍电源电压条件下测量时,为了保证有效载荷回路与运载火箭的回路之间有不少于10kD 的隔离,应在点火电路中采用隔离变压器。5.8.4.4 点火系统提供的电压(电流)曲线、形状、振幅和持续时间应符合电起爆器输入要求中的规定,应通过试验测试来证明。5.8.4.5 火工系统启动前后,供电电路不能超负荷运行;
20、即使出现单点故障与短路并发的情况下(包括极针对极针、极针对地短路).供电电路也不能超负荷运行。5.8.4.6 针对电磁兼容性EMC要求,火工系统的供电、指令和控制电路应限制电磁场的产生,应至少低于首发火工品不发火电流20dB。发火系统暴露于外部电磁场时,对这些敏感部件的屏蔽也应满足上述要求。5.8.4.7 针对静电放电ESD要求,火工系统与火工装置应成能经受住外部施加的ESD环境,应有保护措施,以防首发火工品误爆或性能降低。应对所有静电放电环境敏感的装置进行屏蔽或采用相应措施进行防护,防止静电累积。不应存在能引起误爆的潜通路或意外的电容放电。火工系统中应列出对ESD敏感的元件,以试验、检验和分
21、析为依据,采取措施,并进行措施有效性验证。5.8.4.8 为了提供所需要的点火脉冲,设计上应考虑电路中的电压压降。5.8.4.9 火工系统的金属壳体应同航天运载火箭和航天器结构实现电导通,点火电路的屏蔽应至少 在两端连接。具体的导通电阻要求见图3。壳体结构图3导通连接要求运载火箭接地柱5.8.4.10 火工系统的点火电路和监控电路均应具有电气独立性。点火系统的输出电路应从结构上与其他电路隔离。点火电路和返回电路应与电源地隔离,以防止在对地短路等情形发生时,造成持续的电力消耗。5.8.4.11 火工系统所有载流元件和导体之间以及与系统地线之间都应当绝缘。5.8.4.12 火工系统不应因点火电路向
22、地面漏电而失效或降级。5.8.4.13 当火工系统暴露在射频环境中时,首发火工品的感应电流应在不发火电流的20dB以下,火工系统性能不应降低。5 GB/T 40542-2021 5.8.4.14 火工系统应防止因电位差或暴露在闪电下产生的感应电流而意外工作或性能降低。5.8.5 热环境要求5.8.5.1 火工系统应在给定的热环境持续时间和强度下,性能不应降低。5.8.5.2 火工系统应防止热量的累积。5.8.5.3 火工系统的药剂分解、自燃、熔化的最低温度应比所经历的热环境的最高预示瘟度高至少300C以上。5.8.5.4 火工系统中对于热环境敏感的元件应采取防热措施。5.9 测试要求5.9.1
23、 对A类电起爆器的测试电流不应超过其最大不发火电流的1/100。5.9.2 对激光起爆器的测试功率不应超过其最大不发火功率的1/10000。I 5.9.3 火工系统出厂后的任何绝缘检查都应将测试电压到100VDC以内。5.10 非火工元器件和防护要求5.10.1 每个接口仅允许有一个连接器。5.10.2 应从几何形状、敷设、尺寸和电缆线长度等方面设计使得连接器不会发生错配。5.10.3 同一功能的主电路和备份电路,不能通过同一连接器。5.10.4 每个发火电源、光源和安全保险装置的电源,应由一条单独的双绞或同轴线、或光缆连接。5.10.5 导线与连接器之间应采用焊接、压接的方式,每根插针只允许
24、连接一根导线。5.10.6 连接器应符合所需要的连接插拔循环次数,以覆盖生产、测试和使用的各个环节要求。5.10.7 火工品的线缆应有醒目的标示。5.10.8 电起爆器的发火线路应有防护措施,防护物应自旨在指定的频率下提供20dB衰减。5.10.9 光缆护套应提供不小于90%的光缆覆盖。5.10.10 应使用双层电缆或光缆护套。5.10.11 应使用短路件来对电起爆器每根发火脚线短路、对点火电路进行短路,对每个点火电路进行接地,短路件应有明显的标识。5.10.12 连接器应防斜插、应自锁。5.10.1 3 连接器外壳应有良好的导电性能。5.10.14 连接器应具有电位连续,接触电阻小于10m.
25、2。5.10.15 连接器应能承受预定冲击载荷,且性能不会降低。5.11 安全保险装置5.11. 1 应用于起爆环节,避免火工系统的意外起爆,造成严重的伤害或损失。5.11.2 应具有远程解除保险和安全的功能。5.11.3 在解除保险前,应提供安全保障。5.11.4 防止人为解除保险。5.11.5 除解保指令外,均应保持在安全位置上。5.11.6 防止出现介于安全和解除保险之间的任何状态。5.11.7 按与用户约定的规定时间间隔内完成保险解除。5.11.8 应提供远程操作及状态显示。5.11.9 应提供局部可视的状态显示。5.11.10 对于电启动的安全保险装置,在保险指令电路中的干扰电流不应
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