DIN EN 16603-20-06-2014 Space engineering - Spacecraft charging English version EN 16603-20-06 2014《航天工程 航天器充电 英文版本EN 16603-20-06-2014》.pdf

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1、September 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)Preisgruppe 32DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.140!%7Ve“2205166www.din.deDDIN EN 1

2、6603-20-06Raumfahrttechnik Aufladung von Raumfahrzeugen;Englische Fassung EN 16603-20-06:2014Space engineering Spacecraft charging;English version EN 16603-20-06:2014Ingnirie spatiale Charges lectrostatique des vehicules spatiales;Version anglaise EN 16603-20-06:2014Alleinverkauf der Normen durch Be

3、uth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 125 SeitenDIN EN 16603-20-06:2014-09 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (EN 16603-20-06:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/CLC/TC 5 Space“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Normungs

4、gremium ist der Arbeitsausschuss NA 131-10-01 AA Interoperabilitt von Informations-, Kommunikations- und Navigationssystemen“ im DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL). Dieses Dokument basiert auf ECSS-E-ST-20-06C. Dieses Dokument wurde speziell zur Behandlung von Raumfahrtsystemen erarbeitet

5、und hat daher Vorrang vor jeglicher Europischer Norm, da es denselben Anwendungsbereich hat, jedoch ber einen greren Geltungsbereich (z. B. Luft- und Raumfahrt) verfgt. DIN EN 16603-20-06:2014-09 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe 3 Begriffe und Abkrzungen 3.1 In anderen Normen definierte

6、Begriffe Fr die Anwendung dieser Norm gelten die Begriffe nach ECSS-S-ST-00-01. 3.2 Fr diese Norm spezifische Begriffe 3.2.1 Aluminium-quivalentdicke Dicke von Aluminium mit einer Massendichte je Flcheneinheit, die der des beschriebenen Werkstoffs entspricht ANMERKUNG Die Massendichte wird gewhnlich

7、 in (g cm-2) gemessen. 3.2.2 Polarlichtzone Gebiet zwischen dem 60. und 70. Grad nrdlicher oder sdlicher Breite, in dem Polarlichter auftreten 3.2.3 dielektrische Tiefenaufladung elektrische Aufladung innerhalb der Masse eines auen oder innen liegenden Werkstoffs 3.2.4 Dielektrikum ein Medium, in de

8、m ein elektrisches Feld aufrechterhalten werden kann ANMERKUNG In Abhngigkeit von ihrem spezifischen Widerstand knnen dielektrische Werkstoffe als isolierend, antistatisch, schwach leitfhig oder leitfhig beschrieben werden. Folgendes ist ein klassisches Beispiel der Klassifikation nach spezifischem

9、Widerstand: ber 109 m: isolierend zwischen 102 m und 109 m: antistatisch zwischen 103 m und 106 m: statisch ableitend zwischen 10-2 m und 102 m: schwach leitfhig unterhalb 10-2 m: leitfhig 3.2.5 Dosis rtlich aufgenommene Energie je Masseneinheit aufgrund von Strahlungswirkung 3.2.6 Abstrmseite bezog

10、en auf einen Gegenstand in relativer Bewegung gegenber einem Plasma die Seite eines Gegen-stands in Richtung des Plasmageschwindigkeitsvektors 3.2.7 elektrostatisch bezogen auf statische Elektrizitt oder Elektrizitt im Ruhezustand DIN EN 16603-20-06:2014-09 4 3.2.8 elektrostatischer Funken Versagen

11、der isolierenden Eigenschaften eines Dielektrikums, das zu einer pltzlichen Entladung und einem Risiko der Beschdigung des betreffenden Dielektrikums fhrt 3.2.9 elektrostatische Entladung schnelle, spontane bertragung elektrischer Ladung, induziert durch ein starkes elektrostatisches Feld 3.2.10 uer

12、e Aufladung elektrische Aufladung von auen liegenden Werkstoffen 3.2.11 Fluenz zeitliches Integral der Flussdichte 3.2.12 Isolator isolierendes Dielektrikum 3.2.13 innere Aufladung elektrische Aufladung von innen liegenden Werkstoffen, die zumindest von der Hlle des Raumfahrzeugs abgeschirmt sind, a

13、ufgrund des Eindringens geladener Teilchen aus dem umgebenden Medium ANMERKUNG Werkstoffe knnen Leiter oder Dielektrika sein. 3.2.14 innere dielektrische Aufladung innere Aufladung dielektrischer Werkstoffe 3.2.15 Ionentriebwerk Antriebssystem, das durch den Aussto von Ionen mit hohen Geschwindigkei

14、ten arbeitet 3.2.16 L-Schale Parameter des Erdmagnetfelds ANMERKUNG 1 Sie wird auch mit L bezeichnet und als Koordinate zur Lagebeschreibung im erdnahen Weltraum verwendet. ANMERKUNG 2 Die Ableitung von L oder L-Schale ist kompliziert und beruht auf einer Invarianz der Bewegung geladener Teilchen im

15、 Erdmagnetfeld. Allerdings untersttzt dies die Definition von Plasmaregimen innerhalb der Magnetosphre, da es bei einem Dipolmagnetfeld gleich der geozentrischen Hhenlage in Erdradien der rtlichen Magnetfeldlinie bei Querung des quators ist. 3.2.17 ungerichtete Flussdichte skalares Integral der Flus

16、sdichte ber alle Richtungen ANMERKUNG Dies besagt, dass die Richtungsverteilung, die auch nicht-isotrop sein kann, nicht bercksichtigt wird. Die Flussdichte an einem Punkt ist die Anzahl der Teilchen, die eine Kugel mit Querschnittsflcheneinheit (d. h. Radius) durchdringen. Eine ungerichtete Flussdi

17、chte darf nicht mit einer isotropen Flussdichte verwechselt werden. 3.2.18 Ausgasrate Masse einer Moleklspezies, die von einem Material je Zeiteinheit und je Flcheneinheit ausgeht ANMERKUNG Die Einheit der Ausgasrate ist g cm2 s1. Sie kann auch in anderen Einheiten angegeben werden, wie z. B. in rel

18、ativer Masseneinheit je Zeiteinheit (g s1), (% s1) oder (% s-1 cm2). DIN EN 16603-20-06:2014-09 5 3.2.19 Plasma teilweise oder vollstndig ionisiertes Gas, dessen Teilchen ein gemeinsames Verhalten in dessen elektro-magnetischem Feld aufweisen 3.2.20 Primrentladung erste elektrostatische Entladung, d

19、ie durch Erzeugung einer vorbergehenden Leiterbahn zu einem Sekundrbogen fhren kann 3.2.21 Strahlung Energiebertragung durch Teilchen (einschlielich Photonen) ANMERKUNG Im Sinne dieser Norm wird elektromagnetische Strahlung unterhalb des UV-Bereiches nicht behandelt. Somit werden sichtbare, Wrme-, M

20、ikrowellen- und Radiowellenstrahlung nicht behandelt. 3.2.22 Strahlungsgrtel Bereich gebundener oder quasigebundener energiereicher Teilchen im Erdmagnetfeld 3.2.23 Staustrahl Volumen in unmittelbarer Umgebung und in Bewegungsrichtung des Raumfahrzeugs, in dem Vernderungen von Oberflche oder Plasma

21、aufgrund des Durchgangs eines Raumfahrzeugs durch das Medium auftreten knnen 3.2.24 Sekundrbogen Durchgang eines Stroms von einer ueren Quelle, wie einer Solaranlage, durch eine ursprnglich von einer Primrentladung erzeugten Leiterbahn 3.2.25 Oberflchenaufladung elektrische Aufladung der Oberflche v

22、on auen oder innen liegendem Werkstoff 3.2.26 Verbindungsvorrichtung flexibles leitfhiges oder nicht leitendes Kabel, das zwei Raumfahrzeuge oder zwei Teile desselben Raumfahrzeugs ohne jede weitere mechanische Befestigung miteinander verbindet 3.2.27 Schubdse Einrichtung zur nderung der Fluglage od

23、er Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs im Weltraum nach dem Reaktionsprinzip ANMERKUNG Beispielsweise Rakete, Kaltgas-Emitter und elektrischer Antrieb. 3.2.28 Tripelpunkt bezogen auf den Beginn elektrostatischer Entladung Punkt des Aufeinandertreffens von Dielektrikum, Metall und Vakuum 3.2.29 Zustrmseit

24、e bezogen auf einen Gegenstand in relativer Bewegung gegenber einem Plasma die Seite eines Gegen-stands in entgegengesetzter Richtung des Plasmageschwindigkeitsvektors 3.2.30 Wirbelschleppe Volumen in unmittelbarer Umgebung und entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Raumfahrzeugs, in dem Vernderu

25、ngen des umgebenden Plasmas aufgrund des Durchgangs eines Raumfahrzeugs durch das Medium auftreten knnen DIN EN 16603-20-06:2014-09 6 3.3 Abkrzungen In dieser Norm werden die folgenden Abkrzungen definiert und verwendet. AOCS Lage- und Bahnregelungssystem (en: attitude and orbital control system) DG

26、D Entladung mit direktem Gradienten (en: direct gradient discharge) EMV elektromagnetische Vertrglichkeit (EMC, en: electromagnetic compatibility) emf elektromotorische Kraft (en: electro-motive force) EP elektrischer Antrieb (en: electric propulsion) ESD elektrostatische Entladung (en: electrostati

27、c discharge) ETFE Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (en: ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) eV Elektronvolt (en: electron volt) (auch keV, MeV) FEEP Feldemissionselektroantrieb (en: field emission electric propulsion) FEP Fluorethylenpropylen (en: fluoroethylene-propylene) GEO geostationre Er

28、dumlaufbahn (en: geostationary Earth orbit) HEO hochexzentrische Umlaufbahn (en: highly eccentric orbit) ISS Internationale Raumstation (en: International Space Station) IVG invertierter Spannungsgradient (en: inverted voltage gradient) IVGD Entladung mit invertiertem Spannungsgradienten (en: invert

29、ed voltage gradient discharge) LEO erdnahe Umlaufbahn (en: low Earth orbit) MEMS mikroelektromechanische(s) System(e) en: micro-electromechanical system(s) MEO mittlere Erdumlaufbahn en: medium (altitude) Earth orbit MLI Mehrschichtisolierung (en: multi-layer insulation) MLT magnetische Ortszeit (en

30、: magnetic local time) NASA Nationale Luft- und Raumfahrtbehrde (en: National Aeronautics and Space Administration) NGD Entladung mit normalem Gradienten (en: normal gradient discharge) PCB Leiterplatte (en: printed circuit board) PEO polare Erdumlaufbahn (en: polar Earth orbit) PTFE Polytetrafluore

31、thylen (en: poly-tetrafluoroethylene) PVA photovoltaische Baugruppe (en: photo-voltaic assembly) r.m.s. Effektivwert (en: root-mean-square) SAS Solaranlagensimulator (en: solar array simulator) SPT Antrieb mit breitem Beschleunigungskanal (en: stationary plasma thruster) SSM rckseitig beschichteter

32、Spiegel (en: second surface mirror) UV ultraviolettes Licht (en: ultra-violet light) EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EUROPISCHE NORM EN 16603-20-06 July 2014 ICS 49.140 English version Space engineering - Spacecraft charging Ingnirie spatiale - Charges lectrostatique des vehicules spatiales Raumfa

33、hrttechnik - Aufladung von Raumfahrzeugen This European Standard was approved by CEN on 10 February 2014. CEN and CENELEC members are bound to comply with the CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate the conditions for giving this European Standard the status of a national standard without a

34、ny alteration. Up-to-date lists and bibliographical references concerning such national standards may be obtained on application to the CEN-CENELEC Management Centre or to any CEN and CENELEC member. This European Standard exists in three official versions (English, French, German). A version in any

35、 other language made by translation under the responsibility of a CEN and CENELEC member into its own language and notified to the CEN-CENELEC Management Centre has the same status as the official versions. CEN and CENELEC members are the national standards bodies and national electrotechnical commi

36、ttees of Austria, Belgium, Bulgaria, Croatia, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland, Former Yugoslav Republic of Macedonia, France, Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania, Slovakia, Slovenia,

37、 Spain, Sweden, Switzerland, Turkey and United Kingdom. CEN-CENELEC Management Centre: Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels 2014 CEN/CENELEC All rights of exploitation in any form and by any means reserved worldwide for CEN national Members and for CENELEC Members. Ref. No. EN 16603-20-06:2014 EEN 1660

38、3-20-06:2014 (E) 2 Table of contents Foreword 9 Introduction 10 1 Scope . 12 2 Normative references . 13 3 Terms, definitions and abbreviated terms 14 3.1 Terms defined in other standards . 14 3.2 Terms specific to the present standard . 14 3.3 Abbreviated terms. 17 4 Overview 19 4.1 Plasma interact

39、ion effects . 19 4.1.1 Presentation 19 4.1.2 Most common engineering concerns . 19 4.1.3 Overview of physical mechanisms 20 4.2 Relationship with other standards . 22 5 Protection programme . 24 6 Surface material requirements 25 6.1 Overview 25 6.1.1 Description and applicability 25 6.1.2 Purpose c

40、ommon to all spacecraft 26 6.1.3 A special case: scientific spacecraft with plasma measurement instruments . 26 6.2 General requirements . 26 6.2.1 Maximum permitted voltage 26 6.2.2 Maximum resistivity . 27 6.3 Electrical continuity, including surfaces and structural and mechanical parts 27 6.3.1 G

41、rounding of surface metallic parts . 27 6.3.2 Exceptions 28 6.3.3 Electrical continuity for surface materials 29 DIN EN 16603-20-06:2014-09EN 16603-20-06:2014 (E) 3 6.4 Surface charging analysis . 32 6.5 Deliberate potentials . 32 6.6 Testing of materials and assemblies . 32 6.6.1 General . 32 6.6.2

42、 Material characterization tests . 33 6.6.3 Material and assembly qualification . 34 6.7 Scientific spacecraft with plasma measurement instruments 34 6.8 Verification 35 6.8.1 Grounding . 35 6.8.2 Material selection 35 6.8.3 Environmental effects 35 6.8.4 Computer modelling 36 6.9 Triggering of ESD

43、. 36 7 Secondary arc requirements . 37 7.1 Description and applicability . 37 7.2 Solar arrays 38 7.2.1 Overview . 38 7.2.2 General requirement . 38 7.2.3 Testing of solar arrays . 38 7.3 Other exposed parts of the power system including solar array drive mechanisms . 42 8 High voltage system requir

44、ements . 44 8.1 Description . 44 8.2 Requirements . 44 8.3 Validation 44 9 Internal parts and materials requirements . 45 9.1 Description . 45 9.2 General . 45 9.2.1 Internal charging and discharge effects . 45 9.2.2 Grounding and connectivity . 45 9.2.3 Dielectric electric fields and voltages . 46

45、9.3 Validation 47 10 Tether requirements . 50 10.1 Description . 50 10.2 General . 50 DIN EN 16603-20-06:2014-09EN 16603-20-06:2014 (E) 4 10.2.1 Hazards arising on tethered spacecraft due to voltages generated by conductive tethers . 50 10.2.2 Current collection and resulting problems . 50 10.2.3 Ha

46、zards arising from high currents flowing through the tether and spacecraft structures . 51 10.2.4 Continuity of insulation. . 51 10.2.5 Hazards from undesired conductive paths 51 10.2.6 Hazards from electro-dynamic tether oscillations 51 10.2.7 Other effects . 51 10.3 Validation 52 11 Electric propu

47、lsion requirements . 53 11.1 Overview 53 11.1.1 Description 53 11.1.2 Coverage of the requirements . 53 11.2 General . 55 11.2.1 Spacecraft neutralization . 55 11.2.2 Beam neutralization 56 11.2.3 Contamination . 56 11.2.4 Sputtering . 57 11.2.5 Neutral gas effects 57 11.3 Validation 57 11.3.1 Groun

48、d testing 57 11.3.2 Computer modelling characteristics 58 11.3.3 In-flight monitoring. 58 11.3.4 Sputtering . 58 11.3.5 Neutral gas effects 58 Annex A (normative) Electrical hazard mitigation plan - DRD 60 A.1 DRD identification . 60 A.1.1 Requirement identification and source document 60 A.1.2 Purp

49、ose and objective . 60 A.2 Expected response . 60 A.2.1 Scope and content 60 A.2.2 Special remarks 61 Annex B (informative) Tailoring guidelines 62 B.1 Overview 62 B.2 LEO 62 B.2.1 General . 62 DIN EN 16603-20-06:2014-09EN 16603-20-06:2014 (E) 5 B.2.2 LEO orbits with high inclination . 63 B.3 MEO and GEO orbits 63 B.4 Spacecraft with onboard plasma detectors . 63 B.5 Tethered spacecraft 64 B.6 Active spacecraft 64 B.7 Solar Wind 64 B.8 Other planet