GB/T 40513-2021 星载光学遥感仪器污染防护要求

　　ICS 49.020 CCS V 75

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40513—2021

　　星载光学遥感仪器污染防护要求

　　Contamination control requirements for spacecraft optics remote instrument

　　2 0 2 1 - 0 8 - 2 0 发 布

　　国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会

　　发 布

　　GB/T 40513—2021

　　目 次

　　GB/T 40513—2021

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1—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。

　　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/TC 425)提出并归口。

　　本文件起草单位：上海卫星工程研究所、中科院上海技术物理研究所、中国航天标准化研究所。

　　本文件主要起草人：张立国、汪少林、张如意、陈强、王少游、汪自军、赵其昌、代海山、舒锐、孙丽崴、 张扬、李叶飞、李强、周洪伟、郭玲玲、俞晓晨、许冬彦。

　　星载光学遥感仪器污染防护要求

　　1 范围

　　本文件规定了星载光学遥感仪器污染防护的一般要求、敏感度等级及污染敏感部位、材料选用控 制、污染防护措施和过程控制要求。

　　本文件适用于星载光学遥感仪器(以下简称“仪器”)的污染防护，其他星载光学仪器的污染防护可 参照使用。

　　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;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。

　　GB/T 8979—2008 纯氮、高纯氮和超纯氮

　　GB/T 29085—2012 卫星防污染技术要求

　　GB/T 34517—2017 航天器用非金属材料真空出气评价方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 29085—2012 和 GB/T 34517—2017 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　分子污染 molecules contaminant

　　污染物以分子膜的形态在仪器污染敏感部位的凝结与沉积，造成仪器性能下降或寿命衰减。

　　3.2

　　水汽沉积污染 water deposition contaminant

　　真空环境下，仪器材料释放出的水汽在污染敏感部位的凝结与沉积，造成仪器性能下降或寿命 衰减。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　CWS: 污染参考样品(Contamination Witness Sample)

　　OSR: 光学太阳反射面(Optical Solar Reflector)

　　TQCM: 温度可控的石英晶体微量天平(Temperature-controlled Quartz Crystal Microbalance)

　　5 一般要求

　　仪器污染防护的一般要求如下：

　　工

　　GB/T 40513—2021

　　a) 仪器常见的污染物包括有机分子、水汽和颗粒物等，对仪器的污染防护应以预防措施为主并进 行全流程、全要素控制，相关预防和防护内容应纳入质量管理体系;

　　b) 污染防护应贯穿仪器的研制与使用全过程，包括污染敏感度等级和部位确定、污染防护设计、 材料选用控制、空间布局设计、热控设计和过程防护等;

　　c) 针对仪器设计、生产制造、测试试验、贮存运输、发射场试验和在轨运行等过程，应制定污染防 护控制程序、方法和相应的管理流程，明确各阶段防护要求，采取有效控制措施;

　　d) 应根据仪器的污染敏感度等级、污染敏感组部件空间分布和在轨工作环境等，开展污染物来源 分析和污染防护设计;

　　e) 应规定仪器研制全过程场地和容器的洁净度要求，明确研制全过程的环境条件、充气防护、物 理隔离等防护要求，必要时应考虑主动防护措施;

　　f) 明确全流程污染防护检验确认要求并记录，记录应完整翔实具有可追溯性。

　　6 仪器污染敏感度等级和污染敏感部位

　　6.1 污染敏感度等级

　　根据污染对仪器性能的影响程度确定仪器的污染敏感度等级，具体等级划分如下：

　　a) 高污染敏感度仪器：污染平均量对性能有严重影响的仪器， 一般要求分子污染沉积量不大于 1×10⁻⁷g/cm²;

　　b) 中污染敏感度仪器：污染平均量对性能有一般影响的仪器， 一般要求分子污染沉积量不大于 3×10⁻⁷g/cm²;

　　c) 低污染敏感度仪器：对污染物不敏感的仪器， 一般要求分子污染沉积量不大于1×10-⁶g/cm²。

　　6.2 污染敏感部位

　　易受有机分子污染、水汽沉积污染和颗粒污染等污染影响的组部件应确定为污染敏感部位， 一般 包 括 ：

　　a) 对污染敏感的光学表面，尤其是低温光学表面;

　　b) 狭缝、光栅和微孔等微结构;

　　c) 探测器感光面，探测器封装组件光学透过面;

　　d) 高精度运动机构的接触表面;

　　e) 含易潮解的构件;

　　f) 热控表面，包括辐射制冷表面、多层、OSR 片等。

　　7 材料选用控制

　　7.1 材料选用考虑因素

　　仪器材料应根据污染敏感度等级，选用满足防护要求的材料，尤其是有机材料、复合材料和工艺辅 助材料，一般考虑如下因素：

　　a) 材料的放气率及其随时间、温度和压力的变化特性;

　　b) 轨道空间环境对材料的影响;

　　c) 放气材料或其构件相对于污染敏感组部件的几何分布;

　　d) 高污染敏感度仪器的材料选用应根据仪器在轨工作温度和污染敏感组部件温度进行专项试 验，验证材料的可用性。

　　7.2 材料选用原则

　　材料选用具体原则及出气特性要求按照GB/T 29085—2012 中4.2.3的规定，材料真空出气性能测 试方法按照 GB/T 34517—2017中第6章的要求。

　　8 污染防护措施

　　8.1 被动防护

　　仪器被动防护措施如下：

　　a) 应根据仪器的污染敏感度等级，确定仪器研制全过程环境的温度、湿度、压力及洁净度要求，对 可能的环境污染源进行控制;

　　b) 应设计专用的密闭保护容器，并对容器充惰性气体，保证仪器贮存及运输时的环境要求;

　　c) 应在仪器污染敏感组部件的通路上设置物理隔离装置或加装防护罩;

　　d) 应设计仪器充惰性气体防护(简称“充气防护”)方案，包括充气管路、气流量和排气孔等，污染 敏感部位的防护气体压力应大于环境压力，必要时需进行整机充气防护设计，惰性气体一般选 用符合GB/T 8979—2008规定的高纯氮气;

　　e) 应严格控制仪器及其污染敏感组部件暴露在不满足防护要求环境中的时间，制定防护措施， 一 般使用防护罩并加大防护气体流量。

　　8.2 地面真空烘烤除气

　　8.2.1 真空烘烤除气部件确定准则

　　需要进行地面真空烘烤除气的组部件一般包括：

　　a) 污染敏感的组部件，特别是非金属材料构件;

　　b) 有潜在污染可能的组部件、构件和污染敏感部件所在的壳体;

　　c) 污染敏感组部件视场内或位于同一腔体内的零部件，以及包括污染敏感组部件的集成件，集成 件的真空烘烤除气需进行必要性分析。

　　8.2.2 试验设备的除气要求

　　仪器组部件真空烘烤除气前需完成真空罐以及罐内全部辅助设备的真空烘烤除气，不应在仪器组 部件除气过程中引入新的污染，具体要求如下：

　　a) 试验设备烘烤除气前应进行清洁处理;

　　b) 试验设备真空烘烤除气温度应不小于仪器组部件真空烘烤除气温度10℃,连续运行24 h, 有 机物污染量不大于1×10-⁷ g/cm²;

　　c) 试验设备首次使用或前次使用存在污染的情况下应进行真空烘烤除气，真空度优于1× 10-³Pa, 烘烤温度一般不小于100℃,烘烤时间不小于48 h。

　　8.2.3 仪器组部件的除气要求

　　仪器组部件真空烘烤除气要求如下。

　　a) 真空烘烤除气的真空度应优于1×10-³Pa。

　　b) 真空烘烤除气温度要求如下：

　　1) 材料的烘烤温度一般不小于60℃,应不小于在轨最高温度10℃;

　　2) 组部件的烘烤温度一般不小于45℃,应不小于在轨最高温度10℃;

　　3) 真空烘烤除气过程不应对组部件造成危害和不可逆损伤。

　　c) 真空烘烤除气的持续时间一般要求为60 h～200h, 温度越低持续时间越长。

　　d) 真空烘烤除气污染监测要求如下：

　　1) TQCM 的最小敏感量应优于5.0×10⁻⁹ g/(cm² ·Hz), 控温温度应不大于污染敏感组部 件在轨最低温度10℃;

　　2) CWS 应为代表仪器污染敏感面的试验样品，控温温度范围应覆盖污染敏感组部件在轨工 作温度范围;

　　3) TQCM 和 CWS 的温度无法达到上述要求时，应以可达到的最低温度进行污染物沉积 监 测 。

　　e) 真空烘烤除气过程数据监测及结束判据要求如下：

　　1) 烘烤过程中保持 CWS 温度不小于真空罐内其他表面10℃;

　　2) TQCM 连续36 h 监测的平均沉积速率应不大于1 Hz/h;

　　3) TQCM 沉积速率达到2)的要求后，降低 CWS 至最低温度(一般不大于敏感件在轨最低 工作温度10℃)并持续24 h, 确认满足仪器污染防护要求后结束烘烤;

　　4) CWS 可使用普通污染监测片替代，应满足2)的要求为结束判据。

　　8.2.4 除气效果评估

　　真空烘烤除气后应对污染监测片进行污染沉积量测试并确认除气效果，若未达到污染防护要求应 对仪器污染防护设计进行更改和优化，并再次进行真空烘烤除气。

　　8.3 在轨加热除气

　　在低温条件下工作的仪器均应进行一段时间的在轨加热除气。仪器应根据在轨加热除气要求对污 染敏感组部件的空间布局和温控策略进行设计，具体要求如下：

　　a) 应考虑放气材料相对于污染敏感组部件的空间布局，非金属材料组部件的放气通道应避开污 染敏感组部件;

　　b) 按照光线传输路径由前向后的顺序，仪器组部件的加热除气温度应逐级递增，污染敏感组部件 的加热除气温度应不小于在轨最高温度10℃,并不小于周围非敏感组部件5℃;

　　c) 测温点应能体现污染敏感组部件的整体温度，表面积大的组部件应设计加热和测温方案;

　　d) 使用辐射制冷器、冷光学和低温探测器的仪器，应设计加热除气方案;

　　e) 在轨加热除气应确保仪器组部件安全，防止仪器局部温度过高。

　　9 过程控制要求

　　9.1 设计阶段

　　仪器设计阶段污染防护要求如下：

　　a) 按照6.1的要求明确仪器的污染敏感度等级，高污染敏感度仪器和中污染敏感度仪器应制定 污染防护方案和工作计划，低污染敏感度仪器应明确污染防护控制项目;

　　b) 材料选用应满足第7章要求，形成非金属材料选用清单;

　　c) 根据仪器设计方案和选用的材料，按照8.1的要求进行被动防护设计，按照8.3的要求完成在 轨加热除气方案设计;

　　d) 应按照6.2的要求确定污染敏感部位，汇总仪器需地面真空烘烤除气的组部件清单;

　　e) 全面分析仪器研制各阶段可能的污染情况，规定仪器各阶段所允许的污染量和研制过程控制 要求 。

　　9.2 生产制造阶段

　　仪器生产制造阶段的污染防护要求如下：

　　a) 生产制造过程应在满足仪器所需温度、湿度和洁净度要求的洁净室进行，洁净室的要求按 GB/T 29085—2012 中4.6.3的规定;

　　b) 污染敏感组部件应专门制定装配和工艺流程，严格按照工艺要求进行加工和装配;

　　c) 污染敏感组部件应安装防护盖或防护罩，除特殊情况外，应确保防护盖或防护罩始终保持在规 定的防护位置上;

　　d) 关键组件(光学件、探测器和制冷器等)使用专用容器存储，集成过程中严格控制污染量;

　　e) 严格控制装配过程中可能引入的污染物，包括辅料、涂料、粘接剂等;

　　f) 应在研制关键节点检查污染敏感组部件的洁净度，发现污染后应及时清洗，清洗要求按照 GB/T 29085—2012 中4.4的规定;

　　g) 依据应进行地面真空烘烤除气的组部件清单，在生产制造过程中对各组部件进行地面真空烘 烤除气，地面真空烘烤除气按照8.2的要求;

　　h) 生产制造阶段污染防护的其他要求按照GB/T 29085—2012 中5.3和5.4的要求。

　　9.3 测试试验阶段

　　仪器测试试验阶段的污染防护要求如下：

　　a) 测试试验应在满足仪器所需温度、湿度和洁净度要求的环境内进行，实时监测环境数据，如果 环境条件超出规定要求应终止测试或试验，直至环境达到要求后方可再次开始试验;

　　b) 工作在超低温度环境的污染敏感组部件应按照8.1中的充气防护措施;

　　c) 测试过程中的污染性气体、溶剂残留物和颗粒物质应及时排放和清除;

　　d) 依据仪器热控设计和仿真结果进行真空热试验，必要时采用太阳模拟设备模拟在轨外热流环 境，确认仪器加热除气设计满足要求;

　　e) 测试试验阶段污染防护的其他要求按照GB/T 29085—2012 中5.5和5.6的要求。

　　9.4 贮存运输阶段

　　仪器在贮存运输阶段的防护应满足以下要求。

　　a) 贮存和运输前应根据仪器的污染防护要求和可操作性再次进行局部或整机清洁。

　　b) 仪器装箱和开箱环境应满足仪器防护要求。

　　c) 仪器贮存和运输过程中，污染防护盖、防护罩应正确安装并确保运输过程中不脱落，防护装置 不应与仪器摩擦产生多余物或破坏产品表面状态。

　　d) 污染敏感组部件贮存时，应将污染敏感表面向下或垂直放置，减小颗粒沉积污染，必要时使用 专用容器进行贮存或运输。

　　e) 对污染敏感的仪器，应使用专用包装箱，包装箱应满足以下要求：

　　1) 包装箱材料的选用应满足第7章要求;

　　2) 包装箱和箱内的辅助设备不应产生颗粒脱落、气体和液体的泄漏;

　　3) 包装箱应配备环境控制、监视和告警装置，在贮存和运输过程中应实时监测包装箱内的环 境温度、湿度、压力和洁净度;

　　4) 中、高污染敏感度仪器的包装箱应具备充气防护功能，包装箱内外压差一般为500 Pa~ 2000 Pa(包装箱内正压),包装箱应具备压力实时监测和补充气体能力;

　　5) 仪器需航空运输时，包装箱需满足航空运输要求，如包装箱内外压力平衡等。

　　9.5 发射场试验阶段

　　发射试验阶段仪器的防护要求如下。

　　a) 应确认技术区、发射区环境条件满足仪器的防护要求，包括仪器充气防护要求。

　　b) 应对卫星整流罩进行洁净度检查，满足仪器多余物防护要求后方可使用。

　　c) 发射转场前，应进行仪器外部光学表面多余物、污染物检查和清除。

　　d) 发射前应保证仪器污染敏感部位温度不小于环境露点5℃。

　　e) 仪器发射试验阶段充气防护要求如下：

　　1) 有充气防护要求的仪器从专用包装箱取出后，应立即对仪器进行连续充气防护;

　　2) 航天器转场、星箭开塔测试时，仪器充气防护气体流量应增加为设计值的1.5～2倍，直至 环境满足仪器防护要求;

　　3) 有充气防护要求的仪器应连续充气直至发射前指定时间撤除，撤除时间一般不早于发射 前40 min。

　　9.6 在轨运行阶段

　　9.6.1 入轨初期污染防护

　　入轨初期，在整星能源和测控条件允许的情况下实施仪器加热除气，根据在轨温度确定加热除气时 间，一般要求如下：

　　a) 按照仪器污染敏感组部件设计的加热除气温度进行温控，若温度未达到设计值，应及时调整温 控阈值;

　　b) 制冷型仪器(200 K) 的加热除气时间一般不小于7 d; 液氮温区仪器(80 K～200 K)的加热除 气时间一般不小于20 d; 深低温仪器(≤80 K) 的加热除气时间一般不小于30 d; 探测器封装壳 体处于常温区的仪器可适当缩短加热除气时间;

　　c) 高光谱、紫外等高污染敏感度仪器的加热除气时间一般不小于30 d;

　　d) 其他类型仪器的在轨加热除气时间可参照 b) 、c)的要求，根据仪器特性、在轨使用情况适当延 长或缩短加热除气时间。

　　9.6.2 在轨长期运行污染防护

　　持续监测仪器工作性能(如动态范围、灵敏度等)的变化情况，根据实际需要对仪器进行再次加热 除气。