GB/T 40134-2021 航天系统电磁兼容性要求.pdf

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  • 6系统级EMC详细要求

    为保证航天系统在真实工况和实际电磁环境下的电磁兼容性和可靠性,需要确定系统的EMI安全 裕度。EMI安全裕度应根据系统、分系统和设备的工作性能要求、产品不一致性以及试验验证有关不 确定因素,进行测试、分析和确定。在EMI安全裕度分析过程中,应考允余产品失效、产品老化以及 司类设备间的特性差异所引起的变化。应根据系统、分系统和设备的不同风险分类确定其应达到的 EMI安全裕度,除非另有规定,一般应符合表3的要求

    标准血压表3风险等级和EMI安全裕度

    为了确保满足系统工作性能的要求,保证系统安全,航大器和运载火箭系统在其寿命周期内应与预 期所处的电磁环境兼容。预期的电磁环境应当通过分析或直接测量来确定,至少包括AIT、运输、发射 场集成测试、发射、返回(若有)和在轨运行期间 外部电磁环境要求一般由订购方提出。如未明确要求,可参照表4和表5中的电磁环境电平进行 分析评估。当飞行件暴露在表4和表5中规定的电磁环境之前,应分析验证系统兼容性和可能造成的 损坏。 符合性一般通过分析或试验验证的方式检验;分析的数据来源包括标准中的数据、以往的实地电磁 环境测量和软件仿真的数据积累;试验验证一般采用系统电磁环境试验的方式。试验过程中,结构、设 备、布局、接地、电缆等系统技术状态应尽可能接近实际使用状态,确保试验的有效性;对具有几种不同 工况和运行模式的系统、分系统和设备,对各种不同 工况和运行模式均应进行测试,确保测试的覆盖性,

    航天器和运载火箭系统地面段外部电磁环境电平

    航大系统应目兼容,即组成系统的所有分系统和设备应在传导接口和辐射界面处与其他分系统和

    航天系统应自兼容,即组成系统的所有分系统和设备应在传导接口和辐射界面处与

    6.3.2无源互调(PIM)

    航天系统在设计过程中应考虑无源互调的潜在影响,避免无源互调十扰。航天系统内部或外部的 受射机所产生的射频信号在人射到系统内以及系统外的平台时,不会由于无源互调产生干扰信号,对系 统内、外接收机造成干扰。符合性一般通过分析和试验验证的方式检验。 注:对无源射频部件而言,互调失真由非线性源产生,典型的非线性源有使用材料的非线性、金属间相互接触不良 不同材料之间的接点、锈蚀物、灰尘和污染物等。对收发共用天线的通信系统而言,由于无源射频部件的非线 性,落在接收频带的PIM产物进入接收系统形成干扰噪声,直接影响系统正常工作,严重时可能导致系统失效

    微放电父 注:微放电现象是一种真空放电现象,常在射频设备和部件中产生;微放电会引起谐振腔调谐、耦合参数、波导损耗 和相位常数等的波动,产生谐波引起带外干扰和交调产物,对部件表面侵蚀和介质击穿,干扰本体设备和其他 设备,造成设备性能下降或不能正常工作。通常在射频设备或部件内部电场驻波比最大点处及阶梯、尖锐边 缘、缝隙等势线密集、场强增强位置,会加剧微放电效应

    6.3.4电源品质要求

    6.3.5电源母线瞬变

    航天系统在总 态过程的综 合作用下,仍具有所要求的EMI 所有连接负载的电源输人端 改变等最恶劣情况

    6.3.6“脱插”测试

    航天器和运载火箭等SUT应能够在与大地之间无任何线缆和金属连接、无地面供电而完全依靠 系统自身供电情况下正常工作。符合性一般通过试验来验证, “脱插”测试应在可控测试条件下进行。通常先进行系统初始化,其SUT中与地面辅助设备系统 连接。在初始化过程中,创建射频通信链路,确保能通过射频链路控制SU。再将地面辅助系统电缆

    从SUT移除,同时监控遥测数据查看SUT运行是否正常;另外,为模拟航天器与运载火箭分离,可通 过快速拨出脐带电缆,监控遥测数据查看航天器系统运行是否正常。测试中使用连接至航天器的安全 导线应有足够大的电阻,阻值范围在10kQ~5MQ之间(模拟航天器与地面分离,提供高阻值保护);测 式结束时应通过开关将电阻器短路,以便在重新插人接头时,提供安全的接地连接。重新插人插头时需 格外小心,否则航天器可能会严重受损

    .7接收机EMI安全裕度

    安装在航天系统的接收机和发射机应具有电磁兼容性,若采用试验方式验证航天系统上的接收机 能否正常工作,EMI安全裕度应不小于6dB

    6.3.7.2射频前端裕度评估

    天线电缆与航天系统上接收机断开,而通过校准电缆与EMI接收机连接,EMI接收机相比航天系 充的接收机应具有同等或更高的灵敏度。将航天系统有意和无意发射的射频干扰耦合量值与上行链路 预算的射频信号最小电平进行对比分析。

    6.3.7.3基带裕度评估

    建立一条模拟上行传输链路,此链路在航天系统上天线处的射频场强度比任务期间最差情况下预 期接收电平低6dB。若模拟信号(输人信号电平比最差在轨信号电平低6dB)由航天系统接收机完好 妾收,解调出的基带信号质量满足预期,未出现性能降级,则裕度得到证实。在某些情况下,可能没有足 够的接收机灵敏度来进行此测试,也可用射频前端裕度评估代替

    求适用于发射前准备阶段。在发射前准备的暴露状态下,航天系统应能承受近距离的雷击(包括在最邻 近的雷电保护装置处的放电,在防护区外缘放电或在构成系统的地面电缆附近放电),且满足其工作性 能要求。符合性一般通过分析或试验验证的方式检验。如果发射场地有相应的系统可以检测雷电感应 场/或电流,应采用通过此系统获得的数据来评价雷电对航天器和运载火箭的损害。 发射任务应有防雷预案,对发射任务的时间和气象条件应有严格规定。 雷电直接效应的波形如图1,间接效应波形如图2,图1和图2对应的波形参数见表6。距离雷电电 充10m内(R<10m)、10m外(R>10m)的电磁环境估算如表7和表8。 注:自然情况下对雷电的测量结果表明,一些雷击的高频频谱含量可能要高于本文件中给出的雷电模型。由于谐 振激励,这对于一些系统的电磁耦合效应可能增强

    FB/T40134202

    图1雷电直接效应环境

    图2雷电间接效应环境

    表6雷电间接效应波形参数

    注:电流分量A适用于过渡区1C,代表了高海拨地区首次回击电流(A分量)的波形

    A,适用于过渡区1C,代表了高海拔地区首次回击电流(A分

    表7来自邻近雷击(云对地)的电磁场变化率(R

    表8来自邻近雷击(云对地)的电磁场及变化率(R》

    6.5.1 ±一般要求

    在航天系统寿命周期内,应严格控制静电荷积累效应,采取搭接、接地和表面处理等有效措施释放 净电荷,避免静电放电、真空放电、表面充放电、深层充放电等效应,具体搭接、接地等要求见6.11。若不 能避免上述效应,则应采取相应措施进行防护,防止静电充放电造成的人员伤害、EED意外点火和性能 降级、燃料意外发火、发动机意外点火、电磁干扰、介质材料击穿等;航天系统、分系统和设备暴露在上述 效应时,应正常工作,不会出现故障、性能降级或偏离规定的指标值。符合性一般通过分析或试验验证 的方式检验。

    6.5.2运载火箭系统的静电控制和防护

    运载火箭静电产生和放电以及由此带来的危害应得以有效控制和防护。在运载火箭研制和任务发 射过程中,应控制静电荷积累、静电放电和低气压放电。运载火箭的很多舱段、结构和部段,包括内部和 外部都可能积累静电荷,应采取适当的措施将这些电荷降低到不会产生任何有影响电压的水平,或采取 有效预防措施尽量避免静电放电。在实际研制中,由于不能确保排除所有的静电放电可能,因此应采取 防护和加固措施,将静电放电的影响程度降到最低。对于运载火箭,全系统应采取静电防护加固措施并 进行试验验证,以使运载火箭系统、分系统和设备暴露在静电放电环境时,系统不会出现故障、性能降级 或偏离规定的指标值

    6.5.3航天器系统的静电控制和防护

    应采取有效措施控制航天器的真空放电、表面充放电、深层充放电,避免由此产生的危害。航天器 电极和高压器件应避免发生真空放电;若不能避免,则应能耐受真空放电。为避免航天器表面充放电 航天器外表面应具有一定导电能力,保证所有的结构表面至少是弱导体,所有的部件都要电搭接,并 供一条对地的导电通路,使各部位之间不致产生过高电位差。为避免深层充电,航天器应采用有效屏蔽 方法降低介质内的电子积分通量,应采取有效的电搭接措施释放内部积累的电荷,避免积累的静电荷足 够高而发生静电放电现象。另外,应对航天器表面和内部敏感设备和器件采取静电防护加固措施并进 行试验验证,使航天器系统、分系统和设备暴露在静电放电环境时,系统不会出现故障、性能降级或偏离 规定的指标值

    6.6电磁脉冲(EMP

    频带瞬态激励,对运载火箭发射和航天器在轨运行有很大威胁。通常情况下,航天系统应保证在经受 MP后一段时间(具体时间与航天系统运行要求有关),系统能恢复至正常运行状态。如对航关系统

    出抗EMP具体要求,则验证方法应证明所采用的EMP防护措施有效,可提供防护措施预期的防护效 果。电磁脉冲波形可采用图3进行分析计算

    6.7分系统和设备的电磁干扰

    图3自由空间EMP时域波形

    航关分系统和设备的电磁发射和敏感特性应进行有效控制。分系统和设备的传导发射、辐射发射, 专导敏感度和辐射敏感度要求见第7章。 注:标准中规定的限值和量级主要来自可覆盖大多数系统配置和任务环境的经验。然而,它们可能不足以保证所 有情况下的系统都满足兼容要求,需要根据具体和特殊情况进行剪裁。由于系统配置不断改变,分系统/设备 经常安装使用在不是最初预期使用之处,且实际的环境电平会随着系统物理位置的改变和配置的改变而变化 所以通带不能轻易放松要求。! 以往的经 感度限值要求 与达到系统级兼容

    当暴露于外部或者内部的交流或者直流磁场时,航天系统内的分系统和设备应正常工作,无性能降 级。航天系统内的分系统和设备产生的交流或者直流磁场辐射不应超过限值。符合性一般通过试验和 分析来验证。 航天系统磁偶极矩应当按照GB/T32307一2015的要求进行限制。符合性一般通过分析或试验来 验证。

    6.9电磁辐射危害防护

    电磁辐射及其对人体组织产生的效应会对人体造成潜在危害,包括轻微热效应直至组织的

    坏死。因此,应避免人体暴露于高强度的电磁辐射环境中,以避免人体受到损害。人员在生活区的电础 环境暴露限值按GB8702一2014的规定执行,人员在工作区的最大电磁辐射暴露限值按国家有关规定 和标准执行。

    6.9.2电磁辐射对燃料的危害防护

    RF能量能够在金属物体中产生感应电流。 电流大小和导体之间的火花强度取决于RF能量场引 和导体对RF能量的接收效率。因此,应确保航天系统燃料不因电磁辐射感应产生的电流和火花而造

    6.9.3电磁辐射对EED的危害防护

    6.10寿命周期E控制

    在规定的寿命周期内,航天系统应满足系统工作性能和相应的电磁环境效应要求。应充分考虑接 也、搭接和屏蔽等保护措施在寿命周期内的防腐蚀能力和可维修性。 对于需要维护的保护措施,应在不降低EMC性能情况下易于维护和更换。系统在设计过程中应 充分考虑恢复搭接、屏蔽或其他保护措施的能力,在寿命周期内的维修过程中,接地、搭接和屏蔽等措施 可能被断开、拔出或在一定时间内失去保护能力,在该时间段内,应采取相应措施保障被保护设施设备 的安全;在维修完成后,应易于恢复之前的接地、搭接和屏蔽措施。符合性应通过试验、分析、检验或相 结合的方式来验证。

    6.11系统接地和搭接

    6.11.1 通用要求

    为了构建电流通路、控制电压电位,保护人员和平台安全,实现系统任务功能和良好电磁兼容性能 天系统、分系统和设备间应进行科学、合理、有效的接地和搭接,并与航关系统防腐等要求协调一致 符合性一般通过测试的方式检验。要求如下: a 电源电流回路要求:作为电源电流回路组成部分的结构部件之间,应有能够传输电源回路电流 的低阻抗通路,其搭接电阻一般不大于1mQ,以使电源系统基准点和负载之间总电压降在电 源质量标准的允差内。 b)天线安装要求如下: 1)安装天线时应配置均匀的地网或地平面,该地网或地平面在天线工作频带范围内的阻抗 应控制在要求以内, 2 当天线的有效工作性能取决于其与地网之间的低阻抗时,其安装搭接应使射频电流从外 壳(蒙皮)到天线合适的金属部分有最短的低阻抗通路。天线到基本结构之间有直流通路 时,其搭接电阻应不大于0.3mQ。 3 天线同轴传输线的外导体应搭接到天线接地平面,构成周边连续的低阻抗通路。天线滤 波器的壳体应与基本结构有良好电搭接,其搭接电阻应控制在0.3mQ2以内。 c)防电击搭接要求:所有暴露在外的设备导体外壳、安装线缆的金属导管应进行电搭接并良好接

    地,搭接电阻应不大于0.12。在人员可能触碰到的任意两点间,应不产生大于24V(有效值) 的交流电压和10V的直流电压。 防射频干扰搭接要求如下: 1)系统外壳(蒙皮)应设计成装配后就固有防射频干扰搭接,使蒙皮成为均匀的低阻抗通路, 构成蒙皮的所有构件之间均应实现搭接,搭接电阻一般不大于1mQ。 2 性能与电磁能量相关的所有电气电子设备,均应使设备外壳与基本结构地之间有连续的 低阻抗通路(多点接地),其搭接电阻宜小于2.5mQ2。 3 用于防止射频干扰的搭接线,一般采用金属片。 e 防静电搭接要求如下: 系统外部介质材料表面应采取控制静电荷积聚,使之平稳泄放的防护措施;可能由于摩擦 而带电的绝缘物体,应良好接地;应避免由于静电积累形成电位差造成静电放电。 2 系统内部的气体和液体管路均会由于流体摩擦而带静电。相互连接的各段金属导管应彼 此搭接,使整条管路形成连续的低阻电气通路。各条金属管路上,应以不大于500mm的 间距多点搭接到结构地上,搭接电阻应小于1。金属导管在电气系统正常或故障情况 下均不应成为电源电流的主要通路。 f 防雷搭接要求:运载火箭的防雷搭接具体见6.11.3。 g 外部接地要求:为防止电击、EED意外发火、燃料和易燃品爆炸对设施设备和人员的危害,航 天系统、分系统均应提供外部接地,以控制电流和静电积累。 h 维修维护设备接地要求:维修维护设备应配有适当的永久地线,与大地良好连接。所有用于处 理燃料、易爆品、氧气或其他危险品的维修设备,均应配有永久地线

    611.2航天器电搭接和接地要求

    搭接和接地具体应满足GB/T29084一2012的要求

    6.11.3运载火箭电搭接和接地要求

    6.11.3.1主搭接和接线

    主搭接通常是运载火箭雷电防护所要求的搭接。 主搭接的形式主要有: a)金属与金属的铆接或螺栓连接; b)火箭整流罩的紧固件或紧缩机构连接; c)铰链的接触电阻不大于10mQ(铰链内不准用非导电润滑剂)。 主搭接线通常用于传递雷电电流。在雷电弧不可能附着的情况下,单根铜线的横截面积不应小于 mm:雷电弧可能附着的主搭接线.单根铜线的横截面积不得小于20mm

    6.11.3.2火箭各段的搭揭

    运载火箭各段之间搭接应按金属件间的搭接要求,其每个搭接面的搭接电阻应不大于1mQ。火 各运输分离面之间采用主搭接方式,其搭接线的横截面积不应小于20mm;搭接线应尽量短,其电 组不应大于10mQ

    6.11.3.3发动机搭接

    每台发动机至少应有两处搭接到火箭箭体结构上,其间的搭接电阻不应天于1m2

    1.3.4外部金属部件搭接

    外部安装的金属部件,如整流罩 体结构上,每个拾接面的拾接 电阻一般小于1mQ2

    6.11.3.5外部非金属部件搭接

    当出火前表面的 禹整流卓等,其保护装直和金属框架应采用主拾接连接

    6.11.3.6内部金属部件

    6.11.3.7绝缘体的搭接

    箭体结构应有可靠的机械连接 的静电压不超过350V

    6.11.3.8放电器的搭接

    6.11.3.9火箭整体电阻

    5.11.3.10火箭的接地与等电位连接

    火箭的箭体各结构段通过专用的等电位连接线, 与发射塔架的塔体连接,连接线的横截面积不小于 5mm。连接线与火箭箭体间采用专用脱拨连接器连接,使火箭箭体和发射塔架构成等电位体。在发 射塔架撤走时,允许去掉等电位连接线。每根等电位连接线的电阻不大于20mQ2。 火箭的尾端采用接地线与发射场坪接地线柱连接,其接地线横截面积不小于35mm。其脱拔连 接器在火箭起飞时自动脱落。接地线的电阻不大于25mQ

    航大系统、分系统和设备的电磁频谱特性应遵循国 1控制文件要求,以保证这些系统和设备置于预定工作环境时,对其他被认可的频率用户既不产生有害 的干扰也不受这些用户的干扰。使用频带应符合我国无线电管理委员会指定的业务适用频率范围,必 要时需与ITU协调。

    在对航天器表面涂层、隔热保温层 在电搭接结合面,表面涂层和不同金属材 金属的生锈腐蚀会使电搭接性能

    分系统和设备EMC详细要求

    分系统和设备EMC详细要求

    7.1.125Hz~150kHz电源线音频传导发射

    本项目用以控制EUT通过电源线向电源母线或供电网络注人谐波干扰,适用于通过外部电源供 电的分系统和设备其电源线(包括回线)的传导发射要求。首先,由各负载端引入的电源线总电压纹波 应满足电源品质要求;其次,干扰电流不应超过规定的限值要求。在音频范围内,由于电源的阻抗很低, 因此25Hz~150kHz电源线音频传导发射主要是对电源线的电流控制。 当EUT负载电流I(A)小于1A时,电源线在25Hz150kHz频段内的传导发射不应超过图 的限值;当负载电流I(A)大于1A时,从25Hz~1kHz的限值为100十20lg[I(A)]。具体限值见 表9。

    图425Hz~150kHz限值要求

    表925Hz~150kHz电源线音频传导发射测试的限值要求表

    7.1.2150kHz~20MHz电源线射频传导发射

    本项目用以控制EUT通过电源线以传导或辐射的方式对外造成干扰,适用于所有通过外部电源 供电的分系统和设备其电源线(包括回线)的传导发射要求。 供电电压不超过28V的EUT,其电源线在150kHz20MHz频段内的传导发射应不超过图5中 的限值;供电电压超过28V的EUT,其电源线在150kHz~20MHz频段内的传导发射在图5的限值 基础上放宽101gL(U/28)(其中电压U单位为伏特)。例如,工作电压为100V的设备,其传导发射限 值可放宽5.5dB。

    7.1.3150kHz~20MHz电缆束射频共模传导发射

    图5150kHz~20MHz限值要求

    线)在150kHz~20MHz频段内的射频共模传导发射不应超过图6中的限值要求,限值曲线随频率每 十倍频程下降20dB

    7.1.410kHz40GHz天线端子传导发射

    水利标准图6150kHz~20MHz电缆束射频共模传导发射限值要求

    子,不适用于天线不能拆卸的分系统和设备 对于天线不可拆卸的分系统和设备,可用7.3.3关线谐波和乱真输出辐射发射测试代替本项目对 发射状态的发射机和放大器等进行试验;用7.3.2电场辐射发射测试代替本项目对接收机、待发状态发 射机和放大器等的天线发射进行试验。 在试验中,EUT天线端子在10kHz~40GHz频段内的传导发射不应超过以下具体限值要求 a)接收机:34dBμV; b)发射机和放大器(待发状态):34dBμV c)发射机和放大器(发射状态):除二、三次谐波外,所有的谐波发射、乱真发射至少比基波电平低 80dB;二、三次谐波应抑制到一20dBm或低于基波电平80dB,取二者中较小的值

    7.1.5电源线尖峰信号(时域)传导发射

    继电器 通断而可能在交流、直流电源线上产生尖峰干扰信号的分系统和设备 随手动或自动开关操作而产生的开关瞬态传导发射不应超过下列限值 a)额定电压有效值的士50%(交流电源线); b)额定电压的+50%、一150%(直流电源线)

    7.2.125Hz~150kHz电源线音频传导敏感度

    本项目用以考核EU1承受电网低频连续波十扰的能力。本项目适用于分系统、设备的交流输入 电源线和直流输入电源线,不包括回线。对于直流电源线,适用频段范围为25Hz~150kHz;对于交流 电源线,适用频段范围为EUT电源频率二次谐波至150kHz 当采用图7所示的规定电压限值或图8功率限值对EUT电源线进行试验时饲养标准,EUT不应出现任何 故障、性能降低或偏离规定的指标值,或超过单个分系统和设备规范中给出的指标允差。图8为在

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