關于航天器產品研制試驗的思考

朱鳳梧，陳欽楠，楊 勇，郭振偉

（1.中國空間技術研究院 通信衛星事業部；2.航天東方紅衛星有限公司；3.北京衛星環境工程研究所；4.中國空間技術研究院：北京 100094）

關于航天器產品研制試驗的思考

朱鳳梧1，陳欽楠2，楊 勇3，郭振偉4

（1.中國空間技術研究院 通信衛星事業部；2.航天東方紅衛星有限公司；3.北京衛星環境工程研究所；4.中國空間技術研究院：北京 100094）

研制試驗是航天器產品3大類試驗之一，是提高產品固有可靠性的重要手段。隨著對航天器產品在軌可靠、穩定運行要求的不斷提升，研制試驗的重要性進一步凸顯。但是由于認識上的不足，使得研制試驗在實際執行過程中存在一些偏差。文章結合航天器產品研制試驗的現狀和需求，對與研制試驗相關的幾個概念進行解讀，對研制試驗存在的問題進行分析，并利用典型案例說明研制試驗在提高產品固有可靠性方面的獨特作用，以期為正確認識航天器產品研制試驗，并合理策劃、有效開展研制試驗提供借鑒。

航天器產品；研制試驗；試驗—分析—改進

0 引言

研制試驗是以暴露產品設計缺陷、改進設計方案和驗證設計正確性為重點，在產品方案設計和初樣研制階段由產品研制單位利用研制試驗件開展的全部試驗的統稱。多年來，在國內航天器產品試驗驗證方面存在的主要問題是：對研制試驗，特別是組件級產品的研制試驗缺乏足夠重視；對通過研制試驗提高產品固有可靠性的重要性認識不足。大部分型號受元器件、經費、進度的限制，在初樣階段一般只投產鑒定件產品進行鑒定試驗，混淆了研制試驗和鑒定試驗的性質，只將通過鑒定試驗作為目標，忽視了通過研制試驗提高產品固有可靠性的重要作用。

近年來，部分型號在產品正樣和在軌飛行階段暴露出一些本應在方案設計或初樣研制階段解決的產品設計問題，其根源就在于研制試驗沒有做到位。為了扭轉這種被動局面，國內航天工業部門制定了一系列標準，使開展研制試驗工作的依據更加明晰，為型號產品研制試驗工作開創了新的起點。然而，在研制試驗實施過程中，無論是管理部門、型號總體還是產品研制單位，都對研制試驗存在一些認識上的誤區，對于如何開展研制試驗工作仍然有一些困惑，許多問題還具有一定代表性。

本文希望通過對相關試驗概念的解讀，對當前研制試驗工作現狀和存在的問題進行分析，為如何開展研制試驗工作提出建設性意見；并結合典型案例分析研制試驗在提升產品固有可靠性方面的獨特作用，以期對正確認識航天器產品研制試驗，合理策劃、有效開展研制試驗有所借鑒和促進。

1 航天器產品研制試驗現狀分析

通過統計、分析近年發生的在軌、在研型號質量問題，可以發現研制試驗不充分是產品設計問題頻發的主要原因。從宏觀表現來看，初樣階段本應通過研制試驗解決的設計問題被帶到正樣甚至是在軌階段，這違背了正常的研制規律。按照產品缺陷分布規律，正常情況下在初樣階段主要發現設計缺陷問題，正樣階段主要暴露工藝、制造缺陷問題。對于批產產品，前期主要是工藝問題，元器件是次要問題；后期工藝是次要問題，元器件是主要問題。從微觀上來看，表現為研制試驗的深度和廣度不夠，導致產品固有可靠性沒有達到應有水平。總的來看，當前航天器產品研制試驗主要存在以下幾方面問題。

1）缺乏對研制試驗的正確認識

研制試驗、鑒定試驗和驗收試驗是航天器產品3大類試驗。鑒定試驗和驗收試驗廣為人知，總體有要求，試驗要求和方法有標準，具有明確性和強制性，長久以來已形成了相對固定的“鑒定試驗+驗收試驗”試驗模式。研制試驗不是合同規定的強制性試驗，總體文件中沒有具體要求，相關標準也不多。因此，很多人將研制試驗理解成與型號沒有直接關系的研發工作，或者將研制試驗誤認為是對產品整個研制過程中包括鑒定試驗、驗收試驗和其他試驗的所有試驗的統稱。

對研制試驗認識上的偏差必然導致試驗工作的缺失或者存在很大的隨意性。產品研制單位對新研產品進行鑒定試驗管理，初樣階段沒有研制試驗件只有鑒定件；也有部分單位自發開展了屬于研制試驗的工作，但不系統、不規范、不成規模，拿鑒定件做研制試驗，把研制試驗當作鑒定試驗，最終結果是交付的正樣產品依然存在設計問題。

2）缺乏完善、可操作的研制試驗標準和規范

長期以來關于研制試驗要求、技術和方法的標準很少，試驗對象相對模糊——需要做多少項試驗、試驗條件如何定、在哪一級產品上做都不明確。2005年頒布的GJB 1027A—2005《運載器、上面級和航天器試驗要求》中僅在第5章提出了研制試驗目的，對于試驗基線給出了一般性建議，不具備可操作性。產品研制單位還沒有將上級要求型號化，沒有結合具體產品制定更具有操作性的研制試驗規范從而真正做到將研制試驗納入產品研制流程。總的來看，開展研制試驗的依據性標準和文件尚不完善。

3）缺乏改變現有試驗模式的主動性

推行“研制試驗+鑒定試驗+驗收試驗”的試驗模式并不是將以往試驗模式推倒重來，而是對原有試驗模式的優化和改進，將原本零散開展的研制試驗規范起來，將缺失的試驗補起來，將不該在鑒定件上開展的研制試驗卸下來，通過全面、充分、有效的研制試驗來提高產品的固有可靠性，避免將設計問題遺留到后期，讓鑒定試驗、驗收試驗發揮其本該有的規定作用。

但是原有的“鑒定試驗+驗收試驗”試驗模式已成為型號研制中的習慣性做法，對其進行改進牽涉面很廣。無論是對型號總體還是單機產品研制單位而言，在鑒定試驗之前開展規定的研制試驗都需要對原有的研制流程、經費安排做出相應調整。在當前型號研制任務重、進度安排普遍緊湊的情況下，主動改變現有試驗模式的動力不足，加之缺少強制性要求約束，必然導致研制試驗工作存在諸多問題。

2 與研制試驗有關的試驗概念解析

對研制試驗的正確理解是開展具體工作的前提。對于航天器產品的環境試驗、可靠性試驗的概念曾有一系列文章進行過詳細解讀[1-4]，本文重點對容易與研制試驗混淆的相關試驗概念進行辨析。

2.1 可靠性標準和試驗標準中的主要試驗概念

航天器試驗主要包括研制、鑒定、驗收3大類試驗，分布在航天器產品方案、初樣、正樣研制階段，航天器試驗標準基本上也是以這3大類試驗為框架編制。研制試驗最早由 NASA在 NASA-SP-8043中作為航天器結構試驗準則提出[5]。NASA-SP-8044和NASA-SP-8045分別是關于結構鑒定試驗和驗收試驗的標準[6-7]。NASA-SP-8043指出，航天器結構研制試驗需要解決驗證結構設計可行性、證明一個方案優于另一個方案、識別故障模式、生成基本設計數據等4個方面的問題。這些要求同樣適用于航天器其他分系統或組件級、系統級產品。從最初的概念即可看出，研制試驗應在初步設計（方案設計）之后，正樣設計和制造之前完成。

在GJB 1027A中定義了5種試驗類別，分別是研制試驗、鑒定試驗、驗收試驗、準鑒定試驗，以及出廠前、發射前合格認證試驗[8]。從這里也不難看出，研制試驗并不是對航天器產品研制過程中所有試驗的統稱，而是一個有特定意義，與眾所周知的鑒定試驗、驗收試驗并列的試驗類別。GJB 1027A對研制試驗的定義是：在方案和初樣階段用工程試驗模型完成的試驗，目的是在研制階段初期驗證產品的設計方案是否滿足設計要求，以便在開始鑒定試驗之前采取必要的改進措施，不斷地提高產品的固有可靠性；此外，通過環境試驗來選擇和篩選要使用的電子元器件和材料也是研制試驗中的重要部分[8]。這些與NASA-SP-8043、MIL-STD-1540等標準中對研制試驗的規定是一致的[9]。

航天器可靠性試驗包括可靠性研制/增長試驗、環境應力篩選、可靠性驗證3個工作項目，按流程分布在方案、初樣、正樣研制階段[10]。從定義出發，可靠性試驗可分為可靠性工程試驗和可靠性統計試驗2大類。而航天器產品與批產武器產品的不同之處在于其不存在可靠性統計試驗，其可靠性研制/增長試驗、環境應力篩選屬于可靠性工程試驗范疇。

圖1所示為分別以QJ 1408A和GJB 1027A為代表的可靠性標準和試驗標準中定義的不同試驗之間的對應關系。其中，研制試驗對應可靠性研制/增長試驗，驗收試驗對應環境應力篩選，鑒定試驗沒有對應項。這種對應關系是基于對產品可靠性的要求：初樣階段主要關心產品的固有可靠性，而正樣和應用階段則主要關心產品的使用可靠性。

在GJB 451A中對固有可靠性和使用可靠性有明確的定義。固有可靠性是由產品設計和制造賦予產品，并在理想的使用和保障條件下具有的可靠性[11]。也就是說，一旦產品的設計、制造完成了，產品的固有可靠性也就確定了。當由于設計水平、制造質量等原因造成產品的固有可靠性沒有達到預期的水平時，需要用試驗的手段去發現設計缺陷，并通過改進設計提高產品的固有可靠性。這正是初樣階段要完成的任務，也是可靠性研制/增長試驗的目的，同樣也是研制試驗的目的之一。因此，從提高產品固有可靠性的角度來說，可靠性研制/增長試驗與研制試驗是相對應的。

圖1 可靠性標準和試驗標準中不同試驗類別的對應關系Fig.1 The relationships among different tests in the reliability standards and test standards

使用可靠性是產品在實際使用中所表現出的可靠性，受到設計、制造、使用、維修和環境等因素的影響。因此，使用可靠性主要是針對正樣階段的產品而言的。初樣階段解決了固有可靠性問題，但到了正樣制造階段，不良制造工藝，元器件、材料缺陷等均可能導致產品固有可靠性的降低，需要通過環境應力篩選（驗收試驗）的手段剔除這些質量缺陷，排除產品早期失效，使產品進入隨機失效期。這正是驗收試驗的目的，故從提高產品使用可靠性的方面來說，驗收試驗與環境應力篩選試驗是相對應的。

鑒定試驗與可靠性試驗沒有直接對應項。鑒定試驗本身一般不能提高產品的固有可靠性，除非通過鑒定試驗發現了產品的設計問題進行相應的設計改進。從可靠性的角度看，鑒定試驗只是反映了產品固有可靠性的最終結果，但不能代表正樣產品的使用可靠性水平。這是由鑒定試驗的目的和鑒定件產品的特征所決定的，決不意味著鑒定試驗與可靠性無關。鑒定試驗與可靠性研制/增長試驗和驗收試驗有內在聯系，航天器產品的可靠性驗證需要鑒定試驗數據的支持，鑒定試驗的目的之一就是最終證明產品的設計裕度、余量滿足設計要求，這是其他試驗所不能替代的，也屬于可靠性驗證的一個重要方面。

航天器產品的可靠性研制/增長試驗的目的是在初樣階段解決設計缺陷問題，環境應力篩選的目的是在正樣階段解決制造質量缺陷問題，但這并不意味著經過這些試驗之后航天器產品的可靠性就得到了充分驗證。航天器產品的可靠性驗證不僅需要試驗數據（包括研制試驗、鑒定試驗、驗收試驗），還需要其他相關信息的支持。因此，在可靠性標準中規定了航天器產品的可靠性驗證主要是利用可靠性預測、FMECA、試驗數據包、產品故障報告等，通過分析的方式來完成，這與批產武器裝備用統計的、定量的指標來確定產品可靠度不同。

2.2 研制試驗與可靠性研制/增長試驗

研制試驗與可靠性研制/增長試驗分別是試驗標準和可靠性標準規定的試驗。GJB 1027A是航天器型號試驗方面的頂層標準，編制過程中借鑒了美軍標MIL-STD-1540、MIL-HDBK-340A和歐洲標準ECSS-E-10-03A，并綜合了國內航天型號實踐經驗[9]。GJB 1027A首次在國內標準中對研制試驗做出較完整的規定，并明確說明研制試驗沒有試驗基線。因為對于每一個新型號，其研制試驗的要求是不同的，標準只是給出進行研制試驗的指導原則，對于具體型號須根據其任務要求確定應該進行的研制試驗項目。

美軍標MIL-STD-1543是關于可靠性試驗要求的標準，它提出了可靠性管理（100系列）、可靠性設計與分析（200系列）、可靠性試驗與驗證（300系列）等 3大系列工作項目。對應的歐洲標準是ECSS-Q-30標準體系。國內在借鑒美國標準的基礎上編制的相應標準是QJ 1408A《航天產品可靠性保證要求》。可靠性研制/增長試驗作為可靠性工作項目應用于航天產品，它既不是可靠性增長試驗，也不是由可靠性研制試驗與可靠性增長試驗 2部分組成的試驗，而是航天產品專有的試驗名稱，它要求在產品研制階段早期，通過試驗—分析—改進（Test, Analysis And Fix，TAAF）過程，系統地檢測和消除設計和工藝上的薄弱環節，為滿足產品長壽命、高可靠要求提供適當且足夠的設計余量。

通過圖2的比較可以看出，試驗標準中的“研制試驗”與可靠性標準中的“可靠性研制/增長試驗”在試驗目的、試驗時機、試驗環境、試驗對象和試驗方法等5個方面完全相同，只是在可靠性標準和試驗標準中有不同的稱謂。可靠性研制/增長試驗與可靠性研制試驗只在試驗環境應力方面稍有差別，而與可靠性增長試驗在上述5個方面則完全不同。

圖2 可靠性研制/增長試驗與研制試驗、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗的對比Fig.2 Comparison among the reliability developmental/growth test, the developmental test, the reliability developmental test and the reliability growth test

2.3 研制試驗與鑒定試驗

鑒定試驗也是一個容易與研制試驗混淆的概念，這與國內航天器產品研制領域長期以來強調的初樣鑒定試驗模式有關。對組件級產品而言，除電子產品有一個電性件外，一般產品只有鑒定件，利用鑒定件開展的一系列試驗實際上是自覺不自覺地在做研制試驗的事，導致鑒定件與研制試驗件合二為一，鑒定試驗與研制試驗合二為一。究其根本，對研制試驗與鑒定試驗的區別認識不清是主要原因，為節約經費而不投產研制試驗件則是另一個原因。下面將通過7個方面的比較，分析研制試驗和鑒定試驗之間的差別。

1）試驗性質：研制試驗是帶有研究性質的試驗，試驗過程中允許出現問題，也希望能發現產品的設計問題，進而改進設計。由于研制試驗的多樣性和復雜性，一般不在合同中對其做出規定。鑒定試驗是合同中規定的正式試驗，帶有考核性質，期望受試產品能一次通過而不出現問題。因此，可以把鑒定試驗看作對研制試驗是否充分、有效的認定試驗。

2）試驗目的：研制試驗的目的是盡可能地發現產品的設計缺陷，以通過改進提高產品固有可靠性；而鑒定試驗的目的僅僅是證明產品是否具有規定的鑒定資格，是取得鑒定“證書”的一種方式，正常情況下，鑒定試驗中不應該再出現產品設計問題。

3）試驗目標：兩類試驗的最終目標是不一樣的。研制試驗瞄準的是鑒定件，即研制試驗件的最終技術狀態就是鑒定件狀態；而鑒定件瞄準的是正樣件，即鑒定試驗通過后就可以按鑒定件狀態完成正樣產品的設計和投產。從這個意義上說，保持正樣產品與鑒定件產品的狀態一致至關重要。

4）試驗基線：所謂試驗基線也就是試驗的最低要求。在GJB 1027A中，鑒定試驗和驗收試驗是合同規定的正式試驗，要求的試驗一般不應免除，所規定的試驗項目也不多，對于所有航天器型號基本適用，屬于通用要求。研制試驗難以規定試驗基線，原因在于研制試驗項目廣泛，往往因型號特點、技術繼承性、研制經驗等而異。因此，在國內外航天器試驗標準中都很難找到研制試驗的試驗基線，這也說明了它為什么不會出現在合同中的原因。

5）試驗時機：兩者都在正樣研制階段之前進行。研制試驗最早可能出現在方案設計階段，但更多的應該是在初樣階段，而且是初樣階段的前期；鑒定試驗則是排在初樣階段的后期。兩者的前后次序不能顛倒。以往型號研制過程中曾在初樣研制一開始就用投產鑒定件做試驗，而此鑒定件實際上扮演的是研制試驗件的角色，這與型號長期以來形成的研制模式有關。

6）試驗件：兩類試驗所用的試驗件顯然不一樣。研制試驗件根據試驗目的確定產品技術狀態，被考核的部分一定是真實件，其余部分有可能是模擬件、工藝件，一項試驗完成后有可能將試驗件進行改裝后去做其他試驗項。鑒定試驗件則不同，它的狀態完全可能是將來的正樣件狀態，利用它進行功能/性能鑒定、環境鑒定。關于研制試驗件的電子元器件如何選用還沒有明確規定，建議參照鑒定產品元器件的選用要求。

7）試驗過程：研制試驗是一個反復迭代（TAAF）的過程，只有經過反復迭代才能逐步發現和解決產品設計問題，從而不斷提高產品的固有可靠性。鑒定試驗原則上不允許出現TAAF過程，否則恰好說明研制試驗沒做到位，將設計問題帶到了鑒定階段，甚至是正樣階段，這正是當前應杜絕的現象。

2.4 研制試驗與驗收試驗

從保證產品可靠性的角度來看，參照研制試驗與鑒定試驗的7個方面的比較，研制試驗與驗收試驗在提高產品可靠性方面的目標是相同的，通過研制試驗的TAAF過程，可以解決產品設計問題，提高產品的固有可靠性；通過環境應力篩選（驗收試驗）可以排除產品的早期失效，提高產品的使用可靠性。目前，航天器產品驗收試驗已經形成了固定工作模式，從試驗條件制定、實施、評估到數據包管理等均有一系列標準、規范和型號專用技術文件進行約束，已經成為產品研制流程和型號研制流程的規定工作。相比較而言，目前的研制試驗狀態不足以滿足航天器產品對提升固有可靠性的需求，是整個試驗工作的薄弱環節，無法保證正樣產品不出現設計問題。

3 如何開展航天器產品研制試驗

3.1 研制試驗策劃

研制試驗策劃需要通過開展產品任務剖面分析、環境剖面分析、繼承性分析，綜合考慮技術成熟程度、試驗設備能力、研制進度等因素，制定試驗矩陣，確定試驗對象、試驗項目、試驗條件、試驗方法等。其中，選擇試驗項目和確定研制試驗件是策劃工作的重點。

3.1.1 試驗模型選擇

選擇試驗模型也就是選擇用于研制試驗的對象，這里所說的模型是指物理模型，即試驗件。研制試驗件是專門用于獲得航天器產品設計和試驗數據的試驗模型，主要有工程模型、熱模型、結構模型。這與GJB 1027A對研制試驗件的定義一致，目的同樣是獲取大量的試驗數據，用于設計、工藝方案選擇，產品失效模式識別，開展初步和詳細技術設計。

研制試驗件是用于方案和初樣階段的試驗件，這與國外航天器試驗標準在概念上也是一致的。歐洲標準ECSS-E-10-02中規定了各種試驗模型，用于研制試驗的主要是研制模型（DM）、電氣模型（IM）、工程模型（EM），它們均根據試驗目的確定其技術狀態。試驗件的種類可包括組件級、分系統級、系統級。以電子產品為例，電子產品的 IM（與電性件有所區別）主要用于功能/接口試驗、失效模式辯識、軟件程序檢驗等，使用的元器件等級要求不高；電子產品的EM在功能、裝配、構型上代表飛行產品，但無冗余設計，主要用于部分功能鑒定，但它不是真正意義上的鑒定試驗。其他類型產品與電子產品類似，EM以前的模型主要用于研制試驗，目前試驗工作中缺少的正是這一類試驗模型。

歐洲標準中在初樣階段還有一個重要模型：工程鑒定件（EQM），它的狀態幾乎可以代表正樣飛行件，利用它進行全面的功能鑒定、EMC驗證、環境適應性試驗。對于電子產品而言，EQM在技術狀態上可以完全代表飛行產品，只是元器件的質量等級可有不同，這與國內對鑒定件產品的元器件選用要求類似。通過對比可以發現，EQM與國內的鑒定件是對應的，這也是國內外航天器在試驗模型方面的重大區別。

NASA標準[5]中規定鑒定試驗是在最終設計和制造的CDR之后完成，美軍標和GJB 1027A也指出鑒定產品需要從飛行產品中隨機抽取，可見鑒定模型嚴格來說應是正樣階段的產品，鑒定試驗也應該是正樣階段的試驗。這與國內當前的研制模式有所不同，要想保持鑒定件產品與飛行產品的狀態一致，必須進行嚴格的技術狀態控制。

3.1.2 試驗項目選擇

研制試驗主要包括功能/性能試驗、設計驗證試驗、環境適應性試驗、拉偏試驗、電磁兼容性試驗、壽命試驗、可靠性專項試驗等，選擇試驗項目時，首先要對這幾大項試驗進行選取，再在每個大項里面挑選必要的試驗項目。

試驗項目的選擇需要綜合評估產品的技術成熟度、研制經驗、試驗設備能力等，特別是要考慮試驗的有效性，即該試驗項目應能最有效地暴露產品的設計缺陷，應盡量避免試驗效果不明顯，甚至對產品設計驗證不起作用的無效試驗。試驗項目確定后，應對試驗有效性進行控制。影響試驗有效性的因素主要是試驗條件和試驗方法；應避免“過”試驗和“欠”試驗，選擇合理的試驗邊界條件、試驗狀態、激勵方式、控制策略等。

下面重點對部分試驗項目進行說明。

1）功能/性能試驗

任何一類產品都有表征該產品能力的功能/性能指標，包括機、電、熱、磁、光、化學等方面，為了驗證這些指標是否滿足設計要求，功能/性能試驗也是最基本的設計驗證試驗。幾乎在所有產品的研制過程中，功能/性能試驗都是要求的試驗項目。在試驗室環境或外場環境下的功能/性能試驗只對產品施加工作應力，驗證產品在常溫、常壓下是否能完成任務規定的功能，以及性能指標是否符合設計要求。如可能，在進行功能/性能試驗的同時，還應驗證產品的內部接口、外部接口是否相互匹配、相互兼容。

2）設計驗證試驗

有設計余量要求的產品應在比實際使用環境更嚴酷的環境條件下進行設計驗證試驗，不僅要驗證產品是否能正常工作，還要驗證產品是否擁有規定的設計余量，以保證產品在工作壽命期內能可靠地工作。最具代表性的設計驗證是結構類產品的力學環境設計驗證和熱控類產品的熱設計驗證，一般分別選擇靜力試驗和熱平衡試驗來證明設計的合理性、完整性和可靠性。其他類型的產品同樣應選擇能證明設計能力和設計余量的試驗，如電磁兼容性試驗、壓力試驗、微放電試驗等。

3）環境適應性試驗

航天器產品都要求能在任務剖面中所遇到的環境下正常工作，特別是組件級產品，應根據產品整個工作壽命期內的環境剖面分析環境對產品的影響，選擇能夠驗證產品環境適應性或環境防護能力的試驗項目，有目的地驗證產品的環境適應性和環境防護設計是否滿足要求并具有規定的設計余量。

航天器產品經受的環境一般要比地面產品特殊、嚴酷、復雜，針對產品經受的環境可選擇的試驗項目一般比較多，但所有的型號應重點考慮發射階段的力學環境，在軌運行階段的熱真空環境和空間輻射環境，若航天器產品還經受其他的空間環境，如磁環境、原子氧環境、微重力環境、空間碎片環境、再入大氣層熱環境等，則應針對相應的特殊環境來選擇試驗項目。試驗項目的選擇往往還需考慮現有試驗設備的可用性、局限性以及將來用于正樣產品的可行性。

4）拉偏試驗

所有類型的航天器產品在初樣研制階段一般均應進行拉偏試驗。拉偏試驗應使用研制試驗件完成，且拉偏的力度應根據產品設計的需求和試驗設備能力來確定。拉偏試驗的目的是通過對產品施加超出正常范圍的試驗參數（產品工作參數、環境參數）應力，暴露產品設計中的薄弱環節，并通過改進和優化設計使產品更加健壯。拉偏試驗的目標是針對產品的設計問題，但要盡量避免產品“過”設計。試驗參數應根據試驗目的和產品具體特點來選擇，一旦選定了試驗參數，應明確試驗參數的基準值：其中工作參數基準值一般是產品工作參數的額定值，如電子產品的額定工作電壓、額定功率、額定頻率、額定負載參數等；環境參數基準值是某一規定的環境量值，如環境試驗的驗收級、鑒定級等。

拉偏試驗包括工作應力拉偏和環境應力拉偏，可根據需要分開單獨拉偏，也可組合一起拉偏。必要時，可進行產品極限能力的試驗，直到產品被破壞為止。拉偏試驗一般使用步進施加試驗應力的方法，試驗參數的拉偏值應由基準值從低到高逐步偏離規定的步進值。

以上所述的試驗項目一般都是針對組件級產品，但有些產品可能需要在上一級產品上進行試驗，如環境試驗可能由于試驗邊界條件的模擬困難和試驗設備條件的限制，允許在分系統級或系統級上進行。分系統級的試驗項目相對較少，典型的試驗項目是結構分系統靜力試驗、熱控分系統熱平衡試驗，因為這2個分系統是要擔負整個系統級產品的保障能力。當然也有分系統需要在分系統狀態下驗證其能力，如回收分系統的回收試驗、生保分系統的環境保障能力試驗等。

初樣階段系統級試驗項目比較多的是電性星（船、器）試驗，首發平臺與大系統之間的匹配性試驗，包括發射場合練、星/地對接等。在早期的航天器研制中，也出現過驗證力學性能、射頻干擾、熱控能力、運輸性能等各種類型的系統級試驗；隨著技術的推進和發展，系統級試驗項目在減少，但不等于說系統級試驗不重要了，關鍵在于試驗的必要性。近年來一些首發型號在初樣階段投產了多種類型的試驗驗證星，用來開展力學、熱、大天線方面的試驗驗證工作，對于獲取產品鑒定前的試驗數據有重要意義。

3.2 研制試驗實施

3.2.1 設計、制造研制試驗件

試驗策劃工作完成后開始設計、制造研制試驗件，設計之前先進行分析，通過仿真、計算為設計提供有用的數據，然后進行設計工作，優化、選擇設計方案。試驗件的設計分析應與研制試驗驗證相結合，重視試驗件的功能/性能、設計裕度、動態響應特性和環境適應性等方面的設計與驗證。研制試驗件對材料、元器件的選擇目前還沒有相關的標準規范，電子產品可參照鑒定產品的相關要求，其他產品也只能參照電子產品。這項工作的輸出是一系列文件和試驗件硬件產品，文件包括分析報告、設計報告、圖樣、加工工藝文件等，硬件產品包括真實件、工藝件、模擬件。

3.2.2 試驗順序

航天器試驗標準中不將試驗順序作為強制性規范，只是給出一個建議性的推薦順序，試驗項目之間允許調整順序，特別是環境試驗順序。但是，總是將產品的功能/性能試驗作為首要進行的項目，因為對于任何類型的產品，首先要關注它的功能/性能是否滿足設計要求，先解決了這個問題，才能考慮其他的試驗安排。組件級、分系統級、系統級產品都首先完成在常溫、常壓條件下進行的功能/性能試驗，關注產品的性能指標是否滿足設計要求，試驗結果將作為環境試驗后性能變化的比較基準。

組件級產品完成了功能/性能試驗后，還要考慮設計驗證方面的試驗，如機、電、熱一體化設計的產品的力學、熱、EMC、磁、PIM/MP、壓力、密封等方面的特性是否滿足設計要求，需要進行設計驗證，其中有些項目可能與環境試驗相關聯，如抗力學問題。在試驗標準中一般將力學試驗安排在前面，主要是考慮到產品發射過程中實際經歷的環境剖面。現在更多強調以盡快發現問題為原則來安排試驗順序，將更容易暴露產品缺陷的試驗安排在前面進行。

拉偏試驗是研制試驗中的重要項目，主要針對的是組件級產品：當產品完成了環境鑒定后允許進一步進行拉偏試驗，目的在于完善和優化產品的設計。對需要在綜合環境下考核的產品，應按照設計的綜合環境試驗剖面進行試驗，可以與環境適應性試驗一并考慮進行。如果有壽命試驗，可以單獨策劃來考慮，從試驗順序上可以排在后面，也可以與其他試驗平行進行，這取決于試驗件的安排。

3.2.3 試驗實施

試驗實施包括2項工作內容：試驗文件的制定與修改；試驗迭代過程管理。

試驗開始前首先制定試驗輸入文件，包括試驗大綱、實施方案、技術流程等。試驗大綱應明確試驗目的、試驗條件、試驗狀態、試驗要求等。

試驗的另一項工作是試驗迭代過程的管理。試驗前關注與試驗有關的試驗程序、試驗設備、試驗工裝是否準備就緒；試驗過程中的重要節點要實行監視和跟蹤管理，如試驗控制點位置、加載控制、試件響應、工況轉換、數據采集；當試驗實施過程中發現試驗目的難以達到時，應分析確認大綱中所確定的試驗條件、試驗狀態是否有問題，如是則應對文件相關項目進行修改，再繼續進行試驗。

當試驗出現故障時，要進行故障處理。故障一般分為試驗設備故障和試件故障，不管是哪種故障，首先要進行故障識別和定位，然后排除故障。如果是試驗設備故障，應排除故障后繼續試驗。如果是試件故障，又分2種情況，一種有可能是試件的設計缺陷以產品故障模式被暴露出來，這正是研制試驗所要達到的目的，這種情況下需要采取糾正措施，改進試件后再重新試驗，以驗證糾正措施的有效性；而如果是加載錯誤導致試件過試驗而被損壞，則應排除試件故障后繼續試驗。整個試驗過程需要采集全部的試驗數據，包括原始的人工記錄，計算機采集、處理的數據，反映試驗狀態和故障模式的影像資料等。

總的來說，產品研制單位應嚴格按照試驗文件開展研制試驗，對試驗準備、試驗件狀態、試驗條件、試驗程序、試驗工況、試驗數據采集等全過程進行質量控制，且過程記錄完整。如在試驗中需要更改試驗件狀態、試驗項目與工況、試驗條件等，均應及時更改試驗文件，確保文件現行有效。

3.3 研制試驗評估

對產品的研制試驗進行全面評估是整個研制試驗工作的關鍵一環。以往和當前的研制模式中很少開展研制試驗評估，只對鑒定試驗有類似的評審。而進行研制試驗評估是加強研制試驗管理的一個抓手，在產品和型號研制流程中應該增加這項工作。

研制試驗評估的重點是：研制試驗件是否經過了 TAAF過程證明產品設計和工藝方案合理、正確，產品固有可靠性得到提高；研制試驗程序、設備、軟件和測試儀器是否可用于鑒定試驗和驗收試驗；對試驗過程中發現的問題、設計薄弱環節是否采取了有效的改進措施，并通過試驗進行了驗證；試驗件最終技術狀態是否得到充分驗證并可以確定鑒定件技術狀態。通過研制試驗評估之后，即標志著整個研制試驗工作的結束。

3.4 研制試驗案例

任何一件航天器產品的研制試驗必然是上述眾多試驗的集合。在這里通過某敏感器防塵機構月塵–振動綜合環境試驗案例進一步說明研制試驗在發現產品設計問題、提升產品固有可靠性方面的獨特作用。

某敏感器配備了防塵機構用于在探測器落月、月面巡視和月面起飛過程中保護敏感器不被月塵污染。為了幫助產品研制單位驗證防塵機構對月塵的防護性能，中國空間技術研究院試驗技術保證中心通過開展任務需求和環境剖面分析，設計并投產了專用的月塵–振動綜合試驗系統用于開展研制試驗。根據試驗目的，利用敏感器模擬件和防塵機構鑒定件組成了用于試驗的研制試驗件。試驗過程中，在對試驗件施加振動環境的同時利用高速氣流激揚模擬月塵，并通過試驗箱內部循環氣流帶動月塵運動實現箱內月塵長時間均勻分布，很好地模擬了敏感器在月面工作時的月塵環境。針對試驗件總共開展了3次月塵–振動綜合環境試驗，前2次試驗結束后產品，設計單位針對暴露出的問題采取了設計改進措施，最后確定了防塵機構的設計狀態，并通過了試驗驗證。

該試驗是一個很典型的研制試驗項目，通過模擬接近產品實際工作環境的月塵–振動綜合環境，在試驗—分析—改進過程中識別、消除了防塵機構初始產品上的設計薄弱環節，實現了產品固有可靠性的提升。

4 結束語

推動航天器產品試驗模式從傳統的“鑒定試驗+驗收試驗”向“研制試驗+鑒定試驗+驗收試驗”轉變，是不斷提升航天器產品可靠性的內在需求，也是航天技術發展的必然趨勢。為了促進航天器產品研制試驗工作走向深入，離不開型號總體、產品研制單位和專業試驗技術機構的共同努力。通過將研制試驗納入型號和產品研制流程并實施工程化管理，在實踐過程中不斷總結經驗，終將徹底扭轉研制試驗工作的被動局面，助力航天器研制發展。

（References）

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[2]金恂叔.國外航天器試驗標準發展現狀及其應用[J].航天器環境工程, 2003, 20(4): 49-54 JIN X S.The development status and application of test standards for spacecrafts in foreign country[J].Spacecraft Environment Engineering, 2003, 20(4): 49-54

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[7]Acceptance testing: NASA-SP-8045[S], 1970

[8]運載器、上面級和航天器試驗要求: GJB 1027A—2005[S]

[9]張小達.GJB 1027A—2005《運載器、上面級和航天器試驗要求》修訂過程介紹[J].航天器環境工程, 2006, 23(4): 245-248 ZHANG X D.The revision of GJB 1027A-2005 “Test Requirements for Launch, Upper-Stage, and Space Vehicles”[J].Spacecraft Environment Engineering, 2006, 23(4): 245-248

[10]航天產品可靠性保證要求: QJ 1408A—1998[S]

[11]可靠性維修性保障性術語: GJB 451A—2005[S]

（編輯：張艷艷）

A discussion on the development test for spacecraft products

ZHU Fengwu1, CHEN Qinnan2, YANG Yong3, GUO Zhenwei4
(1.Institute of Telecommunication Satellite, China Academy of Space Technology; 2.DFH Satellite Co.Ltd; 3.Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering; 4.China Academy of Space Technology: Beijing 100094, China)

As one of the three main tests for spacecraft products, the developmental test is to improve the inherent reliability of the spacecraft products.The more and more stringent requirements for the reliability and the stability of the spacecraft products on orbit make the developmental test more and more important.However, due to the lack of good understanding, the practical test does not perform as expected.With consideration of the current situation and the demand of the developmental test for the spacecraft products, some test concepts of the developmental test are clarified in this paper, including how to carry out the developmental test, and the unique role of the developmental test played in the improvement of the inherent reliability of the spacecraft products based on some typical cases.The paper gives some guidance in how to carrying out the developmental test properly and effectively.

spacecraft products; development test; test, analysis and fix (TAAF)

V476

：A

：1673-1379(2016)05-0470-09

10.3969/j.issn.1673-1379.2016.05.003

朱鳳梧（1943—），男，研究員，長期從事航天器總體設計、環境工程設計與試驗驗證工作，參與編制了包括GJB 1027A在內的一系列航天器試驗類頂層標準。陳欽楠（1938—），男，研究員，中國空間技術研究院遙感衛星領域首席專家，航天東方紅衛星有限公司項目首席專家，長期從事航天器總體設計工作。楊 勇（1975—），男，博士學位，高級工程師，主要從事航天器環境工程設計與試驗驗證工作；E-mail: luojiayang@outlook.com。郭振偉（1971—），男，高級工程師，長期從事航天器產品可靠性、安全性設計及質量管理工作。

2016-06-08；

：2016-08-31