國際空間站工程標準群布局分析

孫曉君 趙曉凌 尹玉梅 李富軍

（北京空間科技信息研究所，北京，100086）

國際空間站工程標準群布局分析

孫曉君 趙曉凌 尹玉梅 李富軍

（北京空間科技信息研究所，北京，100086）

文摘：針對國際空間站工程標準群現狀和應用情況，分析國際空間站工程標準群布局、層次架構及其特點，研究國際空間站標準群對我們的啟示，為我國載人空間站標準體系建設提供參考借鑒。

國際空間站；標準布局；工程標準。

由于國際空間站本身工程的龐大性，參與方的多樣性，使得國際空間站工程標準（SSP標準）的合理設置是非常復雜的。其管理重點在于：覆蓋國際空間站研制工程中設計、生產及制造、測試、發射、飛行控制等過程，涉及系統設計、系統集成、組織實施、艙段及接口等方面的通用標準和要求，兼顧技術措施、物資設備保障、組織計劃、項目管理、產品保證等多個方面。然而，對于SSP標準，并沒有查到相關的標準體系介紹或是體系構建標準/規范/技術性文件，國際空間站是否存在一套由國際空間站控制委員會發布的標準體系尚未可知。筆者只能對搜集到的SSP標準進行分析，希望能客觀分析出相對合理的SSP標準群布局。

1 SSP標準群的特點

1.1 開放性

隨著國際空間站項目的發展，涉及的艙段和技術關鍵點逐漸增多，相關標準也將逐步制定并被納入SSP標準群。所以，SSP標準群應能實現動態管理，體系中的標準項目可根據型號研制需求進行適當的調整、增加或刪除，具備一定的開放性。

1.2 “共性”和“個性”

考慮到SSP標準目的在于協調各國工程關系，主要針對的是管理、共性的產品保證要求、共性的工程技術、各艙段的總體標準，并不包括各艙段具體設計標準。所以在分析中要考慮“共性”和“個性”的關系。

1.3 大量采用其他體系標準

SSP標準在實踐中已被證明了對工程的實際指導作用，是一個相對完整的標準群，其中不僅包括SSP標準，還包括了SSP采用的外部標準。如ANSI（美國國家標準學會標準）、CCSDS（空間數據系統咨詢委員會標準）、EIA（電子工業協會標準）、ISO/IEC（國際標準化組織/國際電工委員會標準）、JSC（約翰遜空間中心標準）、MIL（美國軍用標準）、MSFC（馬歇爾中心標準）等多類標準。這些標準在SSP標準中反復大量出現，說明國際空間站對這些標準采取了積極采納的態度。

1.4 SPIP標準是SSP標準群的頂層文件

空間站項目執行方案（StationProgram Implementation Plans，SPIP）標準（SSP 50200系列）涵蓋了空間站項目管理方案、項目計劃、貨物綜合分析、后勤與維修、貨物處理、執行準備等內容。可以認為，這是對SSP標準的綜述，是SSP標準群的頂層文件。

2 SSP標準體系層次架構

參照國際常用的體系劃分形式，可將SSP標準群分成3個相互獨立的子標準群：工程管理（M）標準群、產品保證（Q）標準群和工程技術（E）標準群。

2.1 工程管理標準群

國際空間站不關注于成本管理相關的標準，而在項目集成管理、范圍管理、進度管理、物資管理、信息管理、風險管理等管理領域均有相關標準出現，如SSP 50650《Program Management Operations Integration Procedures，項目管理實施綜合程序》、SSP 50134《ISSA Risk Summary Card，國際空間站風險匯總卡》等。國際空間站各參與國通過對項目管理類標準的執行，突出管理的技術和方法，可以有效實現空間站工程的組織管理、相互溝通和資源分配。

2.2 產品保證標準群

產品保證標準一般應用于產品保證活動的管理和實施，通過產品保證活動，對組成產品的元器件、零部件、材料等基礎件以及產品研制、生產過程實施重點控制，以保證產品質量、滿足規定任務目標。

考慮到載人情況下對活動空間環境的需求與不載人情況下的等級完全不同，有毒氣體、微生物、環境控制、生命保障等面臨更高要求，相關設備的可靠性，最終直接影響航天員生命安全。從最終結果出發，可以認為，在達到安全性的同時自然也滿足了可靠性要求，因而安全性被提到了更重要的位置上。在有維修和測試需求時，各國對空間站自身艙段及設備負責；當存在接口共用環節時，在滿足整個空間站規定的元器件、零部件、材料要求下，相關設備在航天員的控制協助下即可實現相關的問題處理。

國際空間站除了要較多的關注質量保證、元器件、零部件、材料、工藝等與產品要求直接相關的基礎保證標準外，在安全性、維修性等方面，僅關注與安全性可以共用的分析方法或分析手段方面的標準，如SSP 30524《Problem Reporting and Corrective Action Data System RDD，問題報告和糾正措施數據系統RDD》等。而與維修系統相關的接口標準則在工程技術標準范疇。

另外，國際空間站注重任務的認證執行，設定了一系列認證執行方案的相關標準（如SSP 50230《MissionIntegration&OperationsOffice CertificationofFlightReadinessImplementation Plan，任務集成和運行辦公室關于飛行就緒執行計劃的認證標準》）以及技術狀態控制的相關標準（如SSP41170《ConfigurationManagement Requirements，技術狀態管理要求》等）。這些為產品保證提供了基礎保障。

在產品保證系列標準的統籌下，各參與國遵照這類標準開展研制工作，有效地保證了產品之間的兼容性和一致性。

2.3 工程技術標準群

國際空間站合作伙伴多、組織結構特殊、且工程結構復雜，每個參與方都承擔了不同的研制任務，工程技術標準給研制活動提供設計要求和準則，不著眼于細化到每一項具體研制點，而是重在關注協調參與方之間的接口關系。工程技術標準群包括6個方面標準：空間站本體標準、艙段標準、有效載荷標準、乘員標準、接口標準和地面保障標準。

2.3.1 空間站本體標準

空間站本體標準覆蓋技術基礎、環境控制與試驗和總體設計。前兩者是面向工程研制之初就需要統一的基礎性標準，如技術基礎方面主要涉及空間站參考坐標系、空間站設計的自然環境等概念性基礎標準；環境控制與試驗方面主要涉及空間站所處設計環境（如電磁、離子、污染、微重力等）及其相關試驗和分析技術相關的試驗性基礎標準。

總體設計方面則面向研制過程中需要統一的設計性基礎標準，包括一些關鍵技術的總體要求與設計，可以劃分為總體設計本級、數據管理、結構機構、熱控、動力和電子電氣等類別。其中，總體設計本級標準中涵蓋了接地、在軌裝載能力、內部著色、警告、音頻、視頻等總體設計基礎規范，其余幾方面則分別對應了結構控制、熱控技術、高效空間電源、智能管理等關鍵技術的總體設計規范。

2.3.2 艙段標準

國際空間站的任務分工決定了不同參與方的設計建造除了滿足共同的工程技術之外，還存在特有的、僅適用于自身部分的艙段規范，如SSP 41163《Russian Segment Specification，俄羅斯艙段規范》等。在公開可查范圍內，有美國艙段、歐空局艙段、俄羅斯艙段、日本艙段、意大利艙段等對應的標準。

2.3.3 有效載荷標準

國際空間站上有效載荷種類和數量眾多，針對國際空間站有效載荷、國際空間站項目執行計劃建立了有效載荷文件樹，覆蓋了有效載荷生命周期內的所有階段，是針對有效載荷用戶專門制定的系列規范文件。主要包括6個系列：有效載荷安全性要求、運輸器要求、有效載荷集成協議、有效載荷接口要求和驗證、有效載荷容納手冊以及有效載荷操作參考文件。每個系列中均針對不同類型的有效載荷（如密封艙有效載荷、暴露有效載荷、EXPRESS機架載荷和意大利小密封艙載荷等）提出了相應要求（如本類型載荷的安全性要求、運輸器要求、集成協議、接口要求和驗證要求、容納要求、操作文檔等），構建了以不同載荷為核心的子文件樹。

在有效載荷的總體要求和集成要求系列中，還包括用于有效載荷研制用戶參考系列標準在內的各方面標準，如空間站音頻、視頻標準，地面保障設備設計要求，航天員標準，空間站安全性要求，配置管理手冊，硬件/軟件驗收流程，任務集成模板，飛行準備就緒執行計劃等，為載荷研制方提供參考和指導。有效載荷相關文件樹體系中不包括試驗、測試、結構等相關規范文件，而是參考了如NASA-STD-7002《有效載荷試驗要求》等其他協會/組織的標準。

2.3.4 乘員標準

乘員是國際空間站運行長期任務成功的關鍵，國際空間站構建之初的目標是實現最多6～7名航天員的長期在軌工作。所以人的相關標準是重點考慮內容，主要包括乘員活動、人員工作環境保障和醫學保障。其中，乘員活動主要針對乘員在空間站的進出活動等（如SSP 50715《International Space Station De-crewing and Re-crewing Plan，國際空間站人員進出方案》）；人員工作環境保障與乘員的安全密切相關，涉及人員保護設施、人員逃生、人員保障、應急時的操作標準等內容（如SSP 50653《Basic Provisions on Crew Actions in the Event of a Toxic Release on the ISS，ISS發生有毒氣體泄露時的人員保障基本設施》）；而醫學標準則包括與醫學相關的操作文檔和執行方案等標準，實現保證乘員的身體健康和實現相關的監控。

2.3.5 接口標準

國際空間站工程標準中，為協調可能出自不同承制方的接口部件，接口標準占據了很大的比重，并且涵蓋了桁架、艙段、對接航天器、維修系統等多方面的多種接口組合方式。其標準包括8類：接口本級、人機接口、空間站外圍接口、艙段間接口、機構間接口、機構與艙段間接口、有效載荷接口和軟件接口。其中，“人機接口標準”針對用戶提出，目的在于能維持航天器的長期運行，涉及到乘員和機器操作、在軌維護和維修、空間組裝、新型乘員和貨物運輸系統等基于近地軌道的向外擴張的需求；“軟件接口標準”主要與遙測有關，尤其是在機器人活動、有效的地面控制、顯示和控制等方面；“有效載荷接口”標準則涉及密封式有效載荷等多方面。

2.3.6 地面保障標準

地面保障通過支持設備的方式，對整個任務尤其是乘員和地面之間的交互，提供全面支撐，確保任務更加安全有效，如SSP 50004《Ground SupportEquipment Design Requirements，地面支持設備設計要求》等。

3 啟示

a）SSP標準致力于協調多參與方之間的關系，所制定的標準多為工程研制中的協調必備標準，主要包括：質量保證、安全性、元器件、零部件、材料、工藝等方面的產品保證標準；艙段標準；航天員的工作環境保障標準、醫學標準；有效載荷的本級標準以及人機接口標準、艙段接口標準等接口標準；空間站的技術基礎、總體設計標準（包括總體設計本級標準、數據管理標準、結構—機構標準、熱控標準、動力標準等）、環境控制與試驗標準等；運營管理頂層標準。

b）SSP標準對必備的標準類型、對多邊關系的協調有特別的關注，制定相關的統一化標準。如：產品保證方面關注雙邊/多邊合作安全性要求等相關標準；接口標準方面關注機構間接口標準、維修系統等相關標準；有效載荷方面關注有效載荷的綜合協議、校核、調試等相關標準。

c）SSP標準面對載人航天特點，以安全性帶動可靠性、測試性、維修性的發展，制定和執行了相關的具有廣泛約束性的標準，確保了工程的基本要求。同時，為保證SSP研制和運營的有序進行，廣泛納入了與參與方相關的各類組織/協會的標準。

d）SSP標準在不同技術領域都注重共用的基準性“規范”、“手冊”以及“要求”、“接口控制文件”、“執行方案與計劃”。對于“規定性質”標準的制定持平等、統一和廣泛參與的態度，但較少涉及各參與方內部具體實施的具體的方法和細節。

SSP標準經過多年的發展，在SSP運營方面發揮著巨大作用，其標準布局針對性地解決了工程協調中必須面對的問題，尤其是在多方合作和技術協調方面，對于我國空間站后續面對的合作與協調有重要的借鑒價值。同時通過國際空間站標準布局的研究與分析，為更加準確的建立我國空間站標準體系提供了有力的基礎。

孫曉君（1986年—），女，碩士研究生，工程師，主要研究方向：航天器標準規劃、標準制修訂管理等。

※本文源于原總裝備部標準化研究課題《國際空間站標準初步研究與分析》。