ISO 21494《航天系統
——磁試驗》國際標準編制歷程及其啟示

賈瑞金，齊燕文，鄭文霞，劉超波

（1. 北京衛星環境工程研究所； 2. 中國空間技術研究院：北京 100094）

0 引言

2019年2月22日，北京衛星環境工程研究所主導制定的國際標準ISO 21494《航天系統—磁試驗》[1]由國際標準化組織（ISO）正式發布。該標準規定了航天器磁性測量和評估的試驗方法，將有效指導航天器磁性的驗證和控制，避免磁敏感設備受到磁場干擾，保證航天器的姿態控制精度。

本文介紹了ISO航天標準的概況，結合《航天系統—磁試驗》的制定歷程，總結了磁試驗技術成果向國際標準轉化的過程和方法，為我國航天領域參與制定其他國際標準項目提供經驗，也為我國參與其他國際標準化活動、提高標準國際化水平提供借鑒。

1 ISO航天標準概況

國際標準是指國際標準化（標準）組織正式表決批準并且可公開提供的標準。我們通常所說的國際標準化組織主要是指國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）和國際電信聯盟（ITU）。其中ISO是世界上最大的國際標準化組織，負責制定綜合類國際標準，包括航天國際標準。

1.1 ISO 組織機構

ISO是由各國國家標準化機構組成的世界范圍的聯合會，目前有160余個成員國，我國是正式成員國（P成員），由國家標準化管理委員會（SAC）代表我國參與ISO工作。ISO由常設行政機構及技術機構組成，組織機構如圖1[2]所示。其中，技術管理局（TMB）的任務是就ISO技術工作計劃、協調、運作和管理問題向理事會報告，并提供咨詢。技術委員會（TC）是承擔ISO工作的技術主體，每個TC可根據需要設立若干分技術委員會（SC），并下設工作組，ISO標準主要由SC中的工作組（WG）制定。

圖1 ISO 組織機構Fig.1 The organization structure of ISO

1.2 ISO 航天標準概況

ISO目前設有近300個TC，其中航空航天標準化技術委員會TC20負責制定航天領域標準。TC20標準化工作的主要目標是：

1）制定關于航空器和航天器的零部件、設備和系統的設計、建造、試驗和評估、操作，航空交通管理，維護和處置以及相關的安全性、可靠性和環境等方面國際公認的標準。

2）維護和保證這些標準具有經濟性，符合用戶和市場需求，支撐相應技術領域的發展。

3）提高效率，持續追求過程改進，縮短標準制定周期，提高標準化競爭力。

TC20下設11個SC，其中，空間數據與信息傳輸系統標準化分技術委員會（SC13）和空間系統及其應用標準化分技術委員會（SC14）負責制定國際航天標準。SC13、SC14所涉及的專業領域非常廣泛，包括空間數據與信息傳輸、設計工程、接口綜合與試驗、運行與地面支持、空間環境、項目管理、材料與工藝、空間碎片等。

截至2019年3月，ISO正式發布且現行有效的航天標準共166項，發布時間與數量見圖2，其中由中國主導編制的有11項，占比不足7%[3]。

圖2 已發布的 ISO 航天標準Fig.2 The number of published ISO space standards

2 磁試驗國際標準制定背景

2.1 航天事業發展趨勢的需要

國際標準是世界“通用語言”和共同遵守的準則，在經濟技術全球化的今天，技術標準已經逐漸成為國際產業發展中的關鍵因素。近年來，發達國家紛紛制定各自的標準化發展戰略，投入相當的經費和人力進行標準的研究和制定，并以此作為加強其國際技術、貿易和產業競爭的重要手段，確保其高新技術產品總是處于領導潮流的位置，并由此為其技術推廣、占領世界市場奠定基礎。

隨著我國航天事業的快速發展，黨和國家把航天作為大力推進自主創新的重要領域之一，發出了“發展航天事業，建設航天強國”的號召，提出了率先達到世界先進水平的更高要求。我國航天事業經過多年的不懈努力，取得了一系列舉世矚目的輝煌成就，特別是進入“十二五”以來，面臨航天型號高強度研制、高密度發射、大批量交付的常態形勢，及規模化、產業化的科研生產模式轉型任務需求，標準補給加快升級換代，標準領域逐步拓展，已制定4000多項國家軍用標準和航天行業標準，并利用現有資源進行一整套國家航天標準的制定。但與其他航天大國相比，參與制定的國際標準卻寥寥無幾，發布時間與數量（參見圖3[4]）與我國航天企業的技術水平很不匹配。

圖3 中國主導制定并已發布的 ISO 航天標準Fig.3 The number of published ISO space standards drawn up by China

制定國際標準就等于掌握了產業和技術的最新發展，能夠提前3～5年把握未來的產業方向。特別是隨著以空間探索、和平利用空間為主的民用航天活動日益頻繁，越來越多的國家、國際組織積極開展航天領域的國際合作，航天國際標準的重要性更加凸顯。因此開展國際標準的跟蹤、研究、轉化、應用和推廣，更多參與和主導制定航天國際標準，以爭取更多國際話語權，提升市場競爭力迫在眉睫。

2.2 現有磁試驗標準的局限

空間磁場與航天器磁矩發生作用產生的力矩會影響航天器的飛行姿態；另一方面，航天器產生的磁場會影響一些磁敏感載荷的工作。在航天器發射前進行磁試驗，測量航天器的磁性并使其達到設計要求非常必要，對于低軌道航天器和有磁潔凈要求的航天器尤其重要。國外航天機構很早就發現了磁環境對航天器的影響，從20世紀60—70年代起就開始了航天器磁性研究，并建立了相應的磁試驗標準或者規范，比較有代表性的有美國軍用標準MILSTD-2142A(SH)[5]、MIL-STD-2143(SH)[6]、NASA SP-8018[7]、美國航空航天局的 NASA SP-8037[8]，歐洲的 Defence Standard 02-617[9]、ECSS-E-ST-10-03C[10]、ECSS-E-ST-20-07C[11]和日本的JAXA-JERG-2-130[12]。國內從20世紀90年代開始航天器磁試驗方面的研究工作，建立了大型磁試驗設備開展地面試驗，形成了GB/T 32307—2015《航天器磁性評估和控制方法》[13]、QJ 20422.4—2016《航天器組件環境試驗方法 第4部分：磁試驗》和QJ 20003—2011《航天器磁性檢測方法》等標準。

雖然各個開展航天器研制的國家均有相應的磁試驗標準或者規范，但是在ISO 21494《航天系統——磁試驗》之前，沒有統一的磁試驗標準。在航天系統系列標準中，唯一涉及磁試驗的國際標準是ISO 15864《 Space systems-General test methods for spacecraft, subsystems, and units》[14]。該標準是 ISO在航天器試驗方面的頂層標準，雖然對磁試驗有所提及，但是相關章節只給出了磁試驗的概括，不涉及具體的磁試驗技術要求和試驗方法等內容。隨著國際上航天貿易的不斷增加，為了增加各國之間磁試驗方法的說服力，有必要在國際上提出統一的試驗標準，有效協調和平衡各國標準之間的沖突，為國際合作提供統一的平臺。

3 磁試驗國際標準制定歷程

制定一項國際標準少則5～6年，多則7～8年。由于航天領域的特殊性，確定編制新的國際標準需要多方協調，一般航天領域國際標準從立項到制定、審議等程序的時間歷程會更長。

3.1 ISO 標準制定流程

ISO國際標準化工作需要遵循嚴格的程序及其相應的階段要求。一項國際標準的制定需要經歷的階段如表1[15]所示，從確立為新工作項目提案（NP）開始之日起，一般需要經過36月的時間才能形成正式的國際標準。

表1 ISO 標準制定流程Table 1 The formulation and revision for ISO standards

3.2 磁試驗國際標準制定過程

2012年，北京衛星環境工程研究所積極響應中國航天科技集團有限公司“力爭主導核心領域國際航天標準”的行動路線，啟動國際標準項目的策劃和培育工作。在透徹研究標準工作相關要求、認真分析自身優勢和系統籌劃可制定國際標準的重點領域的基礎上，經過認真研究和嚴格評估，選取了“磁試驗國際標準”項目，并選派具有深厚試驗理論知識以及國際合作經驗的技術專家作為項目小組組長，開展項目的籌備工作。主要歷程包括：

1）提出申報

2013年5月，在俄羅斯莫斯科舉辦的第39屆ISO/TC20/SC14全體會議上，北京衛星環境工程研究所首次向與會專家提出了申報制定《航天系統——磁試驗》ISO標準新項目建議的意向，并獲得認可，注冊為新工作項目（NWIP2013002）。

2）正式立項

3）標準制定

“磁試驗國際標準”項目立項后，項目組組建了以中國專家為項目負責人，德國、意大利、日本和美國一流技術專家參加的國際團隊，開展為期3年的試驗研究和標準制定工作。項目組對國內外航天器磁試驗標準、規范和文獻等相關資料進行了收集，策劃開展相應的理論分析和試驗驗證，提煉出了國際適用的磁試驗術語、試驗項目、試驗室環境要求、試驗方法等各項標準內容。針對磁矩測量試驗方法這一關鍵技術難點，項目組深入研究各國磁矩測量程序與計算原理，就各種方法的特性和適用范圍加以試驗驗證，并與國內外航天器磁試驗領域專家進行了多次交流和不斷修改，最終選擇了各國比較認可的2種磁矩測量方法寫入標準，獲得了ISO編委會各成員國的支持。

自此，項目組通過郵件與ISO的各國專家進行討論，適時邀請各國專家或受邀參與國外研討會，就標準技術內容與各國專家積極溝通并交換意見。2013年10月至2015年間，項目組在ISO/TC20/SC14全體會議和WG2小組會議上就磁試驗標準草案的修訂版本及時向小組內的專家進行介紹并匯報進展。

2015年在ISO/TC20/SC14的WG2小組會議之后，ISO標準委員會同意“磁試驗國際標準”項目進入投票階段。2015年12月4日至2016年3月4日，SC14分技術委員會開展為期3月的各成員國投票，得到美國、俄羅斯、日本、法國、德國等世界航天大國的響應和支持，“磁試驗國際標準”項目順利獲得提案（立項）通過，并發布國際標準新工作項目編號 ISO/AWI 21494。

在標準制定期間，項目組加強與國際標準化組織各成員國之間的交流，積極參與ISO、SC14、WG2等活動，通過智力引進聘專活動邀請國際專家進行技術研討，利用商業活動進行溝通合作，充分了解各國專家的意向和意見，特別針對存在質疑的一些主要問題，比如探測器數量與位置的設置、計算方法的選擇等問題，及時做出有針對性的解釋，確保獲得各國專家對標準草案的肯定。

4）標準發布

2018年 12月 24日，ISO 21494《航天系統——磁試驗》高票通過了國際標準化組織ISO/TC20/SC14分技術委員會的FDIS（批準階段）投票，并于2019年2月22日正式發布。

回顧此項國際標準制定，工作組按照國際標準制定工作程序，陸續通過各個階段（見圖4），前后歷經6年，展現了中國在航天磁試驗方面的一流技術水平和強大引領能力。

圖4 ISO 21494《航天系統——磁試驗》時間歷程Fig.4 The time history of ISO 21494

4 磁試驗國際標準的主要內容

磁試驗國際標準包括范圍、術語和定義、縮略語、試驗要求、試驗項目、試驗方法以及試驗報告等，在標準附錄中給出了磁場和磁矩測量方法、充退磁試驗方法、磁補償方法的具體操作程序。

磁試驗的目的是測量受試設備的剩磁矩和雜散磁矩，以及受試設備產生的磁場及其分布，驗證受試設備磁性是否符合設計要求，并通過磁補償使受試設備磁性達到設計要求。根據試驗目的，標準規定了磁場測量、磁矩測量、充退磁測量和磁補償測量等4項試驗項目，以及各項目的試驗方法。

4.1 磁場測量方法

標準確定了2種磁場測量方法。通用的磁場測量方法主要是利用高精度磁強計直接測量某位置點的磁場，或者通過多探測器測量航天器周圍的磁場分布。

4.2 磁矩測量試驗方法

標準給出的磁矩測量方法主要有偶極子法和近場法。偶極子法可以作為國際通用的基礎測量方法；近場法（分三探測器方法、四探測器方法和多偶極子法）可以作為一種高精度的補充測量方法。

4.3 充退磁試驗方法

充磁是把受試設備置于充（退）磁線圈系統產生的DC磁場中。退磁是將受試設備置于充（退）磁設備產生的磁場峰值逐步衰減的AC磁場中。通過比較和分析國內外不同的充退磁參數，標準給出了通用的充退磁試驗程序和參數設置建議范圍。

4.4 磁補償試驗方法

磁補償通常采用在受試設備上粘貼補償磁體的方式實現。所粘貼補償磁體的磁矩經過測試選定，具有特定的方向和大小，以達到補償受試設備磁性的目的。標準給出了補償磁體的選材建議，一般為釹鐵硼磁體。

5 經驗總結

國際標準制定需要持續的跟蹤研究及投入，在磁試驗國際標準的制定過程中，項目組對工作內容、工作現狀、存在問題等進行細致分解和詳盡分析，全面梳理工作流程，深入思考實施途徑，最終形成兼容并蓄、博采眾長的磁試驗國際標準。總結該標準的編制成功經驗如下：

1）在新項目提案篩選時，針對本單位專業情況，從技術水平、社會和經濟效益、國際標準化能力等方面開展新項目優勢度評價，選擇具有專業優勢且通用的、共性的、能引起國際共鳴和關注的項目給予支持和培育。

2）在項目預備階段，選派資深專家帶隊，建立以專家團隊為技術后盾的項目組，加強資料的收集與整理，深入調研專業領域內有關國家和國際組織的標準，并開展對比分析；同時深入了解國際標準的制定流程，加強與國外專家的溝通交流。

3）在項目提案階段，隨時關注立項投票進展，與ISO的TC或者SC保持密切聯系，并及時與有關國家的專家特別是負責投票的專家進行溝通。如發現存在影響立項通過的問題，要及時積極應對解決。

4）在標準編制過程中，要熟悉標準草案的編制原則和表達方式，選擇精通英文的專家負責具體的文字工作。積極參與ISO/IEC等相關國際標準化組織的活動，保持與國外專家的定期密切聯系，并針對其提出的意見進行充分溝通、協調和反饋，確保標準文本的清晰性、一致性、完備性和可操作性。

6 結束語

ISO 21494《航天系統——磁試驗》規定了適用于航天器系統級、分系統級和部組件級的磁試驗方法。填補了國際標準體系中專門用于航天器產品的磁試驗標準空白，也是一項具有很強實用性的基礎類標準,依據此標準可有效地對航天器進行磁環境的考核。它的制定和發布有助于統一各國標準中不一致的技術環節，指導各國進行航天器磁試驗，在磁試驗技術方面引領國際先進水平，充分展示中國航天的軟實力。

隨著中國航天工業的迅猛發展，我國將在國際空間標準化活動中發揮越來越重要的作用，成為全球性航天標準的開發者和主導者是中國航天標準未來的發展方向。總結ISO 21494《航天系統——磁試驗》國際標準的制定經驗，探討中國航天將優勢技術成果向國際標準轉化的過程和方法，從而掌握制定國際標準的主動權和話語權，對航天企業跨越國際貿易中的技術壁壘，不斷增強國際競爭力具有十分重要的意義。