航天器大型地面試驗質量控制方法

路彤張軍劉文根李樹鵬張禹森何韋

航天器大型地面試驗質量控制方法

路彤1，2，張軍1，2，劉文根1，2，李樹鵬1，2，張禹森1，何韋1

（1.北京衛星環境工程研究所，北京 100094；2.航天機電產品環境可靠性試驗技術北京市重點實驗室，北京 100094）

描述了航天器大型地面試驗的定義及分類，分析了開展航天器大型地面試驗的意義及不可替代性，以大型地面試驗的典型案例——系統級真空熱試驗為例詳述了大型地面試驗的步驟及各環節質量控制方法，最后通過分析大型地面試驗質量管控方面存在的主要問題，給出了大型地面試驗質量管控措施的建議，以期望能通過質量措施的改進，提高工作效率，提升過程質量控制水平。

航天器；大型地面試驗；熱試驗；質量控制

1 航天器大型地面試驗

1.1 大型地面試驗定義及分類

為確保航天發射的成功，航天器及其組件在發射或裝機前需要完成一系列的試驗，以驗證航天器在軌及發射過程中的環境適應能力。航天器按照裝配類別分為器件及材料級、單機及組件級、分系統級、系統級[1]。大型試驗是指航天器系統級的各類試驗，也包括具有技術難度大、風險性大、試驗周期長、接口關系多、耗資大的部分或全部特點的分系統級試驗。大型地面環境試驗屬于大型、復雜環境試驗，也是地面必做的試驗項目之一，試驗代價高昂，一般持續超過20 d，準備周期更長，復雜的環境試驗可達半年甚至更久。

作為對航天器產品進行設計驗證、性能驗證和質量驗證的一項重要手段，試驗和測試貫穿于航天器的整個研制過程，衛星試驗和測試按研制技術流程，一般有：質量特性測試、模態試驗、電性能測試、力學試驗、EMC測試、磁測試、熱平衡及熱真空試驗、模飛試驗等系統級大型試驗[2]。針對衛星試驗項目多、過程周期長的特點，衛星試驗前檢查和現場控制應為大型地面試驗整個環節質量控制的重點。

1.2 大型地面試驗的意義及必要性

隨著中國航天事業的高速發展、深空探測任務的逐步推進，不僅試驗與測試的項目多、難度大，涉及的分系統多、參試單位多，而且試驗與測試周期緊張，再加上受到試驗的不可逆性、試驗費用等因素的影響，使得試驗與測試工作的難度加大。試驗驗證是否充分有效關系到整個型號任務的成敗，不僅具有經濟意義，還具有重大的政治意義。

2 大型地面試驗的實施步驟

大型地面試驗一般會經過任務下達、方案確定、文件編寫審查、衛星進場、試驗準備、試驗工況、產品撤收、試驗總結等幾個大的階段，本文以系統級熱試驗為例，詳細介紹試驗各環節工作內容及質量控制方法。系統級熱試驗的典型流程如圖1所示。

2.1 大型地面試驗的策劃

2.1.1 策劃階段工作內容

試驗策劃階段的主要工作是明確試驗對象技術狀態和試驗狀態、試驗計劃安排、場地及設備選擇、工況設置、任務分工等，具體如下：①天線及太陽翼等外露部件或分系統的試驗狀態（參與或不參與試驗）；②確定試驗場地及試驗設備，梳理現場保障條件，明確不滿足項并落實責任人； ③明確前期任務分工，制訂各分系統負責人；④梳理試驗前期關鍵項目、長線項目，對可能影響計劃的長線項目、外協項目、可能造成單點失效的項目制定詳細的跟蹤計劃。

2.1.2 質量管控方式

試驗策劃階段的質量管控主要考慮以下內容：①制訂頂層質量目標及質量管控方式；②考察試驗工況設置是否合理、試驗驗證內容是否覆蓋到全部任務環境；③考察試驗承試方軟硬件條件是否能夠滿足試驗要求。

2.2 大型地面試驗的準備

2.2.1 準備階段工作內容

試驗準備階段的主要工作內容為：①各參試系統負責人編寫試驗文件，主要包括試驗大綱、測試細則、試驗方案、試驗計劃流程、試驗技術流程、質量保證大綱等；②承試方和結構分系統協調試驗硬件接口，進行試驗工裝的加工或改裝；③進行試驗軟件的準備、配置等；④進行試驗電纜、穿墻法蘭的安裝調試，進行試驗工裝的試裝；⑤進行試驗準備狀態的評審。

2.2.2 準備階段質量管控方式

試驗準備階段的重要質量活動是試驗準備狀態評審，試驗（測試）開始前的準備就緒評審活動是保證正式試驗項目與測試項目能夠按照規定的流程，有序、順利實施的有效途徑。試驗準備狀態評審質量控制內容主要有以下幾點。

圖1 典型系統級熱試驗技術流程圖

2.2.2.1 航天器技術狀態和試驗狀態

航天器技術狀態：應按照試驗（測試）大綱的要求，對航天器總裝技術狀態進行符合性檢查確認?？山M織實物狀態的檢查，逐項確認并記錄，確保其技術狀態、接口關系與設計要求一致，具備參加系統級試驗的狀態。

航天器試驗狀態：應按照試驗（測試）大綱的要求，對航天器試驗的最終狀態（如地面測試電纜在真空容器內的擺放狀態等）進行符合性檢查確認。確保航天器試驗狀態符合大綱、實施方案和試驗（測試）環境的要求，具備開始系統級試驗的條件。

2.2.2.2 應用文件狀態

試驗依據性文件應通過評審、受控；試驗接口控制文件通過了與試驗承試方和測試承試方的協調確認。

組織試驗文件的審查和評審，對試驗大綱的審查主要考察以下幾個方面：①試驗目的是否清晰明確；②工況的設置是否涵蓋任務整個周期經歷的環境要求；③參數產品的狀態是否明確，參試產品列表是否清晰無異議；④試驗結果如何評價，指標是否明確可執行；⑤各分系統分工及配合是否落實到位等。

試驗實施文件為試驗實施過程的執行文件，主要包括實施方案、測試細則、技術流程、質量保證大綱、計劃流程等。要求如下：試驗實施文件應通過評審、受控；應在試驗前分發到位，確保試驗現場有可控文件在場作為試驗或測試工作的依據。

試驗實施方案是所有實施文件中的最主要的依據文件，對試驗實施方案的質量控制主要把握以下幾個方面：①試驗目的、試驗項目是否和輸入文件一致；②試驗場地及設備的選擇是否能夠滿足試驗要求；③任務及職責分工是否到位，責任人是否明確；④關鍵工序和關鍵檢驗點是否設置合理，如何控制；⑤質量保證措施是否到位，技安要求是否明確；⑥數據采集是否完善、控制方式是否可行；⑦是否已制定停機工作程序等；⑧是否安排試驗工裝的試裝、試驗用程序的調試環節。

試驗過程性記錄表格化文件為試驗過程的原始記錄表格，主要包括技術性記錄表格、質量管理記錄表格等。要求如下：過程性記錄表格化文件應在質量體系文件中進行規定且質量受控、有效；內容應覆蓋試驗的全過程，做到技術、質量管理可追溯，現場崗位可獲取。

2.2.2.3 試驗儀器設備狀態

對試驗儀器設備準備情況的現場檢查確認要求如下：①試驗設備應經過調試，運行良好，工作狀態正常，滿足試驗要求；②試驗軟件應經過調試或確認，技術狀態已凍結，符合規定的試驗要求；③試驗設備、儀器、儀表和工量具均應在校準和檢定有效期內，使用狀態良好，填寫設備（儀器）有效性確認表；④各分系統應進行聯合調試，調試結果應滿足試驗大綱要求，技術狀態受控。

2.2.2.4 試驗環境狀態

按照下述項目，對試驗環境的狀態進行把控：①溫度、濕度、潔凈度；②多余物控制措施；③供配電安全、接地安全；④水、暖、電、氣、空調、液氮等資源條件；⑤調度電話、監控系統等保障條件；⑥吊裝設備、升降車等特種裝備在安全檢定有效期內使用，并有安全防護措施。

2.2.2.5 崗位設置與參試人員狀態

現場組織機構應設置齊全，職責明確；各崗位人員應安排合理，落實到位。參試人員應具有上崗資質；對關鍵崗位的人員應實行雙崗制，并配備后備人員。

2.2.2.6 技術風險控制措施落實情況

技術風險控制措施落實情況的檢查要求一般包括：①對試驗可靠性、安全性有特殊要求的環節應制訂有針對性的控制措施，并落實到位；②關鍵環節與技術風險的控制措施應具體、有效，落實到位；③試驗各階段故障預想應充分，制定的應急預案和控制措施應已落實到位。

2.2.2.7 不合格控制以及待辦事項管理

對檢查中發現的不合格及待辦事項管理按照如下原則執行：試驗準備狀態檢查活動中發現的航天器技術狀態、試驗狀態不合格應按照相關標準的規定進行控制；對于保障試驗順利進行的待辦事項，應在試驗開始前完成閉環管理。

2.3 系統級地面試驗的過程

2.3.1 實施階段工作項目

試驗準備工作完成后，試驗進入實施階段，在該階段各參試人員要嚴格按照試驗文件的分工，各司其職，按照工作項目要求，認真做好試驗數據的判讀，進行試驗及測試工作。做好試驗整個過程關鍵工序和關鍵檢驗點的質量控制工作，及時按照質量控制要求填寫程序跟蹤卡和過程記錄表格。

2.3.2 關鍵工序和關鍵檢驗點質量控制

關鍵工序是指吊裝難度大、質量要求高的工序，對人身、產品的安全可能造成嚴重危害的工序，設計文件規定的某些關鍵特性或重要特性所形成的工序。

系統級熱試驗關鍵工序的設置和控制方式按照表1 執行。

表1 關鍵工序目錄

序號關鍵工序控制方式 1衛星隨L支架翻轉到水平位置填寫程序跟蹤卡及吊裝程序記錄表 2安裝南/北紅外燈陣填寫程序跟蹤卡及吊裝程序記錄表 3試件吊入容器填寫程序跟蹤卡及吊裝程序記錄表 4水冷管路安裝與檢漏、調試填寫程序跟蹤卡及吊裝程序記錄表 5衛星及L支架吊出、拆燈陣和冷板填寫程序跟蹤卡及吊裝程序記錄表

關鍵檢驗點是指試驗處于最充分表現其質量和性能狀況時（如試驗開機前的質量總檢、試驗結果評價等），當產品責任主體發生室級層次的變化時（如航天器產品的交接等），由于試驗操作的關鍵性或復雜性，可能對試驗質量和性能等構成潛在的危險時（如公用線的焊接、導通檢查與熱響應測試等），過去的故障或失效記錄表明必須進行檢驗時。

2.3.3 實施階段質量管控方式

試驗中要嚴格按照作業文件的要求，在具體操作上要嚴格按照做事有依據、做事按依據、做事留記錄的要求開展工作，具體有以下幾點：①嚴格技術狀態更改控制，如需更改試驗條件，需填寫《技術條件更改單》，由送試方和承試方共同簽字確認，并經過總師或總指揮批準后方可實施； ②嚴格交接班管理，大型試驗由于持續時間長，基本采用3班倒的模式，在接班前一定要做到崗位職責清楚、試驗狀態清楚、操作要點明確、接口關系清楚、故障預案清楚；③嚴格按照試驗計劃、試驗程序和操作規程組織實施，統一指揮，保證指揮的正確性；④各崗位對所有的測試操作均應做好記錄，涉星操作還有留有影像記錄，做到記錄完整可追溯。

2.4 系統級地面試驗的總結

2.4.1 總結階段工作項目

當所有的試驗工況完成后，經衛星方確認，試驗進入停機總結階段，該階段的主要工作如下：①各參試系統按照先前制定的停機程序完成停機工作；②停機程序結束后，衛星在容器中均溫24 h；③衛星出罐，拆除紅外加熱設備，承試方和送試方進行產品的交接；④參試各系統撤收試驗儀器、設備等；⑤參試各系統進行試驗數據的整理，試驗報告的編制；⑥試驗報告編寫和評審。

2.4.2 總結階段質量管控方式

總結階段質量管控方式如下：①嚴格按照試驗停機程序制定的工作流程進行停機，過程中嚴格監視衛星溫度數據，必要時啟動紅外加熱設備控制星表溫度，做好停機階段的防污染工作；②衛星出罐時，嚴格按照事先制定的吊裝程序執行，設置專職安全員；③試驗數據的整理應及時，做好原始數據的備份工作，按照試驗大綱的要求，形成數據包并提交給衛星方；④如無特殊情況，應在試驗結束2周內，開展參試各方參加的試驗報告總結評審工作。

3 目前存在的主要問題及建議

3.1 目前存在的主要問題

航天事業作為一個國家綜合實力的重要象征，可以推進并帶動科學研究等一大批產業的發展。航天器大型地面試驗作為航天器研制過程中的重要一環，直接關系到航天型號的成敗，試驗過程出現質量問題，主要有以下幾個方面。①設計和工藝脫節，設計人員和工藝人員或操作人員沒有充分溝通，造成設計和工藝脫節，工藝加工或裝配困難，導致問題發生；②工作指導性文件煩瑣，可操作性不強，一線人員抵觸情緒較大，造成有章不循或有章難循、制度不落實；③外協產品質量控制不嚴，缺少中間控制環節，造成外協產品質量不合格或進度延后；④技術狀態把控不嚴，試驗過程中由于試驗周期緊張，試驗人員多同時承擔幾個型號的任務，工作繁忙等原因，對技術條件更改隨意性很大，沒有嚴格執行技術狀態更改控制程序。

3.2 質量管控改進建議

針對上述分析的大型地面試驗過程中存在的主要問題，應從以下幾個方面加強質量管理工作。

3.2.1 措施到位，完善制度

質量管理，措施是基礎，制度是保證，一套切實可行的措施不僅有利于工作人員的執行，提高工作效率，減少抵觸情緒，還可以降低工作人員出錯的概率。加快推進考核機制和監管維護的體系建設，達成維護航天軍工行業的決心和信心。在加強航天軍工質量管理體系的制度完善基礎上，完善考核管理機制。

3.2.2 加強設計和工藝工作，正確處理兩者之間的關系

設計和工藝質量是產品研制生產鏈中的主要環節，是支撐確保產品質量的兩條“腿”。在設計方面，要進一步完善設計、優化設計，力求系統簡化、工藝簡化、指標最優、可靠性最高、安全性最高。在工藝技術方面，要進一步強化基礎工藝管理和工藝技術研究，以設計和工藝“雙保險”措施，實現確保產品技術性能指標滿足要求的目的[3]。

3.2.3 通過信息化手段優化流程，減輕員工負荷

信息化在當前的各行各業中已處于一種支撐地位，其在航天軍工企業中更是不可或缺的，依托網絡及信息化手段，實現生產、試驗過程高度自動化、信息化、智能化，完善過程監控及關鍵參數報警，切實做到重復工作自動化、指導文件簡單量化可操作，減輕員工工作量，滿足質量控制要求。

3.2.4 加強人才培養

人是所有因素中的決定力量，所有制度的落實都需要人來完成，因此，必須培養一批專業的、高效的、有能力的管理人才，用以作為企業質量管理的基礎力量。做到人盡其用，注重管理人才與研發技術人才的使用，使其相互促進、共同進步[4]。

3.2.5 加強外協產品的質量控制

隨著航天發射任務的增多，很多工作需要外協完成，外協產品的質量也直接關系到任務的成敗。因為據有關部門統計，外協產品的質量水平占航天產品的質量水平的40%～60%，且存在著較為穩定的比例關系，當前外協產品質量問題主要包括外協件生產管理混亂、軍品的特殊要求未落實、缺少行之有效的質量管理體系及完備的質量控制手段、軍工企業對外協過程監督不到位等，造成產品無可追溯性[5]。應從以下幾個方面加強對外協產品的質量控制：①完善評價體系，保證供方具有較高的質量水平；②加大對供方過程能力水平的評估力度，降低風險；③不斷改進采購質量，努力完善質量體系。軍工企業需要對生產過程及其所涉及的技術進行有效交流，及時識別所出現的問題，給予解決并進行有效總結，積累經驗以預防問題的重復發生[6]。

3.2.6 嚴格技術狀態更改控制

技術狀態控制是技術狀態管理的核心，是推進航天型號精心化管理確保航天型號成功的關鍵，要嚴格按照相關質量控制程序操作。要嚴格控制技術狀態，凡滿足任務書要求、經考核驗證并經技術評審確定的技術狀態，不得隨意更改。確需用更改，必須按照“論證充分、各方認可、試驗驗證、審批完備、落實到位”五條原則執行[7]。

4 結論

航天器大型地面試驗，是一個復雜的系統管理工程，具有涉及單位多，參試人員、設備多，試驗流程復雜，協調內容多的特點，需要參試各方的通力配合。一套行之有效的質量控制程序十分重要，應及時梳理、分析試驗各環節的風險點，及早采取針對性措施，降低試驗風險。制訂合適、有效的型號大型試驗質量管理要求，嚴格落實過程質量管理制度，保證型號試驗的成功。

［1］黃本誠，馬有禮.空間環境試驗技術［M］.北京：國防工業出版社，2002：26.

［2］姜圣廣，潘源，俞敏雯.型號大型試驗的質量控制實踐［J］.質量與可靠性，2013（1）：44-47.

［3］陳智勇.航天型號研制質量管理中應注意的幾個問題［J］.航天工業管理，2009（3）：34-35.

［4］歷震儒，程龍，黃斌.航天軍工企業的質量精細化管理策略探討［J］.中國管理信息化，2016，19（8）：100.

［5］梁海，安建民.淺析如何加強軍工企業外協件的質量控制［J］.黑龍江科技信息，2011（33）：166.

［6］張鴻羽.航天軍工企業外協產品質量管理研究［D］.南京：南京航空航天大學，2013：23-24.

［7］諸一維，羅瑛.嚴格技術狀態更改控制確保航天型號研制質量［J］.航天標準化，2007（1）：16-18.

2095－6835（2021）06－0004－04

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.002

路彤（1988—），女，北京人，碩士研究生，2015年畢業于北京航空航天大學軟件工程學院，主要從事航天器試驗過程質量控制、試驗標準體系研究。

〔編輯：丁琳〕