航天器潔凈廠房環境監測規范化應用

田帥 劉錚 齊強 李欣

（北京衛星環境工程研究所，北京，100094）

航天器在地面工作和存儲的環境一般為工業潔凈室，該環境需要對空氣中的塵埃、溫度、濕度、靜壓等進行控制。隨著航天器載荷的多樣化，其環境不僅對溫度和濕度有較高的要求，同時航天器處于不同工序時對潔凈度的要求也不同。例如航天器常規存儲環境要求為ISO 8 級潔凈度，航天器在執行檢漏時的潔凈度要求為ISO 7級。這些潔凈度的級別在標準中有明確的定義與闡述。在實際標準執行的過程中，如何實現這些潔凈度的要求成為標準落實的關鍵。

1 航天器潔凈廠房潔凈度相關的標準

航天器環境潔凈度的主要相關標準從頂層的國軍標至底層的院級標準均有涉及。這些標準的要求逐項細化并最終落實到企業標準和具體標準化操作文件中。

航天器環境潔凈度的頂層標準為GB/T 25915—2021 《潔凈室及相關受控環境》[1]和國家軍用標準 《衛星裝配測試廠房設計規范》。GB/T 25915.1 《潔凈室及相關受控環境 第1 部分：空氣潔凈度等級》中對航天器常用的環境ISO 7 級和ISO 8 級的關注粒徑的粒子最大濃度限值進行了明確規定。ISO 7 級環境中大于或等于0.5μm粒徑的粒子最大濃度限值為352000 個/立方米，大于或等于1μm 粒徑的粒子最大濃度限值為83200個/立方米，大于或等于5μm 粒徑的粒子最大濃度限值為2930 個/立方米。ISO 8 級的環境該指標為ISO 7 級的10 倍。GB/T 25915.2 《潔凈室及相關受控環境 第2 部分：證明持續符合GB/T 25915.1 的監測與監測技術條件》中對監測周期、監測儀器、例行監測、出具的報告文件等提出了綱領性要求。GB/T 25915.3 《潔凈室及相關受控環境第3 部分：監測方法》給出了潔凈度監測的規程和原理。國家軍用標準 《衛星裝配測試廠房設計規范》的7.2.3 至7.2.7 條目對裝配測試廳的潔凈度給出了明確的規定，要求衛星等航天器裝配測試需達到10 級（8 級）潔凈度。這些條目對送風形式、三級過濾、風量、換氣次數給出了明確規定。

航天器環境潔凈度的行業標準為 《潔凈室（區）內潔凈度級別及評定》。該標準中細化闡述了粒子濃度的鑒定和監測方法。但由于制定標準的年代較為久遠，該行業標準仍然使用10000 級和100000 級來確定級別。

航天器潔凈度的五院標準《潔凈室綜合性能監測方法》在遵循上述2 個標準的基礎之上，細化并落實了各項綱領性要求。該標準中對于潔凈度的監測方法進行了更新。細化了潔凈度監測過程，明確為4 個步驟。明確了監測數據的處理方法。

有關于航天器潔凈度標準中，除了執行上述自頂向下的3 項標準外，還配合制定了相關的企業級作業文件，例如 《航天器潔凈廠房環境參數》《試驗區環境控制程序》。

2 航天器潔凈廠房潔凈度監測儀器

目前，一般監測空氣中懸浮顆粒所用的監測儀器一般均使用塵埃粒子計數器。其性能指標需滿足GB/T 25915—2021 《潔凈室及相關受控環境》的要求。針對于航天器潔凈廠房的大面積特點提出如下要求：①大于636m2的空間，其最小采樣點數為面積的平方根；②每個采樣點的采樣量至少為2L，每一個采樣點單次采樣的最小采樣時間為1min，每一個采樣點的采樣量應一致。

在航天器潔凈廠房潔凈度監測過程中，一般選用激光塵埃粒子計數器。其被測粒子的粒徑范圍的為0.3μm 至10μm。該種激光塵埃粒子計數器可直接監測10000 級（ISO 7 級）、100000 級（ISO 8 級）潔凈度、采樣流量一般為2.83L/min或 者28.3L/min、粒徑檔位為0.3μm、0.5μm、1.0μm、5μm。

在航天器潔凈廠房潔凈度監測實際使用過程中使用2 種類型的激光埃粒子計數器。①手持式激光埃粒子計數器，其可以在航天潔凈廠房內任意位置移動使用。由于航天潔凈廠房面積一般大于636m2，達到1000m2左右。根據標準需要采樣至少32 個點位。這種手持式可根據需要自主確定測量位置的數目，以滿足最小采樣點數的要求。②固定式激光埃粒子計數器，其需固定在廠房離地面0.8m 高度的工作水平面上使用，且可以通過計算機不間斷采集其數據，以達到潔凈度實時監測的功能。一般航天器潔凈廠房布置不少于4 個固定式激光埃粒子計數器以記錄航天器潔凈廠房內潔凈度的實時變化。

此類激光塵埃粒子計數器運行穩定、應用廣泛、易于采購且產品成熟。但是在航天器潔凈廠房潔凈度監測過程中存在一定的缺陷。例如，被測粒子在同樣測量環境中測得的數據存在一定差異（即測量值的不確定度較大），所以需要多測量幾組數據，經過數理統計計算得出置信度達到95%的數據。此外，激光等光學儀器容易老化壽命有限。

3 航天器潔凈廠房潔凈度運行管理

在航天器潔凈廠房內使用上述激光塵埃粒子計數器，測量粒徑 為0.5μm、1.0μm 及5.0μm，按照既定步驟進行潔凈度監測。常規航天器潔凈廠房潔凈度監測由兩種檢測模式共同完成：①使用手持式塵埃粒子計數器手動測量，②使用現場布置的固定塵埃粒子計數器自動監測。

在自動監測工作程序模式下，將潔凈度數據監測系統設置為每2 小時自動監測潔凈，試驗區的潔凈度，由現場管理人員每2 小時對監測數據進行檢查確認。如數據超標按超標程序執行，匯總記錄日志。環境數據監測系統服務器故障時，啟用備用服務器。

在手動測量工作程序模式下，在環境數據自動監測系統故障時，現場管理人員使用手持式設備進行測量，每日3 次（第一次：9:00～11:00，第二次：13:00～15:00，第三次：20:00～22:00）。

當航天器潔凈廠房潔凈度參數超出標準要求時，啟動預警處理程序。在預警程序中對各種可能引起潔凈度異常的原因進行梳理，給出相關的解決方法和步驟。航天器潔凈廠房如果出現潔凈度異常，在排查到原因之后，根據原因的不同作出如下處理：①如因停電或者電器故障，導致潔凈設備不能正常運行而引起的潔凈度超標，在確認恢復供電或電器故障排除后，盡快恢復航天器潔凈廠房的潔凈設備正常運行；②如因人數過多引起潔凈度超標，超標區域需對現場人數進行控制，并加強對超標區域潔凈設備的調節；③如因天氣原因引起潔凈度超標，應加強對超標區域工藝空調的調節；④如因航天器潔凈廠房大門開關頻繁和開啟時間較長引起潔凈度超標，在不影響現場工作的情況下減少大門開關次數和縮短大門開啟時間，需要加強對超標區域潔凈設備的調節。