航天型號元器件選用策略

范爽 凌云峰 侯力

摘要：隨著我國航天事業的快速發展，近年來，航天型號的研制呈現出了需求多樣化的特征，除了高可靠、長壽命等需求之外，快速響應、低成本和可維修等因素也逐步地成為了項目研制過程中需要重點考慮的因素。而航天型號元器件作為航天型號研制的基礎，其選擇、保證和應用等環節的需求也應發生變化。基于此，本文主要對航天型號元器件選用策略進行分析探討。

關鍵詞：航天型號;元器件;選用策略

1 前言

我國航天產品主要包括導彈、運載火箭、航天器、地面支撐設備，航天產品上使用的元器件都屬于航天型號元器件，型號元器件的可靠性取決于元器件的固有可靠性和應用可靠性，正確選用元器件是保證元器件應用可靠性的重要環節。

2 國內外發展現狀

針對航天型號元器件選用和保證工作，國內外均開展了廣泛的研究工作。而當前型號中普遍采用的是根據元器件的等級和風險等因素為元器件分組的方法。

以國內為例，目前，在型號研制的過程中，根據元器件的質量等級，航天型號元器件被分為了A、B兩組。例如：對于集成電路，A組的元器件的質量等級為S級或V級，B組的元器件的質量等級為B級或Q級。在選用時，設計壽命在L年以上的航天器均要求選用A組的元器件，設計壽命在L年以下的航天器均要求選用B組的元器件。若選用的元器件低于規定的質量等級，則需要開展“升級試驗”等針對性的質量保證工作。此外，整星各個單機、分系統的元器件均應按照這一原則進行選用，以保證元器件的質量。

同樣，美國宇航局（NASA）的GSFC、MSFC和國際空間站，歐空局（ESA），以及日本JAXA等也采用了類似的劃分方法。對于航天型號元器件，MSFC將其劃分為了4個等級;GSFC和ESA將其劃分為了3個等級;國際空間站和JAXA將其劃分為了2個等級。其中，NASA將元器件的等級分組與型號任務的風險等級聯系在一起，同時還給出了各個等級所對應的型號的典型設計壽命年限。

分析發現，當前所采用的“分組”選用和保證方式有利于型號內部或型號之間的元器件批產配套和調撥使用，但是無法滿足各分系統、單機在先進性和低成本等方面的差異化選用需求，也沒有與元器件應用環節所采取的冗余、備份等實際的應用方式相關聯。特別是對于功能密度高、成本控制嚴格的小衛星，空間站的可維修更換系統和衛星的搭載試驗單元等，傳統的選用方法在低成本等需求方面顯示出了一定的局限性。因此，針對當前航天型號研制任務的新需求，需要探索一種能夠區別對待各分系統、單機的需求的元器件選用和保證模式。

3 航天元器件選用原則

預計工作8年的長壽命衛星，所用元器件的工作失效率Ap=10{～10‰，某些要求長儲存的戰略武器非工作狀態的失效率（AN）需高于10機;導彈衛星對于內部元器件有不同程度的抗輻射要求，不同應用環境的導彈還有特殊的抗濕熱、耐鹽霧等要求;為了盡可能減少推進航天產品的動力功耗，要求所用元器件需具備重量輕、體積小和功耗低的特點;航天元器件應用前需用較長時間進行嚴格的應用驗證，用于航天型號產品的技術狀態凍結后，一般不能隨意變更元器件，元器件的服役周期長。因此，為了保障元器件的可靠性和環境適應性，在設計選用時，除了關注元器件的性能、環境、可靠性要求，還需遵循元器件適用性、通用性、成熟性、經濟性和自主可控等原則。

3.1 選用國產元器件

隨著我國武器裝備高速發展，在西方國家高度渲染中國威脅論的背景下，美國國會通過了一系列法案，禁止對我國出口用于軍事裝備的元器件，列出了控制對華出口清單。當前我國武器裝備元器件自主保障的形勢已十分嚴峻，某些核心或關鍵元器件如FPGA、DSP等長期依賴進口，時刻面臨禁運、停產、斷檔等風險，已嚴重制約著型號的定型和批生產。因此，優先選用國產元器件已是當務之急。對于全軍裝備研制五年計劃確定的主要裝備型號使用的進口電子元器件的規格和數量控制比例不超過5%，其中使用的紫色、橙色和黃色等級的進口電子元器件的總和不得超過2%，使用進口電子元器件的經費比例控制不超過10%。

3.2 選用目錄內元器件

航天元器件的選用首選有飛行經歷或具有相似型號上成功應用的元器件。（航天型號電子元器件選用目錄》是航天產品選擇元器件的主要依據，應首先在目錄內編制型號用“優選目錄”，優先選用在型號元器件目錄內的元器件。其次對元器件性能、參數的選用應考慮抗力學環境的設計、降額設計、容差設計、熱設計、抗輻射設計、靜電防護的設計等要求。按照GJB/Z35要求進行降額設計、按照GJB/Z89要求進行容差設計、按GJB/Z299C要求進行可靠性預計、選用功率器件和溫度敏感器件時按GJB/Z27要求進行熱設計，若無法選購到高質量等級的元器件，應考慮冗余設計等措施。

4 不同應用等級的元器件選用要求

目前，航天型號元器件普遍采用質量等級對其質量水平進行標定，元器件的應用等級如何與質量等級相關聯是本方法的關鍵。由于元器件品種多、門類復雜，不同類別的元器件可獲得的質量等級不同，因此，對于不同類型的元器件，其應用等級與質量等級具有不同的對應關系。

以單片集成電路為例，說明如下：

a）對于國產單片集成電路，當其應用等級為Ⅰ和Ⅱ級時，應選用宇航認定合格的質量等級（例如：CASTB/C等級和YA/YB等級等）;當其應用等級為Ⅲ級時，應選用GJB貫標等級以上的質量等級;當其應用等級為Ⅳ級時，應選用七專或以上的相當質量等級;當其應用等級為Ⅴ級時，應選用標準的工業級或商用級器件。

b）對于進口單片集成電路，當其應用等級為Ⅰ級時，應選用S級、V級的質量等級;當其應用等級為Ⅱ和Ⅲ級時，應選用Q級、B級以上的質量等級;當其應用等級為Ⅳ級時，應選用883或以上的相當質量等級;當其應用等級為Ⅴ級時，應選用標準的工業級或商用級器件。

在型號實際選用的過程中，由于采購渠道、成本控制等原因導致所選用的元器件不能滿足質量等級的最低要求時，一些“低等級器件”通過升級試驗等加嚴的質量保證措施可以被選用到具有較高應用等級的場合。此外，在選用過程中，還應根據單機擬定工作的軌道、壽命，分析空間輻射對元器件的影響。抗電離總劑量要求應充分考慮元器件不同應用等級的總劑量指標，對于單粒子效應，應用等級為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級的元器件應充分評估器件的抗單粒子能力并采取防護設計措施。

5 結語

航天元器件是航天型號的基礎，只有奠定了牢固的基礎，航天型號才能更好、更快地發展。近些年來，航天型號產品的質量控制從源頭抓起，對型號元器件的選用過程進行嚴格控制，在元器件的研制生產和交付使用過程中均取得了良好的效果，保障了航天型號產品研制綜合質量的提升。

參考文獻：

[1]QJ892-1985，航天產品特性分類和管理要求[S].

（作者單位：中國電子科技集團公司第四十九研究所）