高分多模衛星產品保證工作實踐

何正文 郝志華 王躍 楊文濤

(中國空間技術研究院遙感衛星總體部，北京 100094)

高分多模衛星是一顆分辨率達到0.5 m且同時具有多種敏捷成像模式的綜合光學遙感衛星，主要獲取我國國土及周邊區域全色0.5 m、多光譜2 m高分辨率圖像，應用于國土資源、減災、農業等多個行業。衛星任務特點主要包括：用戶多，涉及國土資源、測繪、減災、農業、環保、住建、林業，各用戶對觀測要素、觀測性能、觀測模式和實效性的要求不同，技術要求多；為實現高分辨率、高質量的敏捷成像，選用了首飛的中型敏捷遙感衛星公用平臺和國內民用遙感領域口徑最大、焦距最長的高分辨率相機，研制技術難度大；8年長壽命可靠性要求高等特點。如何針對這些特點采取有效控制措施，確保任務圓滿成功，給衛星產品保證工作提出了嚴峻挑戰。

產品保證是為使人們確信產品達到規定的質量要求，在產品研制、生產全過程所進行的一系列有計劃、有組織的技術和管理活動[1-7]。高分多模衛星產品保證工作遵循“策劃、實施、檢查、改進”的基本策略，分階段開展。方案階段關注總體方案設計、衛星平臺和有效載荷關鍵技術攻關；初樣階段關注鑒定產品過程管控，關鍵產品長壽命試驗驗證；正樣階段關注生產基線、技術狀態控制，目錄外元器件、首飛元器件選用、原材料使用，禁、限用工藝使用，以及質量問題“舉一反三”；發射場階段提前策劃，將質量確認工作納入流程，落實各級責任。本文分析了高分多模衛星的研制任務特點，總結了研制過程針對任務特點采取的主要產品保證措施，可為后續衛星研制開展相關產品保證工作提供參考。

1 研制任務特點

高分多模衛星主要研制特點如下。

(1)敏捷成像任務難。高分多模衛星的核心任務是實現高分辨率、高質量的敏捷成像，包括同軌多點目標成像、多條帶拼幅成像、多角度成像、立體成像、動中成像的任意方向主動推掃成像等多種成像模式。每種敏捷成像模式都由一個或若干個條帶成像任務組成，每個條帶成像任務都包括成像和姿態敏捷機動兩個過程，需要天地一體及星上多個分系統協同配合，實現難度大。

(2)中型敏捷遙感衛星公用平臺首飛風險高。高分多模衛星選用的中型敏捷遙感衛星公用平臺為首飛平臺，平臺設計狀態及核心技術功能性能實現難，平臺及有效載荷首飛產品、關鍵產品多，平臺作為一個整體，未曾在軌飛行，因此，平臺整體功能性能的在軌實現情況、單機產品穩定性、單機及分系統間接口匹配性、平臺與有效載荷接口的匹配性等方面存在風險。

(3)設計壽命長、可靠性要求高。高分多模衛星設計壽命8年，相比多數低軌遙感衛星3～5年壽命要長，衛星工作模式多且需要在軌穩定運行8年，對平臺、有效載荷各單機產品，尤其是影響壽命的關鍵新研產品可靠性要求高。

(4)發射場質量確認模式新。高分多模衛星是規范實施發射場質量確認制的衛星。以質量確認總結替代研制總結，以質量確認專家審查替代專家評審，與傳統發射場研制與質量總結評審工作模式差別大。

2 產品保證工作實踐

高分多模衛星的產品保證工作圍繞研制任務特點開展，針對敏捷成像任務難、中型敏捷遙感衛星公用平臺首飛，狠抓技術風險識別與控制；針對設計壽命長、可靠性要求高，開展長壽命專項試驗驗證和鑒定產品工藝檢查，以及元器件、材料、工藝選用、空間環境適應性保證等過程管控；針對發射場質量確認模式新，壓實質量確認責任。

2.1 狠抓技術風險識別與控制

高分多模衛星成立了由衛星兩總、產品保證人員、設計師、物資保障人員組成的風險管理小組，從任務特點、產品基線、過程控制、“十新”(新技術、新狀態、新材料、新工藝、新環境、新設備、新單位、新流程、新崗位、新人員)分析、技術狀態更改、質量問題歸零等方面深入開展技術風險分析工作。按照策劃、識別與評價、應對、監控的步驟，開展技術風險分析與控制工作，并迭代進行，真正做到風險控制工作重心前移，實現無重大設計反復問題出現。出廠階段，圍繞技術風險專項總結，結合發射場風險分析與策劃，以“風險交底”的形式邀請專家進行風險把關，確保技術風險識別全面、控制措施有效。針對敏捷任務實現、中型敏捷遙感衛星公用平臺首飛、高分辨率高成像質量實現等重要系統級技術風險，制定相應的控制措施并組織落實。

2.1.1 敏捷任務實現風險及應對措施

高分多模衛星敏捷任務由星地任務系統實現，包括地面部分和星上部分。地面部分主要是地面任務規劃軟件，星上部分由星體及大型結構、測控、數管、控制、高分辨率相機、導航、數傳(含星上數據處理)等分/子系統關鍵單機和軟件組成，針對敏捷任務實現的應對措施如下。

(1)設置關鍵項目、關重件、關鍵強制檢驗點，加強過程管控措施落實。將涉及敏捷任務實現的關鍵單機，包括高剛度太陽翼、大量程三浮陀螺組件、125 N·m·s控制力矩陀螺、導航定位接收機、高分辨率相機主體設置成整星的關鍵項目。通過產品的特性分析確定關重件(如控制力矩陀螺的高速轉子結構)、關鍵強制檢驗點(如大量程三浮陀螺組合件標定)。明確各關鍵項目、關重件、關鍵強制檢驗點控制措施和要求，總體研制單位在產品研制過程和驗收時，對控制措施的落實情況進行檢查，確認各項控制措施有效落實。

(2)組織專家審查把關，開展關鍵軟件專項復查。對涉及敏捷任務的星上分系統，包含測控、數管、控制、高分辨率相機等分系統軟件、硬件方案設計、地面任務規劃方案設計、星上任務管理方案設計、星地任務體系方案設計等進行審查把關。針對影響敏捷任務實現的星地任務系統關鍵軟件，組織軟件專家對軟件設計開發與任務需求的符合性開展專項復查，確保軟件功能性能滿足敏捷任務需求。

(3)加強測試覆蓋性分析和檢查，確保測試全面、驗證充分。測試覆蓋性分析和檢查是加強研制過程質量控制的重要手段之一[8]，對影響敏捷任務的關鍵產品，包括125 N·m·s控制力矩陀螺、導航定位接收機、大量程三浮陀螺組件等單機和地面任務規劃軟件、星載自主任務管理軟件等產品，開展測試覆蓋性分析和檢查，對各項試驗中設備加電狀態、測試項目、測試結果認真確認。結合設備軟件版本和硬件狀態，對所有指令執行驗證情況進行檢查，對總裝廠、發射場測試歷史數據進行一致性比對，同一數據縱向比，同類數據橫向比，確保數據判讀比對及時、全面、有效，無誤判、漏判。

2.1.2 中型敏捷遙感衛星公用平臺首飛風險及應對措施

(1)平臺設計狀態控制與核心功能性能實現。重點對未有飛行經歷的統一S頻段(USB)應答機、125 N·m·s控制力矩陀螺，以及對整星任務至關重要的甚高精度星敏感器、高穩定度太陽翼驅動機構(SADA)等進行風險管控。加強技術狀態控制，在生產準備階段對各種技術狀態，包括產品鑒定狀態、工藝鑒定狀態、初樣遺留問題、生產依據性文件等落實情況進行檢查。加強生產過程控制，加強工藝和強制關鍵檢驗點檢查。驗收時，對產品測試數據、測試過程、研制過程數據包進行審查，重點檢查正樣相比鑒定件狀態的變化及其驗證情況。同時，關注在研、在軌衛星相同產品的質量問題情況并及時開展“舉一反三”工作，對產品存在的薄弱環節進行處理，提升平臺產品可靠性。

(2)針對平臺系統測試不充分風險，加強測試驗證。充分進行平臺與有效載荷之間的接口測試，對供配電、數據、遙測遙控、熱、機械等接口進行檢查與測試，確保接口匹配；充分進行整星工作模式的地面測試，對各分系統、單機協同配合完成衛星典型工作模式，以及完成一天內連續復雜、大任務量工作過程的能力，進行充分的測試驗證；對工作模式的各種可能組合情況進行測試，確保測試全面、充分，在軌所有情況都在地面得到遍歷。

2.1.3 高分辨率高成像質量實現風險及應對措施

(1)有效載荷指標實現風險。設置關鍵工序，嚴控拼接過程和確認測試。將CCD拼接設定為關鍵工序，編制關鍵工序規程，采用高精度拼接設備，按工藝規程開展拼接工作；采用CCD線陣組裝儀對拼接線陣長度、像元共面精度、重疊像元精度等指標進行測試確認。組織專家對光學零件加工與裝調精度工藝保證及檢驗，以及裝調工藝設計及檢驗等操作文件把關。將相機主鏡、次鏡、三鏡設置為重要件加強過程控制和監督檢查，確保相機鏡頭裝調質量。加強在電子學系統裝調過程中的質量控制，嚴格軟件版本控制。進行充分測試與試驗驗證，加強全視場系統靜態傳遞函數測試，在各種試驗工況下測試相機功能性能。

(2)高圖像定位精度實現風險。定位精度的實現涉及機電熱多個方面,覆蓋平臺和有效載荷多項技術，需要天地一體配合的系統來完成。另外，在敏捷機動過程中，星敏感器不可用或是頻繁切換，以及導航天線遮擋的現象，會引起定姿和定軌精度下降；外熱流、內熱流變化使溫度場變化等，也會給圖像定位精度指標的實現帶來風險。針對高圖像定位精度實現風險，項目辦公室建立了以平臺總體、測控、控制、結構機構、有效載荷為主的技術攻關隊伍，從定位精度指標體系出發，對衛星研制過程中的姿態測量、軌道確定、結構設計、時統設計、內方位元素穩定性、地面標定等開展技術攻關。對影響高定位精度因素的相關方案設計、仿真分析和專項試驗，由項目辦公室組織評審，加強設計驗證。組織開展的專項評審包括高定位精度總體方案設計，即高精度定軌設計、高精度定姿設計、高穩定性結構設計、高精度時統設計、有效載荷內方位元素穩定性分析、在軌定標方案；專項試驗包括陀螺標定及定姿試驗、星敏感器精度測試試驗、相機(含柔性適配裝置)-星敏組合體變形釋放試驗、全鏈路的時統精度測試、正樣相機熱平衡試驗等。

(3)減隔振設計與驗證風險。狠抓設計源頭，確保固有質量。組織專家對減隔振方案設計進行專題評審，包括控制力矩陀螺(CMG)并聯隔振裝置設計，相機柔性適配裝置設計，星體擾動源部件局部支撐結構頻率設計、隔振裝置局部連接結構剛度設計、有效載荷連接結構頻率設計等。組織開展微振動專項試驗驗證工作，加強試驗方案、大綱、細則、總結的審查及試驗準備狀態的確認，關注試驗邊界條件和極端工況，試驗過程中嚴格按照試驗大綱和細則組織實施，試驗結束后及時分析、總結，保證試驗數據真實、完整、準確，確保試驗充分、有效及過程受控。開展的微振動專項試驗包括：平臺典型結構微振動傳遞特性試驗、微動隔振器微振動試驗、并聯隔振裝置微振動試驗、中型敏捷遙感衛星公用平臺微振動試驗。

2.2 嚴格過程管控與試驗驗證

2.2.1 長壽命專項驗證

針對高分多模衛星8年壽命要求，項目辦公室在產品保證隊伍建設時增設了8年壽命工作組，主要負責組織、制定平臺8年壽命工作實施方案和評估方案，審查系統、分系統、關鍵單機8年壽命方案和試驗驗證方案。

對影響平臺安全、敏捷性能的關鍵分系統、關鍵單機開展8年壽命專項設計驗證工作，從平臺、分系統和單機3個層次開展。采用自上向下分析的過程，對86種配套單機開展系統、全面的分析，論證壽命相關故障模式、薄弱環節、設計分析手段，結合分析出的薄弱環節和故障模式，自下而上開展平臺壽命驗證工作，確保壽命指標有效驗證。平臺核心產品開展的專項驗證試驗主要包括：鋰離子蓄電池組、蓄電池單體的實時循環壽命試驗和加速循環壽命試驗；太陽電池電路互連材料原子氧試驗和高低溫循環試驗；125 N·m·s控制力矩陀螺高速轉子側擺試驗和結構壽命試驗，導電環轉速加速壽命試驗和整機壽命試驗；高穩定度太陽翼驅動機構整機轉速加速壽命試驗；大量程三浮陀螺組件平均無故障時間(MTBF)保證試驗。

針對高分辨率相機和大氣同步校正儀有效載荷，開展了壽命專項試驗驗證，主要包括高分辨率相機光學元件功能材料、鍍膜、用膠，以及五譜集成探測器和四譜探測器抗輻照試驗和電子學開關機次數壽命試驗；大氣同步校正儀的Si探測器和InGaAs探測器位移損傷試驗、總劑量輻照試驗，制冷器開關次數、繼電器開關機次數壽命試驗。

各項充分的試驗驗證工作，為高分多模衛星在軌穩定運行打下了堅實的基礎，衛星在軌未發生質量問題。

2.2.2 加強鑒定產品工藝檢查

項目辦公室結合衛星的研制進展，制定了全面的工藝檢查策劃。在鑒定產品合蓋前及鑒定試驗后開蓋時，組織進行工藝檢查，對產品實物狀態進行檢查與確認。對電子產品重點檢查印制電路板組裝件上的元器件、焊點、涂層的完好性，絕緣導線的安全性，是否存在多余物，對高密度引腳器件、電連接器等無法直接觀察部位進行X光檢查。依據工藝檢查策劃，項目辦公室組織工藝專家和總體、分系統設計人員對控制、測控、供配電、數管、相機、數傳等所有分系統進行工藝檢查，每次工藝檢查都形成會議紀要，共檢查29臺單機鑒定產品，形成180余項待辦事項，項目辦公室組織對檢查的問題進行跟蹤和閉環，確保產品工藝實施合理可靠。

2.2.3 依托專業產品保證中心保證產品質量

依托專業產品保證中心，對衛星選用首飛元器件質量保證情況，目錄外元器件履行“目錄外”審批手續情況，以及試驗驗證情況進行確認。對選用的首飛材料委托物資部門進行材料認定，目錄外材料(如硅油、潤滑脂、潤滑油和鎂鋰合金)履行目錄外審批手續，并進行復驗。對限用電裝工藝，進行專項工藝鑒定；對沒有明確抗輻射指標且無在軌飛行經驗的元器件、功能材料，開展專項抗輻照試驗，確保了元器件、原材料、工藝選用滿足在軌使用要求。

2.3 壓實發射場質量確認責任

為提升研制過程質量管理的效率和效果[9]，結合衛星發射場“四個流程”(技術、計劃、產保、技安)，在高分多模衛星進場前，項目辦公室編制了發射場質量確認策劃，將質量確認納入“四個流程”。策劃圍繞著技術安全、運輸結果、發射場電測、發射場總裝、大系統接口、質量問題歸零與“舉一反三”、技術狀態變化、強制檢驗點、發射場技術風險控制、推進劑加注等17個確認項目，形成了93項質量確認內容，明確各確認項目的責任人。發射場產品保證工作以質量確認策劃為依據開展，確認結果表明：衛星各項功能正常，性能指標滿足要求，確保了衛星發射場工作零缺陷。相比以往衛星發射場產品保證工作，實施發射場質量確認后，產品保證的工作模式由原來先工作后總結，變為邊工作、邊確認、邊簽署確認表格；不再編制包含大量文字描述內容的發射場加注前研制與質量工作總結報告，而是僅有少量對確認結果的描述，但包含大量確認結果的發射場加注前質量確認工作總結報告；專家會議評審變為質量確認表的審查，提高了質量管理的針對性和有效性。后續可探索發射場質量確認向衛星出廠階段延伸，分階段、分層次推進，不斷提升質量管理的效率。

3 結束語

高分多模衛星產品保證工作通過提前系統策劃，充分分析任務特點，狠抓風險識別與控制，嚴格過程管控與試驗驗證，以及實施發射場質量確認落實責任，提升了產品保證工作的效率和效果，確保了衛星研制和使用質量，實現了發射成功、在軌穩定運行，可對后續衛星產品保證工作提供借鑒。