航天器太陽電池陣卓越標準體系建設思考與實踐*

馬靜雅 李沐天 馬騰 姜東升 濮海玲 杜紅 郭梅

（北京空間飛行器總體設計部，北京，100094）

標準是航天產品質量水平的重要依據、產業核心競爭力的重要體現、企業治理體系和治理能力現代化的重要手段[1]。航天標準化作為重要的技術基礎，為航天事業發展提供了有力的支撐和保障。為落實中國航天科技集團有限公司（以下簡稱集團公司）航天卓越標準體系建設的部署，構建與新時期產品化工作相適應的標準體系。航天科技集團五院總體設計部標準專業組以面向“三高” （高質量、高效率、高效益）為目標，結合新時期產品化工作要求，開展航天器太陽電池陣標準體系的建設與實踐工作。

航天器上太陽能供電系統統稱為太陽電池陣。單個伸展出航天器的太陽電池陣稱為太陽翼，每個太陽翼由多個太陽電池板（簡稱太陽板）及連接架組成，太陽板由結構板（基板）以及電池電路組成。太陽電池陣作為航天器上重要供電設備，是航天器核心產品之一，其展開成功常被作為航天器發射成功的標志性事件。作為航天器上復雜的星外展開機電熱產品，太陽翼的研制具有接口多、技術難度大、研制周期長的特點。因此太陽電池陣標準化是統一規范產品設計、建造、驗證使用全過程、確保航天器太陽電池陣產品質量的重要技術基礎。

1 國內外太陽電池陣產品標準化建設情況

1.1 國外太陽電池陣產品相關標準

美國航空航天學會 （AIAA）、歐洲航天局（ECSS）等國外航天研制部門，均發布過相關行業標準，包括空間太陽電池標準和空間機構標準，主要標準見表1。可以看出AIAA、ECSS等標準以產品的采購標準要求為主，未覆蓋產品研制的全流程，這與國外航天器研制與采購模式有關，太陽電池陣產品往往采用市場化的招標方式進行采購。

表1 國外太陽電池陣相關標準

1.2 國內太陽電池陣產品相關標準

國內航天器太陽電池陣典型產品的研制流程包括設計、裝配和操作、測試與試驗、生產與驗收流程。太陽電池陣體系內現行有效標準共47項，其中國軍標10項、航天行業標準10項、集團標準14項、企業標準18項，見表2。

表2 國內太陽電池陣標準體系統計表

根據卓越標準體系建立的指導思想，將標準和研制流程相結合，按不同階段劃分為：技術要求類、設計規范類、測試與試驗類、檢驗與驗收類標準。可以看出，除指導采購的標準較缺乏外，其余標準基本覆蓋研制流程。這也與國內航天器太陽電池陣的采購方式有關。

2 太陽電池陣卓越標準體系的建設

2.1 研究過程

五院總體設計部作為標準專業組組長單位，發揮本單位在航天器太陽電池陣產品方面的研制經驗，以“對接需求，用為導向，橫向一致”為指導思想，開展對產品的卓越標準體系建設。

以航天器太陽電池陣涉及的技術、產業為牽引，對接技術創新、科研生產、產業發展等各類標準化需求，形成覆蓋研制全過程、產品全級次的標準體系。以用為導向，聚焦產品研制關鍵。將面向應用、突出實效作為標準體系設計的基本準則。在體系表中規劃形成布局合理、協調配套、適用管用的標準集，著力解決標準更新不及時和橫向不一致等問題，形成導向明確、重點突出的實用標準體系[2]。

為構建并完善航天器太陽電池陣標準體系，在梳理現有太陽電池陣標準體系的基礎上，開展對標準體系的研究和升級工作，研究過程如圖1所示。

圖1 航天器太陽電池陣卓越標準體系研究過程

2.2 對接需求，建立覆蓋全流程的標準體系

對現有航天器太陽電池陣標準進行梳理，將標準分為3類：①單機級產品標準：規范航天器太陽電池陣、太陽翼單機產品的設計、生產、裝配、測試、試驗、驗收和產品保證的單機產品標準。②部組件級標準：規范航天器太陽電池陣部組件的設計、生產、制造、測試、試驗和驗收的部組件標準。③基礎產品標準：規范單體電池片的生產、制造、測試、試驗和驗收的基礎產品標準。

航天科技集團五院的航天器太陽電池陣標準體系較為全面，與集團公司CASC標準體系高度契合，單機級標準和部組件級標準、基礎產品標準已歸入CASC標準體系的產品標準分支中。

根據“對接需求，用為導向，橫向一致”的工作思想，推進標準橫向一致和有效供給為主線，科學繼承航天產品研制實踐成果，建立太陽電池陣標準體系。將航天器太陽電池陣按研制流程階段進行標準劃分，從采購技術要求、設計與規范、生產制造要求、測試與試驗、驗收與檢驗及方面，對標準體系進行重新梳理。

詳細分析現有標準體系，可以看出，國軍標、行業標準和企業標準已經基本覆蓋太陽電池陣設計的各方面內容，包括系統設計、電池電路、結構與機構、太陽翼接口。

從采購需求看，缺少航天器太陽電池陣產品上級技術要求類標準，為協助用戶對航天器太陽翼的貨架采購提供依據，建議補充產品技術要求類標準： “航天器剛性太陽電池陣技術要求”“航天器半剛性太陽電池陣技術要求” “航天器柔性性太陽電池陣技術要求”。

從生產制造過程看，缺少“航天器太陽翼裝配技術要求”，建議新增用于指導太陽翼的裝配與生產的標準。

2.3 用為導向，建立橫向一致的標準體系

航天器太陽電池陣作為航天器上重要的單機產品，已經有相對完整的標準體系。但是由于不同層級間標準建立的時間、側重有所不同。因此，標準間的協調性和標準內容的覆蓋性上，國軍標、行業標準和企業標準間既有重疊的部分，又存在空白地帶。

以表3為例，各類標準中給出的太陽電池陣中隔離二極管的設計要求均不同，國家軍用標準《空間太陽電池陣通用規范》給出每個充電陣和分流陣必須使用隔離二極管防止逆向電流。航天行業標準《航天器太陽電池板通用規范》規范了電路模塊輸出端串聯二極管用于防止反向電壓。航天行業標準《航天器太陽電池陣設計要求》對每串需設置關進行了明確。實際在設計時，3個標準描述的是針對不同情況下的二極管設置措施，二極管的設置位置、功能并不相同。而3個標準從不同使用角度出發，對產品設計的安全性進行了規定，然而，又未能將太陽電池陣中不同位置設置隔離二極管的目的、要求全面表述。因此，需要系統的梳理現有標準的覆蓋全面性，內容協調性，對整體體系標準進行優化升級。

表3 各類標準中對隔離二極管安裝要求的不同描述

航天器太陽電池陣標準體系結構應遵循突出航天產業特色，突出系統性、全面性和可擴展性，體系框架體現縱向的層次關系，橫向的共性和個性，協調配套，又避免交叉。因此，需要完善內容，追蹤技術前沿，結合生產能力，完善執行標準內容，做到協調統一。

2.4 建立完善適用管用的標準群

按照“用為導向”的思想，航天器太陽電池陣標準體系應能指導標準專業組內各單位的太陽電池陣研制。為提升標準的指導性和權威性，需對近年研制過程中的經驗教訓進行總結，提煉成為可為后續研制和生產指導的標準規范。

航天器太陽電池陣標準體系的建立是一個漫長的動態過程，隨著技術的進步和發展，需要不斷地對標準體系進行補充和完善，以滿足新技術、新產品需求。原則上航天行業標準應從穩定運行了多年的企業標準中篩選，并推廣到行業執行，確保標準的有效性和先進性。

3 實踐效果

3.1 太陽電池陣標準體系實踐

五院總體設計部結合太陽電池陣的產品研制流程，開展了航天器太陽電池陣標準體系的梳理和構建實踐，建立的標準體系框架如圖2所示。通過對標準的覆蓋性分析、內容協調性分析，得到需要補充、修訂或完善的標準目錄清單。并結合近20年的相關研制經驗，形成需補充完善內容需求，并根據需求，完成了相關標準的修訂，見表4。

圖2 太陽電池陣標準體系框架

表4 相關經驗在標準規范中的完善情況

3.2 標準嵌入軟件智能獲取應用

總體設計部嘗試建立更加智能的標準獲取方式。通過在設計分析平臺軟件中，按流程、模塊內置相關知識和標準，通過智能推送、快速檢索方式提升標準規范的可獲得性、準確性[3]。有效提升標準規范的使用，做到同行業單位中的橫向一致。總體設計部利用太陽翼綜合設計系統，把太陽翼相關標準、設計規范、知識經驗等解構形成知識點，嵌入到設計流程和軟件中，實行知識庫結構化，知識點模型化，隨數據鏈全流程傳遞、約束、校驗，降低B類、C類太陽翼研制資源耗費，利用信息化手段提升研制效率。

通過對航天器太陽電池陣標準體系的梳理與完善，構建了較為完整的航天器太陽電池陣標準體系，有效支撐了航天器太陽電池陣研制工作。五院總體設計部在升級企業標準的同時、加強行業培訓，進行了數字化標準應用嘗試，充分發揮標準在提高產品研制能力、保證質量、降低成本中的作用，持續提升太陽電池陣這一核心產品的技術水平。