衛星有效載荷產品設計和制造管控事項探析

劉丁臻、牛相林 /中國科學院上海技術物理研究所

高可靠性是中國航天不變的追求目標，加強航天產品設計的可靠性是航天產品研制的重要內容。本文主要針對衛星有效載荷產品設計和產品制造的重要事項進行分析，探討提高設計水平與設計質量的措施，提出產品制造過程管控措施。

一、產品設計管控事項

1.對設計方案進行充分論證

吃透任務的技術要求，充分論證協調。“吃透”是指弄清3 個方面的情況：一是用戶根本的使用要求及主要技術指標的出處；二是提出總體約束條件的緣由；三是自身的技術能力，載荷儀器對平臺的基本要求。在弄清上述情況的基礎上，經反復論證與協調方可確定任務書指標要求。另外，對于特殊任務，應弄清目標特性，參與戰術指標轉化為技術指標的論證，必要時做仿真分析與實驗；對于相應產品，除參加衛星總體試驗外還應開展外場試驗驗證。

把握設計方案的創新與繼承。由航天單位承擔的型號項目大都對技術性能要求較高，要綜合考慮方案的先進性與可靠性。創新或采用新技術應致力于實現主要指標，而一般部位應充分繼承經飛行考核的成熟技術，多在優化組合上下功夫。對于新型號的儀器方案，應調查國外同類技術、國內其它型號或預研的技術，經分析研究再設計方案。在描述產品沿用繼承性及技術成熟度時，應符合航天型號的定義。產品繼承性：完全繼承已經飛行的產品，不作任何修改稱A 類；稍作修改，不需重做鑒定試驗稱B 類；有較大修改，應重做鑒定試驗稱C 類；新研稱D 類；國外引進件稱E 類。技術成熟度：已用于預研產品稱1 級；已用于工程產品，通過鑒定試驗稱2 級；已成功用于飛行產品稱3 級；已多次成功用于在軌應用稱4 級；已通過定型的產品稱5 級。

2.著力關鍵技術攻關和新組部件先行

近年來，我國航天產品的結構、姿控、溫控、電源、數傳、星務與測控等，已經多次飛行驗證，成熟度較好。相對而言，新型號難度主要在載荷儀器上。在工程樣機至初樣階段，要著力解決載荷自身關鍵技術，在性能與可靠性上準備充分，以免在正樣研制中處于被動；對于方案中未研制過的新組部件，則應先行安排，以期實現樣機齊套。

3.做好重要元部件、外協件協調

對本單位自制元部件，應發揚同一個單位的優勢，充分溝通協調，努力在現有基礎上提高性能與可靠性；在保持基本結構、接口不變的前提下，可分階段達到最終要求；在協調基礎上會簽任務書，按任務書提供試驗件與裝機產品件；型號用元部件應逐步實現“三化”，及早開展探測器器件等可靠性工作。對外協件，應盡量定點于本單位質保體系認定的可信單位，訂立質量控制要求的技術協議；對新單位必須進行資質認定。

4.認真進行產品特性、可靠性安全性分析

（1）產品特性分析

查閱航天產品特性報告編寫規定（QJ3230-2005）或本單位質保體系規定；查閱宇航型號技術風險分析與控制要求。特性分析應達到下列要求：

列出3類關鍵特性：對產品主要性能有決定影響的設計參數稱為設計關鍵特性；將其分解到組部件制作的工藝參數稱為工藝關鍵特性；落實在制作與組裝過程控制檢測的參數稱過程控制關鍵特性。3 類關鍵特性分析控制應填型號規定的分析表，在主要性能實現需留有裕度。

列出關鍵件與重要件：對產品關鍵特性有決定影響的為關鍵件；有重要影響的為重要件。關重件一般指單件，應制定過程控制措施并提交專題質量報告。

（2）產品可靠性安全性分析（航天產品規定必做的“1+6+2”事項）

“1”指FMECA 分析（以可靠性樹圖、故障樹圖為基礎）。

“6”指6 項可靠性設計與分析：元器件降額、抗力學環境、熱設計、電磁兼容、抗輻射（含單粒子）、防靜電。此外，還應有冗余措施。

“2”指2 項專項工作：關鍵電路、關鍵件的最壞使用情況分析；可靠性關鍵項目的試驗驗證。

由FMECA 確定可靠性關鍵項目、列出單點故障部位。對可靠性關鍵項目，制定過程控制措施并提交專項質量報告。長壽命活動部件應是可靠性關鍵項目，嚴格其過程控制并明確應有交付裝機的試驗檢測要求。一般不允許存在發生概率在D 等級以上、且嚴酷度等級在10 以上的單點故障（查閱GJB1391-92 故障模式、影響及危害性分析程序）。按型號模板編寫報告，在安全性章節列出有無危險源及相應的控制措施。

5.及時理清設計變化，嚴格控制正樣更改

按階段理清發生的狀態變化，生成狀態變化匯總表并做審查。正樣更改必須按照5 項原則（充分論證、各方認可、試驗驗證、審批完備、落實到位）履行論證與填表審批。

6.仔細進行測試覆蓋性分析

提交測試覆蓋分析報告。含測試過程，全部可測項目表及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類不可測項目表。對Ⅱ類不可測項必須在研制中進行過程驗收檢測；Ⅲ類不可測項應在裝星后檢測；Ⅰ類不可測項可為分析計算結果。在產品驗收時，應對照分析報告提交測試覆蓋性執行的檢查報告。

7.分階段進行產品技術風險分析與控制

在方案、初樣、正樣階段都要有重點地開展風險分析與控制。方案及設計階段重點要確保設計的正確性，降低存在的風險；產品研制階段重點解決測試、試驗驗證不充分帶來的風險；正樣階段重點解決過程控制不到位的風險。

方案及詳細設計的風險分析控制（納入設計報告或寫專題報告）要求主要包括：任務及產品特點分析，列出風險源（如新技術、難點、可靠性關鍵項目）；三類關鍵特性、設計裕度、單點故障及其措施分析（填分析表）；“九新”分析及其控制；對其它型號發生質量問題，在本項目設計中的舉一反三措施。產品研制階段及出廠的風險分析與控制，按照型號模板要求進行。

對上述“九新”分析與控制的事項簡要說明如下：

新技術采用：應是實現任務技術指標與可靠性所必需。應用到型號的新技術一定要經過試驗驗證，重要的列為技術攻關并通過總結評審。

新材料與新元件：一般不用未經飛行使用的新材料。元器件清單要通過型號評審；首飛器件要控制；超期元件必須復驗；不用塑封元件；目錄外、低等級的要報批，低等級的要有升級篩選等措施；抗輻照性能要核實或驗證。

新單位控制：新外協單位要認定。列為關重件的，要下廠落實過程控制。

新工藝控制：對研究所其它項目沒有用過的新工藝，應做試驗確認，重要的要評審。不用航天禁用、限用工藝；注意對使用火工品、焊接工藝的規定。

新狀態控制：狀態更改應提交論證報告并填表審批。

另外4項為新環境、新設備、新崗位、新人員控制。測試試驗換場地或設備必須檢查確認。所內重要的及參加總體試驗要落實崗位，不用新人員為操作一崗。

8.產品數據包的策劃

產品數據包是指在設計、生產、測試試驗、交付驗收過程中形成的反映產品質量與可靠性的文件、質量記錄的集合。按硬件產品、軟件產品生成分類文檔清單。可查閱中國空間技術研究院、上海航天技術研究院的數據包管理辦法及規定的數據包文檔清單表式。

詳細設計及正樣階段應對數據包文檔及其形成時機進行事先策劃，編制策劃文件并初填數據包文檔清單。在交付產品時提交正式的數據包清單。

二、產品制造管控事項

設計是源頭，實現靠制造，而制造重在控制。過程控制要點：編制工藝總方案，明確產品采用制造技術；總裝總調流程及各組件、單機組裝分流程；確定并實施各級流程控制點與檢驗要求；加強出所產品檢查確認的措施。具體如下：

1.把握產品制造全過程控制要求

設計師必須仔細閱讀型號產品保證大綱、設計與建造規范以及產品驗收要求。結合自身產品的實際，明確必須參與或直接執行的控制事項與要求：對使用器件、外協件、自制件、加工件負有選用、驗收、交接技術把關責任；對產品的組裝、總裝總調、測試試驗和出所檢查確認，負有直接責任。

2.著力做好產品組裝調試和檢測的控制

依據設計文件與技術流程，編制工藝總方案、裝調文件與表格并切實執行。

（1）型號項目應編制工藝總方案并明確實施要求

可查閱航天型號工藝總方案編制管理要求（Q/QJA38-2007）或本單位質保體系規定。工藝總方案依據產品設計給出：制造使用的技術與工藝（列出應有工藝文件目錄）；對裝機件的控制要求；分系統、單機、組件的裝調簡要流程并規定其控制點及要求；產品測試試驗的控制要求；出所檢查確認要求等。

（2）自制組件應編制制作與組裝流程、過程控制要求并落實實施

對單位自制的探測器、制冷機（器）、運動部件等關重件必須編制制作、組裝流程與控制措施文件（含過程質量記錄表）；試驗項目與條件；交收試驗檢測細則（含測試記錄表）。同時，要按研制階段提交質量控制報告。

（3）單機與系統應編制組裝調試與檢測流程、過程控制要求并落實實施

主體類整機，應編制從配套件檢查驗收—產品裝校—檢測試驗—出所檢查確認全過程的工作流程，明確關鍵檢驗點、強制檢驗點（含過程質量記錄表）；編制相應產品機裝、光校、機電總裝等工藝文件，對應的跟蹤記錄卡冊（含固封、照相等記錄要求）；相關調試應具有專門文件（細則）。

電單機，由電裝部門為主編制單板、機箱電裝工藝文件及跟蹤卡（三防、固封、照相、多余物檢查等）；由設計師編制單機機裝、單機調試文件。

儀器分系統，編制系統聯調、測試細則。聯調細則應規定單機集成與系統調試程序要求；測試細則應按管理規范出全部檢測項目表。包括：關鍵工序，指制作或組裝過程中特別要加強控制的操作；關鍵檢驗點，指本項目自行規定的重要檢驗項目；強制檢驗點，指用戶、總體單位規定到場檢驗的項目；緊固（防松）、點封、絕緣。

3.對產品測試與試驗的控制

（1）產品測試控制

對新研產品必須編制技術指標測試方案，通過評審并具體化為細則。對其它型號應有產品測試細則（含記錄表），經型號總體認可。

（2）產品環試控制

試驗項目與條件應執行型號總體規范，編制相應試驗細則，明確試驗程序及過程監測、試驗前后檢測要求。

（3）產品專項試驗控制

對定標、外場試驗必須編制并評審大綱、細則（查閱研究所質保體系規定），明確試驗程序、過程控制點、質量記錄表及安全措施。

4.對產品出所做全面的質量檢查確認

單機合蓋前，總體要按規定到現場做檢查確認。事前應會同質量部門做功能、性能自查，還應檢查組裝、電裝、固封照相記錄，做多余物終檢。在產品向型號總體交付驗收前，應會同質量部門完成對產品文實一致的檢查；對功能、技術指標、IDS 表及建造規范要求列表，進行對照自檢與記錄。正樣產品出所時，應按航天產品質量檢查確認要求（Q/QJA16）進行設計、工藝、生產、測試與試驗的檢查。配合質量處編寫質量檢查確認報告并附20 種表格（查閱Q/QJA16）。其中，要清理過程中發生的技術通知單、更改單和質疑單（指生產過程中對超差、代料及技術質疑事項的處理記錄）。

綜上所述，在有效載荷產品方案設計之初，就要按照產品設計和產品制造重要事項做好全周期策劃，并遵照實施。同時，應該充分理解和掌握航天型號研制規范，熟讀理解與執行相關規定要求，熟知產品設計和產品制造的工作事項，強化過程控制，精細策劃，有效推進產品設計和產品制造。▲