基于COTS的高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星研制管理模式研究

劉小彬 薛力軍 蘇燕

(深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司,深圳 518054)

基于COTS的高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星研制管理模式研究

劉小彬 薛力軍 蘇燕

(深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司,深圳 518054)

為實(shí)現(xiàn)微小衛(wèi)星“新、快、好、省”的核心價(jià)值,通過(guò)開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星和脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星研制實(shí)踐,對(duì)基于商用現(xiàn)貨產(chǎn)品(COTS)的微小衛(wèi)星研制管理模式開(kāi)展了深入研究,建立COTS的微小衛(wèi)星通用產(chǎn)品體系,探索實(shí)踐“設(shè)計(jì)-制造”的衛(wèi)星研制流程,形成一套COTS選用、篩選和應(yīng)用的產(chǎn)品保證方法,確保衛(wèi)星型號(hào)研制進(jìn)度、質(zhì)量、成本和風(fēng)險(xiǎn)可控,為加速推進(jìn)微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化發(fā)展探索實(shí)踐了有效的管理途徑。

商用現(xiàn)貨產(chǎn)品;產(chǎn)品體系;“設(shè)計(jì)-制造”流程;產(chǎn)品保證方法

1 引言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈,“優(yōu)先考慮開(kāi)發(fā)效益”、“重視投入產(chǎn)出比”的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)觀(guān)念逐漸主導(dǎo)了航天器開(kāi)發(fā)及管理的全過(guò)程。微小衛(wèi)星作為空間飛行器最活躍、進(jìn)入門(mén)檻較低的領(lǐng)域,已成為國(guó)內(nèi)外各航天機(jī)構(gòu)爭(zhēng)先研究的熱點(diǎn)之一。

從全球范圍來(lái)看,近幾年來(lái)微小衛(wèi)星在商業(yè)遙感領(lǐng)域取得了“井噴式”的發(fā)展,行星公司(Planet)的“鴿群”星座等項(xiàng)目已經(jīng)取得成功經(jīng)驗(yàn),空客公司眼下正以每天兩顆的速度為一網(wǎng)公司(OneWeb)制造由700多顆衛(wèi)星組網(wǎng)的星座衛(wèi)星,美國(guó)太空探索技術(shù)公司(Space X)等也正在開(kāi)展數(shù)百顆低軌小衛(wèi)星星座研制。這些公司采用低廉的微小衛(wèi)星星座網(wǎng)絡(luò)顛覆了傳統(tǒng)模式。

隨著技術(shù)基礎(chǔ)的不斷累積,成熟的技術(shù)不斷用于航天產(chǎn)品的研制,國(guó)內(nèi)微小衛(wèi)星研制周期進(jìn)一步縮短,但相對(duì)快速變化的國(guó)內(nèi)外形勢(shì)和旺盛的市場(chǎng)需求,仍有很大差距。原有的研制生產(chǎn)模式已不能適應(yīng)高密度發(fā)射、快速響應(yīng)的需求。

與宇航發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)現(xiàn)有衛(wèi)星研制生產(chǎn)模式重視成熟技術(shù)的集成,缺少成熟的商用現(xiàn)貨產(chǎn)品(COTS)。傳統(tǒng)宇航產(chǎn)品的研制模式以衛(wèi)星型號(hào)任務(wù)為驅(qū)動(dòng),從元器件到功能模塊、再到單機(jī)、分系統(tǒng),各級(jí)產(chǎn)品要重復(fù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)的全部研制活動(dòng);重復(fù)性的設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)、評(píng)審等活動(dòng)占用了大量技術(shù)資源和人力資源,制約衛(wèi)星研制生產(chǎn)效率,減緩了新技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)的速度。

一方面,國(guó)家對(duì)微小衛(wèi)星研制模式轉(zhuǎn)型提出的迫切需求:新形勢(shì)下軍事戰(zhàn)略方針對(duì)能夠支撐天地一體化作戰(zhàn)的軍事航天裝備體系建設(shè)需求極為迫切;國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)天基信息服務(wù)的需求也愈發(fā)旺盛。另一方面,由于門(mén)檻較低,越來(lái)越多研制單位具備了微小衛(wèi)星系統(tǒng)集成能力,更多研制企業(yè)的涌入,使得微小衛(wèi)星在新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用更為大膽,資本市場(chǎng)的加入,使得微小衛(wèi)星在商業(yè)模式和研制模式的創(chuàng)新更為靈活,國(guó)內(nèi)微小型航天器領(lǐng)域市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)日趨激烈,必須同時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)壓縮成本與進(jìn)度、保證質(zhì)量與可靠性的需求。

微小衛(wèi)星必須充分體現(xiàn)其“高性?xún)r(jià)比”的優(yōu)勢(shì),才能支撐起微小衛(wèi)星日益旺盛的需求,真正實(shí)現(xiàn)微小衛(wèi)星的“新、快、好、省”的核心價(jià)值。微小衛(wèi)星研制的核心內(nèi)涵,就是要按照科學(xué)、規(guī)范、先進(jìn)、簡(jiǎn)約的思路研制衛(wèi)星,確保衛(wèi)星“好用、可靠、經(jīng)濟(jì)”,從選擇可用的商用現(xiàn)貨產(chǎn)品或技術(shù)入手,從源頭把控成本和進(jìn)度;建立相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理制度,確保衛(wèi)星型號(hào)質(zhì)量和可靠性受控;基于所選取的COTS,優(yōu)化衛(wèi)星研制流程,通過(guò)廣泛采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)、仿真方法和先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星研制高性?xún)r(jià)比。

深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司通過(guò)開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星、脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星等型號(hào)研制,以創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念、科學(xué)的技術(shù)手段及合理的統(tǒng)籌管理方法,為基于COTS的微小衛(wèi)星進(jìn)行了有效的探索與實(shí)踐。

2 COTS高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星產(chǎn)品體系

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,COTS的性能已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,大量的COTS已經(jīng)具備了應(yīng)用于航天的可能性。在國(guó)內(nèi)外微小衛(wèi)星研制中,已經(jīng)有許多COTS實(shí)現(xiàn)了在軌飛行,并且都表現(xiàn)出了良好的性能和環(huán)境適應(yīng)性。COTS的應(yīng)用是微小衛(wèi)星降低研制成本、縮短研制周期的主要解決途徑之一。

2.1 COTS選用及驗(yàn)證情況

2.1.1 COTS選用及地面驗(yàn)證情況

開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星和脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星采用微小衛(wèi)星公用平臺(tái)(CAST20平臺(tái)),選用了大量COTS,主要包括工業(yè)級(jí)PC104計(jì)算機(jī)、工業(yè)級(jí)18650鋰離子電池、工業(yè)級(jí)單晶硅太陽(yáng)電池片、磁強(qiáng)計(jì)、磁力矩器、工業(yè)相機(jī)等現(xiàn)貨產(chǎn)品,以及采用工業(yè)級(jí)器件研制的測(cè)控模塊、數(shù)傳模塊、電源控制模塊等研制產(chǎn)品,如圖1所示。

通過(guò)開(kāi)展對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品及供應(yīng)商的廣泛遴選[1],選擇了性能穩(wěn)定、功耗低、接口適合于微小衛(wèi)星集成擴(kuò)展的產(chǎn)品,針對(duì)性地對(duì)其開(kāi)展了各項(xiàng)摸底試驗(yàn)(含空間環(huán)境適應(yīng)性摸底、鑒定級(jí)試驗(yàn)及專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)),從單機(jī)或系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行了加固設(shè)計(jì),確定COTS可于星上應(yīng)用。

以開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星為例,衛(wèi)星采用了大量先進(jìn)的工業(yè)新技術(shù)(25項(xiàng))和新產(chǎn)品(18種),針對(duì)新選用的COTS共開(kāi)展200多項(xiàng)試驗(yàn)。以工業(yè)級(jí)PC104計(jì)算機(jī)和18650鋰離子電池為例試驗(yàn)驗(yàn)證情況見(jiàn)表1和表2。

現(xiàn)驗(yàn)證分析如下:

(1)PC104計(jì)算機(jī)總劑量試驗(yàn)。四片多路開(kāi)關(guān)損壞,衛(wèi)星總體通過(guò)分析將該器件更換成功能相同的其他公司生產(chǎn)的器件,通過(guò)了總劑量試驗(yàn)。通過(guò)摸底試驗(yàn),剔除了有工藝缺陷、早期失效的器件,確保星載計(jì)算機(jī)部件交付整星后,滿(mǎn)足系統(tǒng)指標(biāo)要求。

(2)18650鋰電池單體破壞試驗(yàn)。“針刺試驗(yàn)”未滿(mǎn)足試驗(yàn)成功判據(jù)要求?？紤]在衛(wèi)星應(yīng)用上不存在該故障模式,以及此型電池單體生產(chǎn)線(xiàn)的固化程度較高,故未對(duì)電池單體進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)調(diào)整,判定單體破壞性試驗(yàn)通過(guò)。

新選用的COTS采購(gòu)回所后,經(jīng)確認(rèn)通過(guò)驗(yàn)收級(jí)試驗(yàn)后,才能交付整星、參與系統(tǒng)驗(yàn)證。

表1 COTS PC104計(jì)算機(jī)板級(jí)/驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目Table 1 COTS’PC104 computer board-level tests

表2 COTS 18650鋰電池板級(jí)/驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目Table 2 COTS’18650 lithium-ion battery board-level tests

2.1.2 COTS在軌應(yīng)用情況

開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星順利通過(guò)整星力學(xué)、電磁兼容性(EMC)、熱、磁等大型試驗(yàn)考核后,于2015年9月20日發(fā)射,目前已在軌超壽命期服役19個(gè)月;脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星于2016年11月發(fā)射,目前在軌運(yùn)行穩(wěn)定。星上選用的COTS通過(guò)了整星地面及飛行試驗(yàn)考核,經(jīng)過(guò)在軌驗(yàn)證,納入公司微小衛(wèi)星COTS單機(jī)產(chǎn)品型譜。

通過(guò)分析開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星兩年以來(lái)的在軌異常情況,除整星安全模式主要是因?yàn)樵O(shè)備使用不當(dāng)所致(載荷使用頻次過(guò)高導(dǎo)致蓄電池超限放電1次、工業(yè)級(jí)太陽(yáng)陣產(chǎn)品固有質(zhì)量特性導(dǎo)致性能蛻變、配置1只星敏感器導(dǎo)致星敏感器見(jiàn)月3次),其余異常主要是因工業(yè)級(jí)產(chǎn)品自身抗空間粒子環(huán)境的能力不足所致。其在軌異常情況,經(jīng)過(guò)星上自主或地面遙控處理后均能恢復(fù)正常。

在軌異常處理經(jīng)驗(yàn)表明,采取系統(tǒng)級(jí)容錯(cuò)措施,確保系統(tǒng)可用性及運(yùn)行安全,是非常必要且有效的。

2.2 基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品體系建設(shè)

通過(guò)衛(wèi)星研制實(shí)踐,形成了CAST20平臺(tái)基線(xiàn)和COTS單機(jī)產(chǎn)品型譜并每年度完善、更新,從組織層面強(qiáng)調(diào)源頭選用。同時(shí)收集、分析COTS在軌應(yīng)用及地面驗(yàn)證情況,開(kāi)展COTS空間應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)庫(kù)建設(shè),動(dòng)態(tài)更新微小衛(wèi)星產(chǎn)品手冊(cè)。

2.2.1 CAST20公用平臺(tái)產(chǎn)品體系

依托開(kāi)拓一號(hào)A星(KT-1A)、脈沖星試驗(yàn)01星(MCX)研制,開(kāi)展CAST20公用平臺(tái)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證,建立CAST20公用平臺(tái)產(chǎn)品基線(xiàn)《CAST20公用平臺(tái)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)基線(xiàn)報(bào)告》,結(jié)合某一號(hào)衛(wèi)星、開(kāi)拓一號(hào)B星(KT-1B)研制,進(jìn)一步豐富CAST20公用平臺(tái)產(chǎn)品體系。

2.2.2 COTS單機(jī)產(chǎn)品型譜

基于COTS選用、篩選及在軌應(yīng)用驗(yàn)證,積累COTS空間應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),開(kāi)展COTS空間應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié),并形成COTS單機(jī)產(chǎn)品型譜(《深圳東方紅微小衛(wèi)星COTS單機(jī)產(chǎn)品型譜表》)和經(jīng)驗(yàn)手冊(cè)(深圳東方紅COTS產(chǎn)品空間應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)手冊(cè)),不斷提升、完善公司提升商用現(xiàn)貨產(chǎn)品空間應(yīng)用的質(zhì)量和可靠性。

3 基于COTS的微小衛(wèi)星研制流程

從圖2可以看出,2013年以來(lái)全球300 kg以下微小衛(wèi)星呈爆發(fā)式增長(zhǎng),以微小衛(wèi)星為代表的軌道革命已經(jīng)來(lái)臨。與此同時(shí),用戶(hù)要求衛(wèi)星研制周期進(jìn)一步縮短,對(duì)于微小衛(wèi)星,從啟動(dòng)項(xiàng)目研制到產(chǎn)品交付,提出了18個(gè)月甚至更短的交付期。原有的研制生產(chǎn)流程已不能適應(yīng)高密度發(fā)射、快速響應(yīng)的需求。

3.1 基于COTS的微小衛(wèi)星研制階段劃分

基于全生命管理理論,各專(zhuān)業(yè)航天研制單位對(duì)航天器全生命周期進(jìn)行了劃分,并在衛(wèi)星型號(hào)研制管理中予以推行(表3)。衛(wèi)星研制的核心工作主要在方案設(shè)計(jì)、初樣研制及正樣研制三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)[2]。

基于所選用的COTS型譜產(chǎn)品可即時(shí)采購(gòu)、批量獲得、成本低廉,深圳東方紅海特衛(wèi)星有限公司在充分分析、繼承傳統(tǒng)衛(wèi)星型號(hào)研制工作項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,將基于COTS的微小衛(wèi)星研制流程進(jìn)行了梳理,把傳統(tǒng)大衛(wèi)星研制的方案、初樣與正樣階段重新定義為兩個(gè)階段:設(shè)計(jì)階段和制造階段,如圖3所示,以實(shí)現(xiàn)COTS的高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星的快速研制[3]。

表3 傳統(tǒng)航天器研制階段劃分Table 3 Development stages of traditional spacecraft

3.1.1 設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段包括任務(wù)可行性論證、方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程[3],如圖4所示?？刂埔c(diǎn)如下。

(1)將方案和初樣階段合并,盡可能選用型譜現(xiàn)貨產(chǎn)品、減少研制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作,從而可有效壓縮設(shè)計(jì)階段研制周期、降低成本。

(2)對(duì)擬選用但暫未納入已發(fā)布的COTS單機(jī)型譜的COTS,要重點(diǎn)開(kāi)展產(chǎn)品選用控制,主要工作包括:充分的供方及產(chǎn)品調(diào)研、基于產(chǎn)品特點(diǎn)開(kāi)展摸底試驗(yàn)(重點(diǎn)關(guān)注空間環(huán)境適應(yīng)性)、確定產(chǎn)品方案滿(mǎn)足整星要求(必要時(shí)開(kāi)展設(shè)計(jì)改進(jìn)或采取系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)等措施),并完成相應(yīng)評(píng)審及接口數(shù)據(jù)單(IDS)簽署。

(3)根據(jù)衛(wèi)星特點(diǎn),開(kāi)展技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析,根據(jù)分析結(jié)果,設(shè)計(jì)、制定有針對(duì)性的產(chǎn)品級(jí)與整星級(jí)設(shè)計(jì)驗(yàn)證項(xiàng)目并實(shí)施,基于驗(yàn)證結(jié)果確認(rèn)系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)可控。

3.1.2 制造階段

制造階段包括系統(tǒng)集成、系統(tǒng)確認(rèn)試驗(yàn)、測(cè)試和出廠(chǎng)發(fā)射過(guò)程,如圖5所示?？刂埔c(diǎn)如下。

(1)設(shè)計(jì)階段已識(shí)別技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)已得到有效控制,直接啟動(dòng)正樣星制造。

(2)可快速完成COST正樣產(chǎn)品采購(gòu)(成本較低,可適當(dāng)放量采購(gòu)),通過(guò)篩選試驗(yàn)驗(yàn)證合格后入庫(kù)、領(lǐng)用上星。

(3)領(lǐng)用合格入庫(kù)但未作飛行件的產(chǎn)品作為驗(yàn)證件,并行開(kāi)展整星驗(yàn)證件桌面聯(lián)試與正樣綜合測(cè)試,保證測(cè)試充分性,壓縮研制周期。

(4)基于批量化的微小衛(wèi)星,開(kāi)展衛(wèi)星批量化組裝、測(cè)試及抽樣檢測(cè),優(yōu)化整星的試驗(yàn)驗(yàn)證流程,提高衛(wèi)星研制效率和效益。

3.2 實(shí)物成果

3.2.1 開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星

開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星包括A星和B星兩顆技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星,2015年9月20日發(fā)射,穩(wěn)定運(yùn)行至今。B星(立方星)作為A星載荷之一裝載于A(yíng)衛(wèi)星,構(gòu)成子母星組合體。

衛(wèi)星采用“設(shè)計(jì)-制造”兩階段研制流程,總研制周期縮短為20個(gè)月。

(1)設(shè)計(jì)階段:12個(gè)月,充分開(kāi)展COTS調(diào)研、摸底試驗(yàn)和鑒定試驗(yàn);

(2)制造階段:8個(gè)月,完成COTS部組件采購(gòu),集成、接口匹配性驗(yàn)證、系統(tǒng)級(jí)測(cè)試與試驗(yàn),衛(wèi)星出廠(chǎng)。

3.2.2 脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星

脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星采用與開(kāi)拓一號(hào)A星相同的衛(wèi)星平臺(tái),大量采用已納入型譜的COTS,由于COTS的易獲得性,省略了傳統(tǒng)新研產(chǎn)品材料配套、設(shè)計(jì)確認(rèn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)等工作,從而顯著地壓縮了研制周期,衛(wèi)星任務(wù)確定后,從正樣研制到整星出廠(chǎng),用時(shí)僅10個(gè)月。

開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星和脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星外形如圖6所示。

3.3 “設(shè)計(jì)-制造”的研制流程優(yōu)化

結(jié)合開(kāi)拓一號(hào)和脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星的研制,深入分析了基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品特點(diǎn),全面梳理了其研制流程,細(xì)化了“設(shè)計(jì)-制造”階段研制工作項(xiàng)目和工作流程,形成了基于COTS的微小衛(wèi)星研制流程編制指南(《深圳東方紅商業(yè)化微小衛(wèi)星研制技術(shù)流程編制指南HT/C-K-10》),涵蓋技術(shù)流程、計(jì)劃流程和產(chǎn)品保證流程內(nèi)容。

4 基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證方法

基于COTS的高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星質(zhì)量管理的核心工作,就是開(kāi)展非宇航級(jí)產(chǎn)品的空間應(yīng)用技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制方法研究。按照“邊研制、邊總結(jié)、邊固化”的工作思路,從工作類(lèi)別和產(chǎn)品類(lèi)別分別梳理產(chǎn)品保證經(jīng)驗(yàn),建立一套產(chǎn)品規(guī)范體系,涵蓋COTS產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品保證管理規(guī)范,確保產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足要求,后續(xù)還將不斷補(bǔ)充完善。

4.1 微小衛(wèi)星產(chǎn)品質(zhì)量保證文件體系

微小衛(wèi)星產(chǎn)品質(zhì)量保證文件體系包括型號(hào)產(chǎn)品保證文件和產(chǎn)品保證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、質(zhì)量管理體系文件。三者與基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證規(guī)范的關(guān)系詳見(jiàn)圖7?；趯?shí)踐形成COTS產(chǎn)品規(guī)范作為第三層次文件發(fā)布,作為內(nèi)部指導(dǎo)基于COTS的微小衛(wèi)星研制的工作準(zhǔn)則;在經(jīng)過(guò)充分的在軌飛行驗(yàn)證,積累足夠的飛行數(shù)據(jù)后,再將相關(guān)產(chǎn)品保證管理規(guī)范和技術(shù)規(guī)范由第三層次文件逐步提升為相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.1 質(zhì)量管理體系文件

質(zhì)量管理體系文件是公司基于GJB9001質(zhì)量管理體系要求已建立的涵蓋微小衛(wèi)星設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、裝配、測(cè)試、試驗(yàn)和服務(wù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)的管理文件,以及相應(yīng)的技術(shù)及操作規(guī)范文件[4]。

4.1.2 產(chǎn)品保證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

產(chǎn)品保證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是規(guī)范開(kāi)展產(chǎn)品保證工作的依據(jù),包括產(chǎn)品保證的管理標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),主要沿襲航天相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

4.1.3 衛(wèi)星型號(hào)產(chǎn)品保證文件

型號(hào)產(chǎn)品保證文件,包括型號(hào)產(chǎn)品保證大綱和對(duì)各類(lèi)采購(gòu)及研制產(chǎn)品的保證要求,包括產(chǎn)品試驗(yàn)要求、評(píng)審要求、驗(yàn)收要求等,是產(chǎn)品保證工作有效落實(shí)的基礎(chǔ),由各衛(wèi)星型號(hào)組織制定。

4.2 基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證規(guī)范

基于大量的篩選試驗(yàn)及產(chǎn)品測(cè)試,公司深入開(kāi)展COTS研制試驗(yàn)與鑒定試驗(yàn)研究,摸索形成一套基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品規(guī)范,包括設(shè)計(jì)規(guī)范、篩選規(guī)范和應(yīng)用規(guī)范等一系列文件[5]。

4.2.1 COTS保證思路

COTS的高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證建設(shè)思路,就是要“選好”、“篩好”、“用好”擬上星的COTS。

“選”:立足國(guó)內(nèi),選取業(yè)界技術(shù)領(lǐng)先、有高端市場(chǎng)供貨背景的供應(yīng)商,對(duì)其提供的COTS開(kāi)展摸底試驗(yàn),選到工藝可靠、可用于上星的COTS。

“篩”:建立COTS篩選試驗(yàn)方法,剔除有工藝缺陷、器件早期失效的COTS,采取批量訂購(gòu)的策略,批次性采購(gòu)COTS,按正態(tài)分布原則對(duì)通過(guò)老煉篩選進(jìn)行挑選,性能滿(mǎn)足要求的產(chǎn)品入庫(kù)存儲(chǔ)。

“用”:建立COTS部組件使用規(guī)范、抗空間環(huán)境的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法,開(kāi)展COTS應(yīng)用設(shè)計(jì),充分考慮降額(熱、力學(xué)、EMC、頻率試驗(yàn)),依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,開(kāi)展必要的輻射劑量屏蔽、系統(tǒng)級(jí)的糾錯(cuò)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)等。

4.2.2 產(chǎn)品保證主要內(nèi)容

COST的產(chǎn)品保證主要內(nèi)容包括:①篩選試驗(yàn)條件;②加固設(shè)計(jì)規(guī)范;③板級(jí)鑒定級(jí)試驗(yàn)條件;④系統(tǒng)級(jí)糾錯(cuò);⑤容錯(cuò)設(shè)計(jì)要求。

公司確定了COTS“選好、篩好、用好”的產(chǎn)品保證路徑,開(kāi)展了大量的摸底試驗(yàn)、研制試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)以及整星系統(tǒng)試驗(yàn),開(kāi)拓一號(hào)衛(wèi)星采用的COTS共計(jì)開(kāi)展了200余次試驗(yàn),確保了上天產(chǎn)品滿(mǎn)足要求。

4.2.3 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,公司組織編制了14份COTS技術(shù)規(guī)范,包括12份COTS試驗(yàn)規(guī)范、1份產(chǎn)品測(cè)試規(guī)范、1份設(shè)計(jì)規(guī)范和1份工藝規(guī)范,如表4所示。

通過(guò)開(kāi)展地面試驗(yàn)驗(yàn)證,衛(wèi)星總體對(duì)非宇航級(jí)產(chǎn)品的空間環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了有效的評(píng)估和驗(yàn)證,這些規(guī)范的形成,通過(guò)衛(wèi)星型號(hào)在軌穩(wěn)定的運(yùn)行得到有力證明,為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展COTS空間適應(yīng)性分析提供了參考和依據(jù)。

表4 基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品規(guī)范Table 4 Criterions of micro-satellites with COTS

4.3 基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證管理規(guī)范

通過(guò)梳理,認(rèn)為基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程與傳統(tǒng)衛(wèi)星并無(wú)太大差異,但在產(chǎn)品選用、供方評(píng)定、產(chǎn)品驗(yàn)收等管理過(guò)程存在較大差異。根據(jù)COTS的微小衛(wèi)星研制特點(diǎn),公司組織編制了一系列專(zhuān)項(xiàng)產(chǎn)品保證管理規(guī)范,以質(zhì)量體系三層次文件形式發(fā)布,作為基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證工作開(kāi)展的管理依據(jù)。目前,公司已制定并發(fā)布12項(xiàng)產(chǎn)品保證管理規(guī)范,涵蓋了產(chǎn)品保證相關(guān)要素,如表5所示。

表5 基于COTS的微小衛(wèi)星產(chǎn)品保證管理規(guī)范Table 5 Quality assurance criterions of micro-satellites with COTS

5 結(jié)束語(yǔ)

深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司將結(jié)合不斷出現(xiàn)的新任務(wù),繼續(xù)探索實(shí)踐高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星的研制管理模式,針對(duì)COTS在高軌衛(wèi)星中的應(yīng)用以及延長(zhǎng)COTS在軌壽命方面繼續(xù)開(kāi)展研究;結(jié)合基于COTS的微小衛(wèi)星任務(wù),全面驗(yàn)證高性?xún)r(jià)比微小衛(wèi)星研制模式,形成全面涵蓋設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)的一整套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系;建立完善的微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈,積極探索微小衛(wèi)星的“衛(wèi)星工廠(chǎng)”研制模式,具備適應(yīng)面向“百星”量級(jí)的任務(wù)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力,提出基于星座的微小衛(wèi)星研制生產(chǎn)模式方案建議,真正實(shí)現(xiàn)微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。

References)

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[4]約瑟夫 M 朱蘭,約瑟夫 A 德費(fèi)歐.朱蘭質(zhì)量手冊(cè):通向卓越績(jī)效的全面指南[M].6版.北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社,2014 Jpseph M Juran,Jpseph A De Feo.JURAN’s quality handbook:the complete guide to performance excellence[M].6 edition.Beijing:China Renmin University Press,2014(in Chinese)

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Study on Management Model of High Cost-effective Micro-satellites with COTS

LIU Xiaobin XUE Lijun SU Yan
(Shenzhen Aerospace Dongfanghong HIT Satellite Ltd,Shenzhen 518054,China)

In an effort to the core values‘Novel,Fast,Best,Economic’of the micro-satellites,the management model of the high cost-effective micro-satellite development has been explored practically.We investigated on the high cost-effective micro-satellites’product category,the quality guarantee methods based on the successful experience of the KT-1 and XPNAV-1 satellites.The design-manufacture procedures and the quality guarantee methods including the selection,studying and application of the COTS(Commercial Off-the-self)have been proposed for the high cost-effective micro-satellites.Such management model will ensure the high control of the research scheduling,quality,cost and risk,which will promote the rapid development of micro-satellite industrialization.

COTS;product category;design-manufacture procedures;quality guarantee

V57

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.05.017

2017-09-22;

2017-09-29

劉小彬,女,高級(jí)工程師,從事航天器型號(hào)科研質(zhì)量管理工作。Email:liuxiaobin@szhtdfh.com。

(編輯:張小琳)