高分三號衛(wèi)星產(chǎn)品保證實施策略與實踐

王建軍 李延 張慶君 齊亞琳

(北京空間飛行器總體設(shè)計部,北京 100094)

高分三號衛(wèi)星產(chǎn)品保證實施策略與實踐

王建軍 李延 張慶君 齊亞琳

(北京空間飛行器總體設(shè)計部,北京 100094)

針對高分三號(GF-3)衛(wèi)星技術(shù)特點和研制難點,在衛(wèi)星研制期間全面實施產(chǎn)品保證工作。充分借鑒已有經(jīng)驗,以確保質(zhì)量和可靠性為前提,以合成孔徑雷達(SAR)載荷研制為重點,構(gòu)建基于時間、要素和程序3個維度的產(chǎn)品保證模型,將產(chǎn)品保證工作融入流程并納入計劃管理。高度關(guān)注系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)、驗證、總裝和試驗等重要環(huán)節(jié),通過狠抓研制源頭確保系統(tǒng)固有質(zhì)量,通過嚴格外協(xié)管控確保產(chǎn)品實現(xiàn),通過各級各類試驗確保驗證考核充分,通過精細系統(tǒng)級總裝、測試與試驗(AIT)管理確保衛(wèi)星最終集成質(zhì)量,通過合理舉措確保在軌8年壽命。高分三號衛(wèi)星產(chǎn)品保證工作的有效實施有力保證了衛(wèi)星研制質(zhì)量,亦可為其他航天器產(chǎn)品保證工作提供參考。

高分三號衛(wèi)星;產(chǎn)品保證;質(zhì)量管理;實施策略

1 引言

作為中國首顆C頻段多極化高分辨率合成孔徑雷達(SAR)成像衛(wèi)星,高分三號(GF-3)衛(wèi)星研制除面臨一般航天器研制特點、難點和風(fēng)險外,其先進性和創(chuàng)新性[1]帶來系統(tǒng)設(shè)計難度大、產(chǎn)品實現(xiàn)涉及環(huán)節(jié)多、大型天線等產(chǎn)品集成裝配復(fù)雜、測試和試驗驗證環(huán)節(jié)多、高可靠長壽命無經(jīng)驗可循等難題。如何解決這些難題、控制風(fēng)險、保證質(zhì)量、確保任務(wù)圓滿成功,是GF-3衛(wèi)星研制所面臨的重要課題。

為此,GF-3衛(wèi)星全面實施產(chǎn)品保證工作。產(chǎn)品保證是在航天器研制全過程中,為使用戶確信產(chǎn)品滿足要求所進行的一系列有組織、有計劃的技術(shù)和管理活動,重點是對技術(shù)風(fēng)險進行充分的識別與控制[2]。本文總結(jié)提煉了GF-3衛(wèi)星產(chǎn)品保證實施策略和實踐情況。

2 產(chǎn)品保證實施總體思想

落實質(zhì)量管理要求,以用戶關(guān)注為焦點,充分發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用,堅持全員參與,系統(tǒng)策劃,統(tǒng)籌管理,深入開展技術(shù)風(fēng)險分析與控制,遵循“計劃、實施、檢查、改進”(PDCA)基本步驟,使質(zhì)量控制充分前移[3]。在研制初期組建產(chǎn)品保證隊伍,設(shè)立各專項工作組,制定和實施產(chǎn)品保證大綱、要求和計劃,產(chǎn)品保證活動融入流程并納入計劃管理,從時間、要素和程序三個維度開展產(chǎn)品保證工作,從系統(tǒng)設(shè)計,產(chǎn)品實現(xiàn),總裝、測試與試驗(AIT),8年壽命等方面抓起,強化過程管理,確保產(chǎn)品保證工作系統(tǒng)、全面、及時、規(guī)范、有效。

(1)在時間維度上,以研制階段和研制流程為主線,確定各階段產(chǎn)品保證工作的目標、難點和重點,分解與形成方案、初樣、正樣三個階段的產(chǎn)品保證計劃,按照器件、部組件、單機、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)的研制程序分階段實施產(chǎn)品保證,從而覆蓋航天器研制全過程。

(2)在要素維度上,覆蓋產(chǎn)品保證管理、質(zhì)量保證、可靠性保證、安全性保證、空間環(huán)境適應(yīng)性保證、元器件保證、軟件/現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)保證、材料/機械零件和工藝保證等12個一級要素,每個一級要素又細分為一系列的二級要素,充分考慮各項質(zhì)量影響因素,覆蓋航天器研制全方面。

(3)在程序維度上,依據(jù)各級標準規(guī)范要求明確各項產(chǎn)品保證工作的執(zhí)行程序,規(guī)范技術(shù)風(fēng)險管理、設(shè)計確認、外協(xié)控制、試驗驗證、AIT管理控制等工作程序,細化每項工作的執(zhí)行過程,規(guī)范產(chǎn)品保證活動。

3 產(chǎn)品保證實施策略與實踐

3．1 狠抓研制源頭確保固有質(zhì)量

設(shè)計過程是形成產(chǎn)品質(zhì)量的首要過程,設(shè)計質(zhì)量決定產(chǎn)品的固有質(zhì)量[4]。從研制源頭抓起,進行設(shè)計開發(fā)策劃和設(shè)計輸入分析,識別任務(wù)風(fēng)險和難點并完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),充分利用專家資源加強設(shè)計把關(guān),以專題核算等方式放大細節(jié),以技術(shù)狀態(tài)管理手段進行設(shè)計更改控制,確保系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量。

1)關(guān)注用戶需求,識別并完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

圍繞任務(wù)需求,對設(shè)計開發(fā)工作進行策劃,制訂并執(zhí)行技術(shù)流程和計劃流程;各研制階段初期對設(shè)計和開發(fā)輸入的充分性和適宜性進行分析,尤其是對研制總要求和立項批復(fù)材料等上級要求中,關(guān)于SAR載荷及圖像質(zhì)量的要求進行分析和確認;識別SAR載荷總體設(shè)計與仿真、多極化發(fā)射/接收(T/R)組件、大型相控陣SAR天線展開機構(gòu)和脈沖大功率供電等關(guān)鍵技術(shù)并完成攻關(guān)突破,確保工程技術(shù)難點有明確的解決途徑和措施;以用戶關(guān)注為焦點,以在軌好用、易用、健壯為準繩,以為用戶提供高水平、高性能衛(wèi)星為目標,充分運用系統(tǒng)工程原理,開展總體和各級產(chǎn)品設(shè)計。

2)識別風(fēng)險環(huán)節(jié),有針對性地開展專題核算

從整星特點入手,分析系統(tǒng)需求,采取故障模式與影響分析(FMEA)、特性分析、測試性分析、電磁兼容性(EMC)分析、技術(shù)成熟度分析、飛行時序動作分析等多種方法,從“全系統(tǒng)、全過程、全要素”3個維度識別風(fēng)險,制定控制措施并逐項動態(tài)管控。針對圖像質(zhì)量要求高、成像模式多、功率需求大、構(gòu)型難、電磁兼容復(fù)雜、壽命要求高等風(fēng)險,開展星地一體化指標、圖象質(zhì)量、功率平衡、整星構(gòu)形、EMC、信息流、羽流、雜光、二維導(dǎo)引、SAR分系統(tǒng)可靠性建模和預(yù)計等50余項專題核算,充分考慮在軌正常工況和異常狀態(tài),并根據(jù)前一階段產(chǎn)品研制情況迭代開展,確保設(shè)計合理可靠。對飛行程序進行梳理,識別出“1個分離＋3個展開＋1個機動”(星箭分離、太陽翼展開、SAR天線展開和數(shù)傳天線展開、軌道機動)等重要事件,進行重點控制,明確各操作時間點并留有余量,以保證操作順利完成,確認所有操作均經(jīng)過地面充分驗證,針對SAR天線,展開單獨進行分析并畫出故障判讀處置流程圖,細化每個故障模式的參數(shù)判讀、處置方式。

3)加強專家把關(guān),嚴控技術(shù)狀態(tài)

充分利用早期報警原理,發(fā)揮集體智慧,加速設(shè)計成熟,降低決策風(fēng)險。GF-3衛(wèi)星研制期間,邀請國內(nèi)高校和廠所、中國航天科技集團公司、中國空間技術(shù)研究院、北京空間飛行器總體設(shè)計部等業(yè)內(nèi)專家,提前策劃并開展衛(wèi)星總體、分系統(tǒng)、單機和部組件各級設(shè)計(含建造規(guī)范、測試/試驗方案、技術(shù)狀態(tài)基線和更改、元器件選用、工藝方案、軟件設(shè)計、可靠性和安全性設(shè)計分析、專題核算等)評審及圖紙和模型審查,嚴格文件審簽,建立問題閉環(huán)管理機制,杜絕含糊不清的輸入和盲目的設(shè)計,確保任務(wù)分析、驗證和指標論證充分,衛(wèi)星各級設(shè)計合理、可行,產(chǎn)品選用和技術(shù)狀態(tài)明確,功能、性能滿足技術(shù)要求,接口協(xié)調(diào)匹配。

將技術(shù)狀態(tài)管理貫徹始終。GF-3衛(wèi)星研制期間,對評審?fù)ㄟ^后確立的基線嚴格控制,所有變更必須經(jīng)過充分論證和試驗驗證,獲得各方認可,并審批完備,落實到位。

3．2 嚴格外協(xié)管控,確保產(chǎn)品實現(xiàn)

產(chǎn)品實現(xiàn)質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。航天產(chǎn)品的研制往往需要跨企業(yè)、跨集團的全國大協(xié)作,航天企業(yè)與外協(xié)企業(yè)必須通力合作,才能實現(xiàn)互惠共贏、科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展,做好外協(xié)管理,加強外協(xié)控制,對提升產(chǎn)品質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用[5]。落實無限責(zé)任要求,堅持合作共贏的理念,通過明確要求、宣貫培訓(xùn)、過程監(jiān)控、節(jié)點清查、落實改進等5步程序,與外協(xié)單位一起確保產(chǎn)品實現(xiàn)質(zhì)量,保證任務(wù)成功。

1)梳理外協(xié)網(wǎng)絡(luò),關(guān)注關(guān)鍵器件生產(chǎn)廠商

GF-3衛(wèi)星研制期間,健全外協(xié)管理體系,落實各級委托方對外協(xié)單位的管理責(zé)任;研制初期對外協(xié)網(wǎng)絡(luò)進行梳理和審查,承研單位除中國空間技術(shù)研究院內(nèi)單位外,還有中國科學(xué)院、中國電子科技集團公司等多家單位,確認各級外協(xié)都在委托方的合格供方名錄內(nèi);將產(chǎn)品保證要求納入合同,有效利用經(jīng)濟手段;針對SAR載荷使用的高分子固體鉭電容等大量的新研自制元器件,深入元器件生產(chǎn)廠商一線,從元器件層面直接保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2)明確產(chǎn)品保證要求,提高外協(xié)單位質(zhì)量意識

提前對各方面技術(shù)要求系統(tǒng)梳理,形成整星、分系統(tǒng)、子系統(tǒng)、單機和部組件規(guī)范文件,確保技術(shù)要求明確;全面梳理各級產(chǎn)品保證要求,整合細化各類文件模板,“打包”傳遞給外協(xié)單位,明確產(chǎn)品保證活動和文件編寫要求。技術(shù)要求和產(chǎn)品保證要求逐級分解和傳遞,直至最末級承研單位。通過各級研制人員“面對面”、“一對一”、“多回合”討論、交流、交底,邀請各領(lǐng)域?qū)＜彝瓿?0余次中國空間技術(shù)研究院質(zhì)量管理有關(guān)要求專題培訓(xùn),并結(jié)合研制進展及時傳遞最新質(zhì)量要求和經(jīng)驗等一系列措施,提高外協(xié)單位產(chǎn)品保證意識和能力,使其充分理解要求和做法,盡量一次性地把工作做對、做透,避免反復(fù)和重復(fù)。

建立質(zhì)量信息反饋網(wǎng)絡(luò)和質(zhì)量問題快速處理機制,階段性召開質(zhì)量分析會,通報本衛(wèi)星和其他航天器發(fā)生的典型質(zhì)量問題及產(chǎn)品保證工作中存在的不足,對問題現(xiàn)象、背后原因進行深入分析,統(tǒng)一思想,強化研制人員質(zhì)量意識、安全意識,整頓工作作風(fēng),嚴肅質(zhì)量紀律。

3)加強研制過程監(jiān)控,在關(guān)鍵節(jié)點清理確認

加強研制過程跟產(chǎn)監(jiān)督,及時了解并解決問題。GF-3衛(wèi)星研制期間,針對研制過程制定詳細的檢查表,對產(chǎn)品保證要求落實情況和產(chǎn)品研制情況進行專題檢查;邀請有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜议_展供配電、元器件、工藝和材料、軟件、空間環(huán)境適應(yīng)性等專項檢查確認工作;對重點外協(xié)單位設(shè)置質(zhì)量監(jiān)造代表強化過程監(jiān)督檢查;落實關(guān)鍵檢驗和強制檢驗;關(guān)注潔凈、污染、多余物、防靜電控制情況;對SAR天線各模塊組件研制過程實行長期不間斷現(xiàn)場跟產(chǎn),對部組件、單機、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)測試結(jié)果進行現(xiàn)場逐步逐項確認;對分配指標實現(xiàn)情況進行嚴格控制;對軟件配置管理情況進行監(jiān)督,對所有軟件裝訂參數(shù)進行審查,對固化落焊版本進行現(xiàn)場確認。

利用轉(zhuǎn)階段、生產(chǎn)準備、合蓋前檢查、產(chǎn)品驗收等關(guān)鍵節(jié)點進行嚴格把關(guān)、階段清理、確認、總結(jié),尤其是在產(chǎn)品驗收前對產(chǎn)品研制和數(shù)據(jù)包進行全面審查,確認設(shè)計、工藝和過程三類關(guān)鍵特性控制情況和不可測試項目控制措施落實的有效性,避免事后復(fù)查,對于數(shù)據(jù)包不全、驗收測試不充分等不符合要求的堅決拒收,對于交付后返所的設(shè)備堅持再次驗收制度。

3．3 嚴格驗證考核,確保試驗充分

各級各類試驗是對產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量的有效檢驗手段,通過試驗可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)的缺陷,為改進和完善設(shè)計、制造質(zhì)量提供客觀依據(jù)[6]。研制初始就開展試驗策劃,按要求、按規(guī)范、按程序、按標準開展試驗,加強試驗方案、大綱、細則、總結(jié)的審查及試驗準備狀態(tài)的確認,關(guān)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,實施過程記錄表格化,試驗結(jié)束后及時分析、總結(jié),保證試驗數(shù)據(jù)真實、完整、準確,確保試驗充分、有效、過程受控。

1)開展各級各類產(chǎn)品試驗驗證,試驗狀態(tài)與在軌工作狀態(tài)一致

正樣件、電性件、結(jié)構(gòu)熱控件、輻射模型件和鑒定件按照試驗驗證矩陣開展組件、單機、分系統(tǒng)、系統(tǒng)試驗:完成以鑒定試驗和試驗后開蓋檢查為代表的單機試驗;完成以波導(dǎo)天線工藝驗證、推力器組合件力學(xué)摸底、太陽電池片高壓靜電放電測試、SAR天線壓緊點結(jié)構(gòu)靜力試驗等專項試驗和三軸氣浮臺全物理仿真驗證、SAR天線壓緊釋放裝置可靠性評估驗證等壽命和可靠性試驗;完成以SAR天線陣面二次電源與SAR天線電性模塊聯(lián)試、SAR分系統(tǒng)中央電子設(shè)備熱真空罐內(nèi)摸底試驗、SAR天展開機構(gòu)驅(qū)動組件試驗為代表的組件、分系統(tǒng)和分系統(tǒng)間試驗;完成以電性能測試、平面近場測試、EMC試驗、力學(xué)試驗、跑車試驗、熱真空試驗、磁試驗、100 h連續(xù)無故障測試為代表的系統(tǒng)級試驗;完成與運載、地面系統(tǒng)、測控系統(tǒng)對接等大系統(tǒng)試驗。通過對各項試驗狀態(tài)、參試產(chǎn)品狀態(tài)、試驗項目進行認真分析、審查和確認,確保試驗狀態(tài)和在軌真實工作狀態(tài)一致。通過充分的試驗,確保設(shè)計正確,制造可靠,接口協(xié)調(diào)匹配。

2)拉偏試驗條件,加大試驗考核力度

通過可靠性試驗、壽命試驗、拉偏試驗等充分考慮在軌可能出現(xiàn)的異常工況,加大試驗力度,考核設(shè)計、制造的可靠性。如為驗證SAR天線展開機構(gòu)在極端低溫環(huán)境下可靠解鎖、展開和鎖定的能力,利用鑒定件進行常壓低溫展開試驗,拉偏試驗條件,將惡劣故障工況下產(chǎn)品上最低溫度點的溫度拉偏值作為整個試驗的控溫目標,施加均勻溫度場進行5次常壓低溫展開試驗,試驗后進行天線型面精度測試,并進行低溫下火工解鎖展開,確保驗證充分。

3)采用有效手段,確保測試覆蓋充分

測試覆蓋性分析和檢查是加強產(chǎn)品研制過程質(zhì)量控制的重要手段之一[7]。加強各級產(chǎn)品測試覆蓋性分析和檢查,對各試驗中設(shè)備加電狀態(tài)、測試項目、測試結(jié)果認真確認。結(jié)合設(shè)備軟件版本和硬件狀態(tài),對所有指令執(zhí)行驗證情況進行檢查,對總裝廠、發(fā)射場測試歷史數(shù)據(jù)進行一致性比對,特別關(guān)注遙測處理方法有變動的遙測量,“同一數(shù)據(jù)縱向比,同類數(shù)據(jù)橫向比,關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)聯(lián)合比”,確保數(shù)據(jù)判讀比對及時、全面、有效,無誤判、漏判。

例如,SAR天線方向圖是影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵要素,對于GF-3衛(wèi)星配置的相控陣平板SAR天線,需采用平面近場掃描環(huán)境進行方向圖測試,在兼顧左右側(cè)視、不同極化、收發(fā)狀態(tài)和不同頻點要求下,若在整星系統(tǒng)級完全測試覆蓋,工作量很大,為此按照“通道、工作模式、波位、功能、性能五個100%覆蓋的原則開展如下測試工作。

(1)對SAR天線每一根波導(dǎo)發(fā)射縫隙的輻射場進行測試,獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù),建立SAR天線高精度實物模型,準確預(yù)測SAR天線方向圖;在子系統(tǒng)、分系統(tǒng)、整星方向圖測試期間,同步仿真計算縮短波位迭代時間,完成測試數(shù)據(jù)一致性比對及與仿真分析結(jié)果的比對,數(shù)據(jù)一致性和仿真結(jié)果有效性經(jīng)各方現(xiàn)場確認;在整星電測過程加強對不可測指標分解的內(nèi)定標精度、輻射功率、通道損耗等指標進行測試與數(shù)據(jù)判讀。

(2)對SAR天線全部可控狀態(tài)均進行驗證,對部組件、單機、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)各級產(chǎn)品測試方法和結(jié)果進行確認,實現(xiàn)所有通道性能測試100%覆蓋。

(3)針對整星4種主工作模式和12種成像模式,在SAR分系統(tǒng)測試和整星測試中達到100%覆蓋。

(4)針對SAR系統(tǒng)波位,在子系統(tǒng)、分系統(tǒng)和整星三級測試中,達到高精度實物模型仿真＋重點關(guān)注波位實測的100%覆蓋,整星級重點實測波位選取經(jīng)過總體、SAR分系統(tǒng)及SAR天線子系統(tǒng)單位反復(fù)論證共同確定。

(5)針對SAR系統(tǒng)20類功能要求,在分系統(tǒng)和整星測試中均達到100%覆蓋。

(6)針對SAR系統(tǒng)134項性能要求,在分系統(tǒng)測試和整星測試中均達到100%覆蓋。

4)針對衛(wèi)星成像,開展專題試驗

(1)由于SAR天線尺寸大,常規(guī)總裝廠電測無法完成星地間無線鏈路的閉環(huán)驗證。GF-3衛(wèi)星采用初樣SAR天線等電性產(chǎn)品完成地面逆合成孔徑雷達(ISAR)成像試驗,成功捕獲目標,并經(jīng)成像處理生成ISAR圖像,完成SAR分系統(tǒng)星地間無線鏈路的閉環(huán)驗證,同時驗證了SAR天線波束掃描、賦形能力及SAR天線仿真模型的正確性。

(2)針對衛(wèi)星8年長壽命設(shè)計與應(yīng)用需求,及衛(wèi)星壽命末期SAR圖像質(zhì)量及其對應(yīng)用的影響進行驗證的需求,開展SAR載荷航空校飛試驗,對載荷成像模式(尤其是新研未經(jīng)過驗證的滑動聚束成像和雙通道超精細成像模式)和性能進行驗證,對圖像質(zhì)量進行評價,評估海陸應(yīng)用流程和質(zhì)量;通過模擬壽命末期載荷工作的技術(shù)參數(shù),分析和驗證對圖像質(zhì)量影響情況。

(3)地面處理系統(tǒng)對衛(wèi)星測試期間產(chǎn)生的成像數(shù)據(jù)(初樣77組,正樣26組)(含輔助數(shù)據(jù))進行處理,驗證地面成像算法的正確性。

(4)通過在軌定標試驗,對星地一體化指標的實現(xiàn)情況進行評價,結(jié)果表明所有指標均滿足研制總要求。

3．4 精細AIT管理確保系統(tǒng)集成質(zhì)量

航天器AIT階段是形成完整產(chǎn)品的最后階段,是航天器整體質(zhì)量保證的最后一道屏障[8]。采取AIT設(shè)計評審、過程FMEA、工藝文件確認、準備狀態(tài)檢查、實施過程狀態(tài)和流程控制、數(shù)據(jù)判讀比對和結(jié)果總結(jié)評價等7個手段,量化控制,嚴把AIT質(zhì)量,確保全過程質(zhì)量受控,過程可追溯,數(shù)據(jù)完整有效,最終狀態(tài)正確。

1)對AIT過程周密策劃、精細管理

GF-3衛(wèi)星研制期間,建立AIT管理制度,明確全過程、全方位管理控制要求;開展推進分系統(tǒng)管路焊裝、結(jié)構(gòu)部裝、SAR天線部裝、太陽翼部裝、進口鋰離子電池安裝、火工品安裝和檢測、整星總裝/測試/大型試驗的過程策劃,通過總裝/測試/大型試驗方案和流程設(shè)計及過程FMEA識別過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和風(fēng)險項目,明確量化控制要求,納入到工藝文件中,經(jīng)各方確認;實施準備狀態(tài)檢查制度,關(guān)注現(xiàn)場安全,保證“人、機、料、法、環(huán)、測”等各方面符合要求;嚴格實施過程控制,全過程表格化管理,嚴格大工序交接和關(guān)鍵節(jié)點的技術(shù)狀態(tài)確認,關(guān)注安裝狀態(tài)、安裝極性、機構(gòu)運動干涉、接地狀態(tài)、電纜走向和綁扎、開關(guān)間隙、熱控狀態(tài)、預(yù)緊力、螺釘點膠等實施情況和拍照記錄情況;對精測、質(zhì)測、檢漏、電性能測試、大型試驗數(shù)據(jù)嚴格判讀,對總裝/測試/大型試驗結(jié)果階段總結(jié)和評價,圓滿完成以長為15 m平面度優(yōu)于5 mm的復(fù)雜大型在軌可展開相控陣天線、單翼展開長為8．4 m的雙太陽翼為代表的產(chǎn)品成功集成裝配和測試試驗驗證。

所有鑒定件均參加整星測試,充分驗證鑒定件狀態(tài),確保正樣件狀態(tài)正確無誤。針對SAR載荷正樣產(chǎn)品研制進展,用SAR分系統(tǒng)艙內(nèi)電子設(shè)備鑒定件裝正樣星測試,提前驗證SAR分系統(tǒng)與整星接口;用艙內(nèi)電子設(shè)備鑒定件參加SAR天線方向圖測試,正樣件并行交付整星參加測試,優(yōu)化流程,縮短測試時間。

GF-3衛(wèi)星既有大功率射頻發(fā)射設(shè)備,又有高靈敏度寬帶接收設(shè)備,工作頻段涉及S、L、C和X等多個頻段,整星電磁兼容要求較高,為此策劃實施的EMC試驗主要如下。

(1)方案階段,完成平臺天線、數(shù)傳天線與SAR天線初始單根波導(dǎo)之間的干擾摸底試驗,確定初步改進方案。

(2)初樣階段,利用輻射模型(RM)星完成各天線性能測試,平臺天線、數(shù)傳天線與SAR天線1/12陣面之間的相互干擾試驗,進一步修正EMC分析模型和改進方案;利用電性星完成各天線全功率情況下的干擾測試、母線品質(zhì)和接地情況測試、射頻泄漏測試、發(fā)射主動段星箭電磁兼容性測試等試驗,驗證整星EMC設(shè)計的正確性。

(3)正樣階段,在前期EMC試驗基礎(chǔ)上完成正樣星實際功率無線聯(lián)合測試、接收天線帶內(nèi)噪聲測試、母線電流傳導(dǎo)測試、射頻泄漏測試等試驗,進一步確認正樣星電磁特性。

2)精心準備與實施確保AIT過程安全

對各階段總裝/測試/大型試驗狀態(tài)、流程和項目進行認真分析、審查和確認,確保準備充分、實施安全。GF-3衛(wèi)星在初樣階段研制結(jié)構(gòu)星,先后完成主份推進管路焊裝和檢漏,結(jié)構(gòu)設(shè)備和電纜總裝、SAR天線和太陽翼安裝,整星鑒定級噪聲試驗和正弦振動試驗,星箭解鎖試驗,太陽翼、SAR天線和數(shù)傳天線解鎖展開與沖擊試驗,及有關(guān)的質(zhì)量特性測試、精度測試和漏率測試,在力學(xué)試驗后進行兩艙分解和結(jié)構(gòu)板拆卸檢查,未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷、螺釘松動、脫膠現(xiàn)象,全面驗證總裝設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性。正樣星完成驗收級噪聲試驗和正弦振動試驗,通過試驗前后電性能測試和精度測量確認試驗前后狀態(tài)一致;力學(xué)試驗后完成星箭解鎖試驗,太陽翼、SAR天線和數(shù)傳天線解鎖展開與沖擊試驗,確認電爆裝置和轉(zhuǎn)動機構(gòu)的正確性;力學(xué)試驗后對推進系統(tǒng)進行系統(tǒng)檢漏,確認推進管路的密閉性。

為模擬在軌實際工作狀態(tài),GF-3衛(wèi)星SAR天線展開與衛(wèi)星本體分別在空間環(huán)境模擬器的兩艙(由水平艙和主容器構(gòu)成)內(nèi)同步開展熱試驗,SAR天線輻射采用的艙內(nèi)吸波熱沉為中國空間技術(shù)研究院首次使用,兩艙同步試驗接口復(fù)雜,是一個高風(fēng)險項目。作為典型的大型試驗,除按照大型試驗要求做好試驗準備、試驗實施、試驗總結(jié)等環(huán)節(jié)質(zhì)量控制工作外[9-10],為保證該試驗安全、有效,進行如下精心準備。

(1)利用SAR天線鑒定件開展吸波熱沉摸底試驗;使用熱試驗延長電纜開展SAR電子設(shè)備聯(lián)試驗證系統(tǒng)驅(qū)動能力和時序關(guān)系;完成SAR分系統(tǒng)艙內(nèi)電子設(shè)備全溫摸底試驗,驗證不同溫度下中央電子設(shè)備功率變化及時序余量。

(2)依據(jù)上述試驗數(shù)據(jù),完成整星熱試驗轉(zhuǎn)接電纜功率衰減、電壓跌落、信號延遲、驅(qū)動能力等復(fù)核;對熱試驗需要的兩艙密封連接及傳輸裝置的制作要求、兩艙電纜的制作要求、相關(guān)電纜測溫要求及控溫要求進行詳細規(guī)定,并對設(shè)計和實施狀態(tài)進行詳細檢查確認。

(3)完成對水平艙包絡(luò)尺寸的三維掃描,確認空間包絡(luò)狀態(tài)。

(4)完成兩艙通路保溫設(shè)計;修正熱分析模型,形成試驗方案,經(jīng)評審后最終確定;對試驗大綱、實施方案、流程、質(zhì)量保證大綱、SAR天線吊裝方案等試驗依據(jù)文件進行評審;試驗前進行試驗全系統(tǒng)聯(lián)試和試驗準備狀態(tài)檢查。

試驗結(jié)果表明衛(wèi)星設(shè)備各項功能、性能指標滿足要求,SAR天線各工況下溫度不超過20℃(技術(shù)要求≤45℃),與在軌實測數(shù)據(jù)一致。

3．5 合理舉措確保在軌8年壽命

壽命和可靠性都是航天器研制的重要技術(shù)指標[11]。從研制初始就將“長壽命、高可靠”作為一個重要專項工作和風(fēng)險進行管理,強化可靠性預(yù)計、分析、設(shè)計和驗證,委托專業(yè)機構(gòu)進行獨立評估。

1)在充分論證基礎(chǔ)上制定和實施長壽命保證措施

作為我國首顆8年設(shè)計壽命要求的低軌遙感衛(wèi)星,在長壽命設(shè)計、產(chǎn)品的生產(chǎn)、試驗等環(huán)節(jié)無現(xiàn)有經(jīng)驗可循,因此在設(shè)計階段就以可靠性設(shè)計為重點,開展抗力學(xué)環(huán)境設(shè)計、熱設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、靜電防護設(shè)計、抗輻射設(shè)計、降額設(shè)計、FMEA、最壞情況分析和故障樹分析等設(shè)計分析和驗證工作。

對影響壽命的因素進行科學(xué)論證,經(jīng)過詳細分析將壽命末期可靠度指標逐級分解,并按照分配指標開展設(shè)計、分析、試驗和評估。對采取的整星設(shè)計及研究分析、元器件和原材料工作、配置及技術(shù)狀態(tài)更改、試驗驗證等54項措施進行論證,對8年設(shè)計壽命論證和實施方案及每個具體項目進行專題評審,重點關(guān)注整星可靠性、電源、控制推進、SAR等影響壽命的環(huán)節(jié),對SAR分系統(tǒng)性能退化和功能降級的最壞情況分析進行專門檢查,對在軌飛行程序和故障預(yù)案進行多輪反復(fù)確認,確保采取的系統(tǒng)重組、冗余備份、自主健康管理等措施充分、有效、合理、可行。

2)按照8年壽命要求開展器材、工藝、組件和單機選用與驗證

大力加強原材料和工藝的選用控制,按照8年壽命要求開展元器件審查和質(zhì)量保證工作,從器件、材料、零件和工藝等基礎(chǔ)層面保證產(chǎn)品質(zhì)量;加強軟件工程化研制和第三方評測,充分考慮軟件的最壞使用情況;完成內(nèi)定標器光纖延遲組件抗輻照試驗、T/R組件和延時放大組件抗輻照試驗等專項輻照和單粒子摸底試驗,根據(jù)試驗結(jié)果對不滿足抗輻照要求的進行加固;選取母線電源控制器、固態(tài)放大器、帆板驅(qū)動機構(gòu)和扭擺電纜、波束控制單元、T/R組件等16臺關(guān)鍵典型單機/組件開展壽命試驗,對試驗方案、總結(jié)進行把關(guān),關(guān)注試驗環(huán)境、時長、考核項目、成功判據(jù)及模型的選取。

委托中國航天標準化與產(chǎn)品保證研究院完成關(guān)鍵典型單機產(chǎn)品和整星系統(tǒng)的壽命預(yù)測與可靠性評估,預(yù)測和評估結(jié)果表明均能滿足8年壽命要求。

3)借助第三方組織力量開展技術(shù)風(fēng)險把關(guān)和可靠性獨立評估

依托第三方專業(yè)保證中心開展元器件、軟件/FPGA、材料和工藝、可靠性和安全性、空間環(huán)境適應(yīng)性的產(chǎn)品保證和實施過程確認,確保系統(tǒng)可靠。為加強管理,控制風(fēng)險,中國航天科技集團公司建立規(guī)范、科學(xué)、高效的航天器獨立評估機制,由獨立于航天器研制之外的專家團隊對航天器的重大技術(shù)風(fēng)險進行識別、分析與評價[12],按照該思路借助第三方資源,積極開展風(fēng)險把關(guān)和獨立評估工作。

充分發(fā)揮北京空間飛行器總體設(shè)計部組織力量,依靠中國空間技術(shù)研究院內(nèi)外專家資源,圍繞研制過程關(guān)鍵環(huán)節(jié),重點針對SAR分系統(tǒng)研制和AIT過程控制措施的有效性、措施的實施情況進行監(jiān)督和檢查,針對識別出的主要技術(shù)風(fēng)險,完成信息流及自主健康管理可靠性、功率平衡及脈沖大功率供電安全、飛行程序和在軌故障預(yù)案及工作模式確認、圖像質(zhì)量指標及系統(tǒng)設(shè)計驗證等19項專項把關(guān),設(shè)計師對專家提出的審查意見進行逐一解答與確認,待辦事項全部閉環(huán)管理。

委托中國航天標準化與產(chǎn)品保證研究院組織實施第三方可靠性獨立評估工作。獨立評估工作重點針對影響衛(wèi)星8年壽命的薄弱環(huán)節(jié),以SAR分系統(tǒng)、過程控制和軟件可靠性、安全性為主要內(nèi)容,從指標要求的符合性、設(shè)計分析有效性、可靠性設(shè)計與驗證的全面性和充分性、試驗驗證充分性、工藝與制造的穩(wěn)定性、過程控制的有效性等方面,采用現(xiàn)場資料審查、照片審閱、溝通交流、專題研討等方式,結(jié)合被評單位的復(fù)查、自查及匯報情況進行評估。專家組提出的所有問題和待辦事項全部閉環(huán)管理,為整星可靠性和8年壽命提供有利支撐。

4 結(jié)束語

GF-3衛(wèi)星全面實施產(chǎn)品保證工作,貫徹“源頭抓起、預(yù)防為主、系統(tǒng)管理、一次成功”的理念,針對研制特點提前策劃,識別風(fēng)險和關(guān)鍵,明確要求并實施精細管理和全過程管控,充分借助專家資源和第三方力量,從研制源頭抓設(shè)計開發(fā),從器材底層抓產(chǎn)品實現(xiàn),全面抓總裝、測試和試驗驗證,堅持抓系統(tǒng)可靠性,對質(zhì)量工作常抓不懈,有效確保了GF-3衛(wèi)星設(shè)計、制造和使用的高可靠,實現(xiàn)了發(fā)射場零缺陷、發(fā)射成功、在軌穩(wěn)定運行。

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Executive Strategy and Practice of Product Assurance for GF-3 Satellite

WANG Jianjun LI Yan ZHANG Qingjun QI Yalin
(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing 100094,China)

In order to successfully complete the project of GF-3 satellite,product assurance is fully implemented in the whole procedure of the satellite development．Drawing on referential experiences,the three-dimension product assurance being composed of time,element and procedure is established．The product assurance takes quality and reliability as promise,focuses on SAR payload,pays great attention to satellite design,manufacture,verification,validation and AIT(assembly,integration and test),and is integrated into develop processes to realize proper implement．The executive strategy and practice of product assurance for GF-3 satellite,such as how to consolidate systems design quality,strictly manage outsourced suppliers,adequately test at all levels,delicacy manage AIT procedure,ensure 8 years lifetime,etc,were described．Product assurance effectively guarantees the quality of GF-3 satellite,and the experiences can be used as for reference other satellites．

GF-3 satellite;product assurance;quality management;executive strategy

V57

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.06.009

2017-10-20;

2017-11-24

國家重大科技專項工程

王建軍,男,碩士,高級工程師,研究方向為航天器研制、航天項目產(chǎn)品保證管理。Email:wjjxy1998＠163．com。

(編輯:張小琳)