王瑤 倪潤(rùn)立 魏紅麗 韓慶龍 尤睿 李茂順 徐鶴 張承模
(1北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部,北京 100094)(2中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所,北京 100049)
硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星規(guī)模大,產(chǎn)品數(shù)量多,且其有效載荷全部為新研產(chǎn)品,可借鑒工程研制的經(jīng)驗(yàn)較少[1]。其在軌觀測(cè)任務(wù)需要衛(wèi)星采用不同于傳統(tǒng)對(duì)地遙感的慣性空間定向模式,對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)提出了新的要求。這些特點(diǎn)使得衛(wèi)星研制工作面臨“全新有效載荷研制,技術(shù)難度大”、“衛(wèi)星工作模式復(fù)雜,具有多種姿態(tài)定向方式”、“慣性定向模式下平臺(tái)設(shè)計(jì)”、“有效載荷低溫控制需求”、“載荷正樣件需要經(jīng)過充分的地面標(biāo)定”等五大難題。
為確保衛(wèi)星研制難題順利解決、風(fēng)險(xiǎn)有效管控、質(zhì)量滿足要求、任務(wù)圓滿成功,在HXMT衛(wèi)星研制過程中全面實(shí)施了產(chǎn)品保證工作。衛(wèi)星產(chǎn)品保證工作以用戶關(guān)注為焦點(diǎn),對(duì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了充分的識(shí)別與控制[2]。本文總結(jié)提煉了HXMT衛(wèi)星產(chǎn)品保證工作實(shí)踐情況。
產(chǎn)品保證是為使人們確信產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求,在產(chǎn)品研制、生產(chǎn)全過程,所進(jìn)行的一系列有計(jì)劃、組織的技術(shù)和管理活動(dòng)。HXMT衛(wèi)星產(chǎn)品保證遵循“識(shí)別、策劃、實(shí)施、檢查、改進(jìn)”的基本策略,結(jié)合衛(wèi)星難點(diǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)提前策劃、識(shí)別關(guān)鍵,充分干預(yù)、確保見底,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、提煉創(chuàng)新,確保產(chǎn)品保證工作系統(tǒng)、全面、及時(shí)、規(guī)范、有效。按照衛(wèi)星研制階段,HXMT衛(wèi)星產(chǎn)品保證工作總體思路如下:
1)方案階段
狠抓總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)驗(yàn)證策劃及有效載荷關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),確保風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別充分、控制措施策劃全面。
2)初樣階段
(1)關(guān)注結(jié)構(gòu)/熱控星研制,確保載荷艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及與平臺(tái)的匹配性、載荷的熱設(shè)計(jì)及與平臺(tái)熱接口耦合滿足要求;
(2)關(guān)注電性星研制,確保衛(wèi)星各單機(jī)間的供電、信息流、軟件滿足要求;
(3)關(guān)注載荷各項(xiàng)研制試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn),確保設(shè)計(jì)工程合理、工藝穩(wěn)定、性能符合要求。
3)正樣階段
加強(qiáng)技術(shù)狀態(tài)控制、關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制、過程控制。
4)發(fā)射場(chǎng)階段
嚴(yán)控操作程序、衛(wèi)星多余物、載荷安全;加強(qiáng)新流程分析,做好狀態(tài)確認(rèn)。
(1)針對(duì)“全新有效載荷研制,技術(shù)難度大”的難點(diǎn),從設(shè)計(jì)正確、驗(yàn)證充分、產(chǎn)品研制過程受控等方面開展風(fēng)險(xiǎn)控制工作。在方案設(shè)計(jì)階段,加強(qiáng)與載荷研制方的溝通,充分宣貫、傳遞成熟的工程經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)規(guī)范及產(chǎn)品保證要求,確保載荷設(shè)計(jì)規(guī)范、有序開展;組織各專業(yè)專家,重點(diǎn)從設(shè)計(jì)合理性、產(chǎn)品可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、工藝可實(shí)現(xiàn)性等方面對(duì)載荷單機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行多輪審查與改進(jìn)迭代,為保證研制的順利進(jìn)行,減少反復(fù)奠定了基礎(chǔ)。在初樣階段,強(qiáng)化載荷試驗(yàn)力度,確保正樣產(chǎn)品投產(chǎn)前,各項(xiàng)設(shè)計(jì)得到充分驗(yàn)證。在載荷部組件級(jí),以不同的產(chǎn)品形式,策劃、開展了全面的研制試驗(yàn),通過“試驗(yàn)-分析-改進(jìn)”過程,充分驗(yàn)證設(shè)計(jì)和工藝正確性、確認(rèn)設(shè)計(jì)裕度;此外,部分探測(cè)器還以“準(zhǔn)鑒定狀態(tài)”(采用低等級(jí)器件的真實(shí)探測(cè)器)參加了熱控星試驗(yàn),對(duì)主要載荷的環(huán)境適應(yīng)性、性能指標(biāo)的工程可實(shí)現(xiàn)性進(jìn)行了驗(yàn)證。
(2)針對(duì)“衛(wèi)星工作模式復(fù)雜,具有多種姿態(tài)定向方式”的難題,分析明確各模式姿態(tài)機(jī)動(dòng)使用約束;優(yōu)化姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑規(guī)劃算法,確保各種姿態(tài)下衛(wèi)星滿足熱控、能源約束;加強(qiáng)仿真和地面測(cè)試,按不同觀測(cè)模式進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真、開展測(cè)試覆蓋性分析、確保所有姿態(tài)模式切換及其可能出現(xiàn)的控制情況在各級(jí)測(cè)試驗(yàn)證覆蓋到位;優(yōu)化了動(dòng)量輪配置,確保滿足姿態(tài)機(jī)動(dòng)要求。
(3)針對(duì)“慣性定向模式下平臺(tái)設(shè)計(jì)”的難題,HXMT衛(wèi)星測(cè)控、GPS、數(shù)傳分系統(tǒng)采取了仿真加緊縮場(chǎng)的輻射模型星驗(yàn)證,確保無固定對(duì)地面的衛(wèi)星姿態(tài)下的鏈路傳輸正常;整星熱控通過仿真及熱控星驗(yàn)證,確保滿足任務(wù)要求。
(4)針對(duì)“安裝于同一結(jié)構(gòu)上大溫差載荷的溫度控制”風(fēng)險(xiǎn),HXMT衛(wèi)星載荷熱控采取了優(yōu)化隔熱、導(dǎo)熱、反射材料,并多次分析優(yōu)化,并通過載荷部組件級(jí)熱平衡試驗(yàn)以及整星(熱控星)熱平衡試驗(yàn)驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)合理性,并修正熱模型,為正樣設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ);通過設(shè)計(jì)評(píng)審、工藝鑒定、穩(wěn)定性和耐溫專項(xiàng)試驗(yàn)等產(chǎn)?;顒?dòng),保障了新研深冷熱管的研制最終滿足低能望遠(yuǎn)鏡-80~-42℃的低溫需求。
(5)針對(duì)“載荷正樣件需要經(jīng)過充分的地面標(biāo)定,需要標(biāo)定的探測(cè)器多、過程復(fù)雜、周期長(zhǎng)”的風(fēng)險(xiǎn),結(jié)合衛(wèi)星研制階段的特點(diǎn),對(duì)各階段標(biāo)定工作重點(diǎn)進(jìn)行了策劃、實(shí)施,確保標(biāo)定工作滿足要求。在方案階段,充分分析、論證標(biāo)定需求,確定標(biāo)定方案,并經(jīng)各方評(píng)審確認(rèn);初樣階段,完成標(biāo)定設(shè)施及裝置的建設(shè)、驗(yàn)收,并利用載荷電性件、鑒定件進(jìn)行試標(biāo)定,驗(yàn)證了標(biāo)定裝置、流程的可行性;正樣階段,除在國(guó)內(nèi)完成標(biāo)定外,部件探測(cè)器產(chǎn)品還經(jīng)過國(guó)際權(quán)威實(shí)驗(yàn)室的交叉標(biāo)定,確保探測(cè)器在軌數(shù)據(jù)的有效性與國(guó)際認(rèn)可度。
針對(duì)多路徑多項(xiàng)目并行研制特點(diǎn),HXMT衛(wèi)星策劃了一些產(chǎn)品保證活動(dòng),保證了產(chǎn)品保證工作有序、高效開展,滿足了研制進(jìn)度要求。
(1)開展A、B類單機(jī)空間環(huán)境適應(yīng)性、鑒定環(huán)境滿足性復(fù)查和電性產(chǎn)品工藝實(shí)物檢查工作,并強(qiáng)化測(cè)試數(shù)據(jù)判讀工作,確保了“A、B類單機(jī)提前投產(chǎn)”風(fēng)險(xiǎn)可控。
(2)在載荷鑒定產(chǎn)品上星前,開展了“載荷鑒定件與正樣產(chǎn)品接口、技術(shù)狀態(tài)一致性”確認(rèn)工作,確?!拜d荷鑒定產(chǎn)品參與正樣整星總裝、集成和測(cè)試(AIT)流程”風(fēng)險(xiǎn)可控。
(3)狠抓研制源頭確保固有質(zhì)量,對(duì)載荷單機(jī)的元器件選用、工藝方案、軟件設(shè)計(jì)、可靠性和安全性設(shè)計(jì)分析等進(jìn)行專題審查,加強(qiáng)載荷初樣階段的測(cè)試、試驗(yàn)和整星匹配性驗(yàn)證工作,確保能夠充分暴露發(fā)現(xiàn)問題,通過上述工作,HXMT衛(wèi)星有效載荷正樣階段出現(xiàn)未出現(xiàn)III類技術(shù)狀態(tài)更改,“載荷正樣產(chǎn)品會(huì)晚于衛(wèi)星正樣結(jié)構(gòu)和平臺(tái)正樣產(chǎn)品研制”風(fēng)險(xiǎn)控制結(jié)果滿足要求。
為充分驗(yàn)證HXMT衛(wèi)星產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝方案的正確性,暴露新故障模式,衛(wèi)星策劃并開展了一系列專項(xiàng)試驗(yàn)和研制試驗(yàn)。
(1)為驗(yàn)證了雙GPS天線合路設(shè)計(jì)方案合理性,獲得了惡劣工況下的雙天線合路GPS定位情況,HXMT衛(wèi)星進(jìn)行了GPS雙天線合路接收外場(chǎng)專項(xiàng)試驗(yàn),模擬驗(yàn)證解決了慣性空間定向無固定對(duì)地面條件下雙天線合路GPS定位及定位精度問題。
(2)針對(duì)動(dòng)量輪支架組件不具備參加結(jié)構(gòu)星力學(xué)試驗(yàn)的情況,通過動(dòng)量輪支架組件專項(xiàng)試驗(yàn)獲得了組件的力學(xué)特性,并在整星狀態(tài)下進(jìn)行了分析計(jì)算,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
(3)針對(duì)載荷研制狀態(tài)新、部組件數(shù)量多的特點(diǎn),在鑒定件投產(chǎn)前,開展了新工藝的鑒定試驗(yàn)(高能主探晶體封裝、中能準(zhǔn)直器、Si-PIN探測(cè)器以及低能遮光膜)、新技術(shù)的性能摸底、力熱環(huán)境及空間環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)(主探測(cè)器技術(shù)、中能掃視電核耦合器件探測(cè)器技術(shù)以及深冷熱管)和薄弱設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)力、熱環(huán)境摸底(中能輻冷板、高能反符合屏蔽探測(cè)器、低能探測(cè)器機(jī)箱)等26項(xiàng)研制試驗(yàn),并通過摸底試驗(yàn)改進(jìn)了:①主探測(cè)器晶體光學(xué)耦合和支撐形式、高能準(zhǔn)直器的膠結(jié)工藝;主探測(cè)器減震設(shè)計(jì)及力學(xué)試驗(yàn)下凹條件、提出了日本賓松光電倍增管篩選條件。②中能準(zhǔn)直器點(diǎn)膠加固工藝、輻冷板的設(shè)計(jì)以及探測(cè)器小信號(hào)ASIC多路讀出技術(shù)。③低能遮光膜鎳網(wǎng)支撐方案、低能探測(cè)器上下機(jī)箱隔熱和保證機(jī)箱整體剛度的設(shè)計(jì)方案。
根據(jù)X射線望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)特點(diǎn),HXMT衛(wèi)星載荷選用了部分首次使用的元器件,這些元器件的生產(chǎn)、工藝、質(zhì)保工作無現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可循。因此,從選用評(píng)審、設(shè)計(jì)改進(jìn)、生產(chǎn)、篩選、電裝、測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)質(zhì)量跟蹤與控制,使質(zhì)量工作充分前移[3],并聯(lián)合物資部門、廠家及時(shí)解決出現(xiàn)的問題,確保裝星元器件滿足載荷要求。
(1)針對(duì)載荷用ME-32 TA6型ASIC電路防靜電指標(biāo)低,在生產(chǎn)、測(cè)試等過程中易受靜電損傷的問題,針對(duì)生產(chǎn)、測(cè)試、篩選、運(yùn)輸、電裝等全過程制定了相應(yīng)的防靜電控制要求和措施,并跟蹤落實(shí)。通過改進(jìn)封裝管殼、設(shè)計(jì)使用專用工裝和包裝、在芯片內(nèi)增加防靜電電路,有針對(duì)性地制定單批質(zhì)保方案、改進(jìn)測(cè)試方法、嚴(yán)格生產(chǎn)工藝工作檢查等措施,確保了器件及最終產(chǎn)品滿足要求并在軌正常運(yùn)行。
(2)針對(duì)MEDET型Si-PIN探測(cè)器防污染能力差的特點(diǎn),提出芯片鍍膜的工藝改進(jìn)方案,通過了專項(xiàng)驗(yàn)證,并制定了針對(duì)性單批質(zhì)保方案。
(3)針對(duì)MEDET型Si-PIN探測(cè)器在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的鈹片脫粘問題,完成了歸零評(píng)審及改進(jìn)后的工藝過程審查,完善了生產(chǎn)過程控制措施。
(4)針對(duì)S9100型高壓模塊在篩選過程中出現(xiàn)性能異常,中國(guó)空間技術(shù)研究院工藝專家針對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部色環(huán)電阻器和OHMITE電阻焊點(diǎn)開裂的焊接工藝問題,給出了改進(jìn)工藝建議,并要求生產(chǎn)廠家進(jìn)行了維修可行性驗(yàn)證。維修后的120只產(chǎn)品通過了篩選試驗(yàn)。
HXMT衛(wèi)星載荷承制單位研制單位為非航天系統(tǒng)內(nèi)部單位,無大型航天載荷研制經(jīng)驗(yàn)。為確保產(chǎn)品研制滿足要求,加強(qiáng)了載荷研制單位的管控工作[4]。
(1)組織產(chǎn)品保證要求等一系列專題培訓(xùn)工作,幫助中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所提升了產(chǎn)品保證能力,對(duì)載荷分系統(tǒng)產(chǎn)品保證計(jì)劃進(jìn)行專項(xiàng)審查,確保產(chǎn)品保證要求落實(shí)到位。
(2)積極參與載荷研制工作,通過評(píng)審、函審、現(xiàn)場(chǎng)檢查、復(fù)核復(fù)審等各種質(zhì)量手段對(duì)其進(jìn)行過程控制,并派駐專人進(jìn)行跟產(chǎn)、監(jiān)管,確保過程質(zhì)量受控[5]。
(3)成立載荷專項(xiàng)工作組,充分利用中國(guó)空間技術(shù)研究院的專家優(yōu)勢(shì),發(fā)揮集體智慧,加速設(shè)計(jì)成熟,降低決策風(fēng)險(xiǎn),協(xié)調(diào)解決載荷研制過程中出現(xiàn)的難點(diǎn)、問題。
(4)協(xié)助開展外協(xié)單位選擇,載荷望遠(yuǎn)鏡主結(jié)構(gòu)及主要單機(jī)由有豐富的航天產(chǎn)品研制經(jīng)驗(yàn)的廠所承擔(dān),確保了產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量。
HXMT衛(wèi)星利用轉(zhuǎn)階段、生產(chǎn)準(zhǔn)備、合蓋前檢查、產(chǎn)品驗(yàn)收等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行過程控制、關(guān)機(jī)節(jié)點(diǎn)階段清理、確認(rèn)、總結(jié)工作[6]。
(1)加強(qiáng)研制過程跟產(chǎn)監(jiān)督,對(duì)產(chǎn)品保證要求落實(shí)情況和產(chǎn)品研制情況進(jìn)行專題檢查。
(2)邀請(qǐng)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(xiàng)檢查確認(rèn)工作。
(3)落實(shí)關(guān)鍵檢驗(yàn)和強(qiáng)制檢驗(yàn),關(guān)注潔凈、污染、多余物、防靜電控制措施。
(4)對(duì)部組件、單機(jī)、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)逐步逐項(xiàng)確認(rèn),對(duì)分配指標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行嚴(yán)格控制。
(5)對(duì)軟件配置管理情況進(jìn)行監(jiān)督,對(duì)所有軟件裝訂參數(shù)進(jìn)行審查,對(duì)固化落焊版本進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。
(6)在產(chǎn)品驗(yàn)收前對(duì)產(chǎn)品研制和數(shù)據(jù)包進(jìn)行全面審查,確認(rèn)設(shè)計(jì)、工藝和過程三類關(guān)鍵特性控制情況和不可測(cè)試項(xiàng)目控制措施落實(shí)的有效性,避免事后復(fù)查,對(duì)于數(shù)據(jù)包不全、驗(yàn)收測(cè)試不充分等不符合要求的堅(jiān)決拒收。
(1)組織開展衛(wèi)星貯存任務(wù)影響分析工作,從衛(wèi)星發(fā)射窗口、對(duì)科學(xué)觀測(cè)任務(wù)的影響、單機(jī)產(chǎn)品地面貯存期影響等方面進(jìn)行了專題分析,分析結(jié)果表明影響可接受。
(2)針對(duì)載荷探測(cè)器對(duì)污染和濕度敏感的特性,對(duì)衛(wèi)星貯存環(huán)境提出了明確的溫度(20℃±5℃)、濕度(≤10%)、潔凈度(優(yōu)于100 000級(jí))和壓力(300~3000 Pa)要求,專門制定了衛(wèi)星貯存方案,并在貯存期內(nèi)對(duì)貯存環(huán)境進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。
(3)衛(wèi)星貯存結(jié)束后,開展了貯存后健康狀態(tài)檢查測(cè)試與評(píng)審確認(rèn)工作,結(jié)果表明:衛(wèi)星貯存條件滿足規(guī)定的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度和壓力等要求,各項(xiàng)質(zhì)量控制措施落實(shí)到位,衛(wèi)星星上產(chǎn)品和單獨(dú)貯存產(chǎn)品經(jīng)過貯存前后測(cè)試驗(yàn)證和數(shù)據(jù)比對(duì)分析功能性能滿足要求。
(1)進(jìn)場(chǎng)前,HXMT衛(wèi)星圍繞著“十新”(新技術(shù)、新材料、新工藝、新狀態(tài)、新環(huán)境、新設(shè)備、新單位、新崗位、新人員、新流程)開展了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作,針對(duì)識(shí)別出的未在北京AIT階段實(shí)施的新流程“星箭對(duì)接后安裝遮陽板”,明確遮陽板安裝的注意事項(xiàng)和安裝要求,細(xì)化、復(fù)核操作流程,并在實(shí)施階段嚴(yán)格控制,新流程引起的高空作業(yè)和運(yùn)載磕碰風(fēng)險(xiǎn)有效消除。
(2)結(jié)合“查狀態(tài)”工作,HXMT衛(wèi)星明確了27個(gè)產(chǎn)品保證工作項(xiàng)目,62個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn),分階段對(duì)衛(wèi)星狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn),衛(wèi)星過程狀態(tài)及最終狀態(tài)滿足要求。
(3)針對(duì)發(fā)射場(chǎng)質(zhì)量保證的有關(guān)要求和衛(wèi)星望遠(yuǎn)鏡潔凈度要求高的特點(diǎn),HXMT衛(wèi)星從望遠(yuǎn)鏡多余物控制措施望遠(yuǎn)鏡,敏感器、望遠(yuǎn)鏡表面清潔,太陽翼安裝過程多余物控制措施,加注過程多余物控制措施,整流罩多余物檢查和確認(rèn)共6個(gè)方面分階段制定了嚴(yán)格的控制措施并嚴(yán)格執(zhí)行,控制結(jié)果符合要求。
HXMT衛(wèi)星產(chǎn)品保證工作通過“提前策劃、有據(jù)可依、有章可循、重點(diǎn)突出、全程受控、及時(shí)總結(jié)、記錄準(zhǔn)確、可以追溯”,貫徹了“預(yù)防為主、一次成功”的原則,針對(duì)衛(wèi)星研制特點(diǎn)提前策劃,識(shí)別風(fēng)險(xiǎn),實(shí)施精細(xì)管理和全過程管控,確保了衛(wèi)星設(shè)計(jì)、制造和使用的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了發(fā)射場(chǎng)零缺陷、發(fā)射成功、在軌穩(wěn)定運(yùn)行。
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