通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)真空熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析及解決策略

劉春濤，鄒恒光，畢大為，張 楊，王海英，魏曉楠

（中國(guó)空間技術(shù)研究院 通信衛(wèi)星事業(yè)部，北京 100094）

0 引言

通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)真空熱試驗(yàn)（以下簡(jiǎn)稱熱試驗(yàn)）在整星研制流程中具有相當(dāng)重要的作用，一般包括熱平衡試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)2部分[1-2]。

衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱平衡試驗(yàn)主要目的是：驗(yàn)證整星正樣熱設(shè)計(jì)及熱控實(shí)施的正確性及效果；驗(yàn)證整星正樣熱分析計(jì)算，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)衛(wèi)星熱數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，根據(jù)修正后的模型預(yù)示衛(wèi)星在軌工礦下的溫度；由熱平衡試驗(yàn)提供熱真空試驗(yàn)的邊界溫度；在模擬軌道工況條件下考核衛(wèi)星的工作性能，特別是熱控產(chǎn)品的性能。

衛(wèi)星熱真空試驗(yàn)主要目的是：在熱真空循環(huán)溫度條件下考核衛(wèi)星的工作性能；獲取衛(wèi)星在模擬空間環(huán)境下的完整性能數(shù)據(jù)；模擬空間環(huán)境下的特定功能檢查；暴露衛(wèi)星工藝、質(zhì)量缺陷。

通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)涉及衛(wèi)星總體及各分系統(tǒng)，同時(shí)也涉及衛(wèi)星總裝、綜合測(cè)試和試驗(yàn)承試方等多家單位。試驗(yàn)技術(shù)流程復(fù)雜，協(xié)調(diào)工作量大，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目數(shù)量多、難度大，稍有不慎就會(huì)造成欠試驗(yàn)、過(guò)試驗(yàn)甚至星上產(chǎn)品受損等質(zhì)量問(wèn)題。因此，需重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)工作，提前識(shí)別熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，組織制定有效的控制措施和產(chǎn)品保證流程，并在熱試驗(yàn)過(guò)程中組織落實(shí)，確保衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)順利進(jìn)行[3-4]。

通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)一般可劃分為試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，熱平衡試驗(yàn)前，熱平衡與熱真空試驗(yàn)，試驗(yàn)撤收及試驗(yàn)總結(jié)4個(gè)階段。本文將按照試驗(yàn)技術(shù)流程主線情況分別論述各階段產(chǎn)品保證流程。

1 系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析

本文按照系統(tǒng)工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制理論，參考通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)工作實(shí)際情況，梳理形成衛(wèi)星熱試驗(yàn)實(shí)施方案、熱試驗(yàn)準(zhǔn)備工作符合性、熱試驗(yàn)中對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器首次推信號(hào)的放氣操作和轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)熱試驗(yàn)小信號(hào)監(jiān)視等具體技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制項(xiàng)目。

2 解決策略

根據(jù)上述風(fēng)險(xiǎn)分析，提出制定系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)產(chǎn)品保證流程，通過(guò)規(guī)范技術(shù)流程、計(jì)劃流程和產(chǎn)品保證項(xiàng)目對(duì)風(fēng)險(xiǎn)加以管控，并按照通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)的4個(gè)階段分別編制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制流程。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段

熱試驗(yàn)準(zhǔn)備階段主要是指衛(wèi)星吊入（推入）熱試驗(yàn)容器前的各項(xiàng)工作，包括熱試驗(yàn)方案的協(xié)調(diào)、衛(wèi)星熱試驗(yàn)改裝與技術(shù)狀態(tài)確認(rèn)、試驗(yàn)工裝準(zhǔn)備等。通用的技術(shù)流程和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)流程Fig.1 System thermal vacuum test flow for telecommunication satellite (Preparation period)

通信衛(wèi)星各型號(hào)有效載荷間差異性較大，轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)熱試驗(yàn)測(cè)試方案不盡相同，因此進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)熱試驗(yàn)測(cè)試方案評(píng)審非常必要。待有效載荷熱試驗(yàn)測(cè)試方案確定后，各型號(hào)將重點(diǎn)開(kāi)展熱試驗(yàn)及其綜合測(cè)試的相關(guān)文件評(píng)審工作。同時(shí)，熱試驗(yàn)方案確定后衛(wèi)星熱試驗(yàn)改裝和試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)與實(shí)施工作也同步進(jìn)行。衛(wèi)星熱試驗(yàn)改裝期間，衛(wèi)星根據(jù)方案擬定的技術(shù)狀態(tài)檢查表進(jìn)行相關(guān)技術(shù)狀態(tài)確認(rèn)工作。相關(guān)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目及其控制措施詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制Table 1 Technical risks for system-level thermal vacuum test (Preparation period)

2.2 熱平衡試驗(yàn)前

衛(wèi)星完成前期試驗(yàn)大綱、實(shí)施方案確定及熱試驗(yàn)改裝后，衛(wèi)星將根據(jù)試驗(yàn)容器情況選擇吊入或推入的方式進(jìn)行吊裝工作及進(jìn)罐操作。隨后衛(wèi)星開(kāi)展試驗(yàn)前的測(cè)試工作。通用的技術(shù)流程和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制流程詳見(jiàn)圖2。

圖2 熱平衡試驗(yàn)前的通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)流程Fig.2 System thermal vacuum test flow for telecommunication satellite(Pre-test)

衛(wèi)星測(cè)試隊(duì)伍在測(cè)試前已按要求完成測(cè)試設(shè)備聯(lián)調(diào)工作。為規(guī)避相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目辦在衛(wèi)星加電前組織召開(kāi)熱試驗(yàn)測(cè)試準(zhǔn)備就緒評(píng)審會(huì)，對(duì)地面設(shè)備標(biāo)檢、設(shè)備和電纜聯(lián)調(diào)[5]、測(cè)試軟件版本以及衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行審查、確認(rèn)，確保測(cè)試電纜連接正確、測(cè)試系統(tǒng)及衛(wèi)星滿足試驗(yàn)前測(cè)試要求。同時(shí)，承試單位和熱控分系統(tǒng)共同對(duì)試驗(yàn)熱響應(yīng)進(jìn)行檢查，并對(duì)微波負(fù)載循環(huán)水系統(tǒng)等試驗(yàn)工裝進(jìn)行聯(lián)調(diào)和檢查。衛(wèi)星完成試驗(yàn)前測(cè)試后，項(xiàng)目辦根據(jù)熱試驗(yàn)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品保證流程，在試驗(yàn)前組織試驗(yàn)準(zhǔn)備就緒評(píng)審會(huì)。衛(wèi)星總體、各分系統(tǒng)、綜合測(cè)試、承試單位以及條件保障等單位參加，匯報(bào)各自的準(zhǔn)備情況及后續(xù)工作計(jì)劃，并就相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行討論。通過(guò)試驗(yàn)準(zhǔn)備就緒評(píng)審會(huì)，衛(wèi)星加電設(shè)置狀態(tài)，滿足相關(guān)要求后承試單位正式試驗(yàn)開(kāi)機(jī)。衛(wèi)星熱平衡試驗(yàn)前的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制項(xiàng)目及措施詳見(jiàn)表2。

表2 熱平衡試驗(yàn)前的熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制Table 2 Technical risk table for system-level thermal vacuum test (Pre-test)

2.3 熱平衡試驗(yàn)與熱真空試驗(yàn)

衛(wèi)星熱試驗(yàn)開(kāi)機(jī)后，按照既定技術(shù)流程依次進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)。根據(jù)衛(wèi)星在軌全壽命周期內(nèi)有效載荷不同的工作模式及備份方式，熱平衡試驗(yàn)一般包含4個(gè)工況；根據(jù)衛(wèi)星單機(jī)考核覆蓋性，熱真空試驗(yàn)一般分為4個(gè)溫度循環(huán)，每次循環(huán)在高溫、低溫端停留進(jìn)行衛(wèi)星性能測(cè)試。通用的技術(shù)流程和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制流程詳見(jiàn)圖3。

圖3 熱平衡試驗(yàn)與熱真空試驗(yàn)的通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)流程Fig.3 System-level thermal vacuum test flow for telecommunication satellite (During test)

確認(rèn)衛(wèi)星和環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備滿足試驗(yàn)開(kāi)始條件后，承試方根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置試驗(yàn)環(huán)境工況狀態(tài)，星上各分系統(tǒng)按測(cè)試大綱要求進(jìn)行衛(wèi)星狀態(tài)設(shè)置和測(cè)試，試驗(yàn)期間各分系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)判讀。待熱平衡試驗(yàn)或熱真空試驗(yàn)完成后，項(xiàng)目辦組織試驗(yàn)小結(jié)，確保試驗(yàn)項(xiàng)目完整性。若試驗(yàn)期間發(fā)生地面設(shè)備異常故障，應(yīng)按既定的故障預(yù)案進(jìn)行操作；若發(fā)現(xiàn)測(cè)試、試驗(yàn)異常，應(yīng)按要求開(kāi)展不合格品審理或質(zhì)量問(wèn)題歸零。熱平衡試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)過(guò)程的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目和控制措施詳見(jiàn)表3。

表3 熱平衡試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)的熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制Table 3 Technical risks for system-level thermal vacuum test (During test)

2.4 試驗(yàn)撤收及試驗(yàn)總結(jié)

熱真空試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行試驗(yàn)撤收工作。撤收工作包括測(cè)試電纜、微波負(fù)載水冷設(shè)施等拆除，以及衛(wèi)星從試驗(yàn)容器移出等大型吊裝工作。隨后還須組織開(kāi)展試驗(yàn)總結(jié)工作。通用的技術(shù)流程和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制流程詳見(jiàn)圖4，相關(guān)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目及控制措施詳見(jiàn)表4。

撤收工作中，應(yīng)避免紅外燈陣、微波負(fù)載等近星區(qū)域內(nèi)的試驗(yàn)設(shè)備與衛(wèi)星表面、星表突出物的接觸。試驗(yàn)完成后，項(xiàng)目辦組織試驗(yàn)總結(jié)和測(cè)試總結(jié)評(píng)審會(huì)。必要時(shí)，還將對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題組織歸零評(píng)審。試驗(yàn)總結(jié)和測(cè)試總結(jié)中將分別梳理和確認(rèn)試驗(yàn)條件加載情況及測(cè)試項(xiàng)目完成情況，并對(duì)各試驗(yàn)工況下衛(wèi)星各項(xiàng)功能、性能參數(shù)進(jìn)行判讀和分析，確認(rèn)衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)符合性及試驗(yàn)條件下衛(wèi)星功能、性能水平。

圖4 試驗(yàn)撤收及試驗(yàn)總結(jié)階段的通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)流程Fig.4 System-level thermal vacuum test flow for telecommunication satellite (Post test)

表4 試驗(yàn)撤收及試驗(yàn)總結(jié)階段的熱試驗(yàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制Table 4 Technical risk table for system-level thermal vacuum test(post test)

3 系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)產(chǎn)品保證流程的應(yīng)用

在總結(jié)前期相關(guān)“東四”平臺(tái)衛(wèi)星熱試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和共性工作項(xiàng)目，分析其中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)形成了通信衛(wèi)星產(chǎn)品保證流程，并在多顆商用通信衛(wèi)星和“實(shí)踐”通信衛(wèi)星熱試驗(yàn)中推廣應(yīng)用。各型號(hào)按照本產(chǎn)品保證流程提前策劃和編寫技術(shù)狀態(tài)檢查表、地面測(cè)試設(shè)備聯(lián)調(diào)細(xì)則等材料，過(guò)程中嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)產(chǎn)品保證工作項(xiàng)目，計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)將策劃清楚的產(chǎn)品保證活動(dòng)納入到科研生產(chǎn)主線中并留有適合的工作時(shí)間，確保了系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)產(chǎn)品保證工作保質(zhì)、保量落實(shí)到位，連續(xù)十余個(gè)型號(hào)的通信衛(wèi)星未發(fā)生熱試驗(yàn)重大問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)產(chǎn)品保證流程從無(wú)到有的過(guò)程，是在充分分析識(shí)別系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并借鑒其他產(chǎn)品保證流程的基礎(chǔ)上完成的，它為型號(hào)研制隊(duì)伍提供了有效的保證：流程為型號(hào)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)提供了操作層面的依據(jù)與參考，計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)人員將梳理出的產(chǎn)品保證工作項(xiàng)目納入到計(jì)劃流程中，確保了各產(chǎn)品保證工作順利進(jìn)行；同時(shí)，設(shè)計(jì)師系統(tǒng)特別是參加型號(hào)研制的新人員根據(jù)產(chǎn)品保證流程對(duì)自身的工作進(jìn)行了深入的了解，各項(xiàng)工作的開(kāi)展方式、開(kāi)展時(shí)機(jī)及完成形式得到了進(jìn)一步的規(guī)范。

自通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)熱試驗(yàn)產(chǎn)品保證流程編制及推廣應(yīng)用至今，熱試驗(yàn)相關(guān)工作得以優(yōu)化與規(guī)范，通信衛(wèi)星已實(shí)現(xiàn)十余顆衛(wèi)星未出現(xiàn)人為原因引起的質(zhì)量問(wèn)題。相信在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)人員的共同努力下，以熱試驗(yàn)產(chǎn)品保證流程為代表的通信衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品保證流程將會(huì)起到更大的作用。