ISO 21494《航天系統(tǒng)
——磁試驗》國際標準編制歷程及其啟示

賈瑞金，齊燕文，鄭文霞，劉超波

（1. 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所； 2. 中國空間技術(shù)研究院：北京 100094）

0 引言

2019年2月22日，北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所主導制定的國際標準ISO 21494《航天系統(tǒng)—磁試驗》[1]由國際標準化組織（ISO）正式發(fā)布。該標準規(guī)定了航天器磁性測量和評估的試驗方法，將有效指導航天器磁性的驗證和控制，避免磁敏感設(shè)備受到磁場干擾，保證航天器的姿態(tài)控制精度。

本文介紹了ISO航天標準的概況，結(jié)合《航天系統(tǒng)—磁試驗》的制定歷程，總結(jié)了磁試驗技術(shù)成果向國際標準轉(zhuǎn)化的過程和方法，為我國航天領(lǐng)域參與制定其他國際標準項目提供經(jīng)驗，也為我國參與其他國際標準化活動、提高標準國際化水平提供借鑒。

1 ISO航天標準概況

國際標準是指國際標準化（標準）組織正式表決批準并且可公開提供的標準。我們通常所說的國際標準化組織主要是指國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）和國際電信聯(lián)盟（ITU）。其中ISO是世界上最大的國際標準化組織，負責制定綜合類國際標準，包括航天國際標準。

1.1 ISO 組織機構(gòu)

ISO是由各國國家標準化機構(gòu)組成的世界范圍的聯(lián)合會，目前有160余個成員國，我國是正式成員國（P成員），由國家標準化管理委員會（SAC）代表我國參與ISO工作。ISO由常設(shè)行政機構(gòu)及技術(shù)機構(gòu)組成，組織機構(gòu)如圖1[2]所示。其中，技術(shù)管理局（TMB）的任務是就ISO技術(shù)工作計劃、協(xié)調(diào)、運作和管理問題向理事會報告，并提供咨詢。技術(shù)委員會（TC）是承擔ISO工作的技術(shù)主體，每個TC可根據(jù)需要設(shè)立若干分技術(shù)委員會（SC），并下設(shè)工作組，ISO標準主要由SC中的工作組（WG）制定。

圖1 ISO 組織機構(gòu)Fig.1 The organization structure of ISO

1.2 ISO 航天標準概況

ISO目前設(shè)有近300個TC，其中航空航天標準化技術(shù)委員會TC20負責制定航天領(lǐng)域標準。TC20標準化工作的主要目標是：

1）制定關(guān)于航空器和航天器的零部件、設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計、建造、試驗和評估、操作，航空交通管理，維護和處置以及相關(guān)的安全性、可靠性和環(huán)境等方面國際公認的標準。

2）維護和保證這些標準具有經(jīng)濟性，符合用戶和市場需求，支撐相應技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

3）提高效率，持續(xù)追求過程改進，縮短標準制定周期，提高標準化競爭力。

TC20下設(shè)11個SC，其中，空間數(shù)據(jù)與信息傳輸系統(tǒng)標準化分技術(shù)委員會（SC13）和空間系統(tǒng)及其應用標準化分技術(shù)委員會（SC14）負責制定國際航天標準。SC13、SC14所涉及的專業(yè)領(lǐng)域非常廣泛，包括空間數(shù)據(jù)與信息傳輸、設(shè)計工程、接口綜合與試驗、運行與地面支持、空間環(huán)境、項目管理、材料與工藝、空間碎片等。

截至2019年3月，ISO正式發(fā)布且現(xiàn)行有效的航天標準共166項，發(fā)布時間與數(shù)量見圖2，其中由中國主導編制的有11項，占比不足7%[3]。

圖2 已發(fā)布的 ISO 航天標準Fig.2 The number of published ISO space standards

2 磁試驗國際標準制定背景

2.1 航天事業(yè)發(fā)展趨勢的需要

國際標準是世界“通用語言”和共同遵守的準則，在經(jīng)濟技術(shù)全球化的今天，技術(shù)標準已經(jīng)逐漸成為國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵因素。近年來，發(fā)達國家紛紛制定各自的標準化發(fā)展戰(zhàn)略，投入相當?shù)慕?jīng)費和人力進行標準的研究和制定，并以此作為加強其國際技術(shù)、貿(mào)易和產(chǎn)業(yè)競爭的重要手段，確保其高新技術(shù)產(chǎn)品總是處于領(lǐng)導潮流的位置，并由此為其技術(shù)推廣、占領(lǐng)世界市場奠定基礎(chǔ)。

隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，黨和國家把航天作為大力推進自主創(chuàng)新的重要領(lǐng)域之一，發(fā)出了“發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強國”的號召，提出了率先達到世界先進水平的更高要求。我國航天事業(yè)經(jīng)過多年的不懈努力，取得了一系列舉世矚目的輝煌成就，特別是進入“十二五”以來，面臨航天型號高強度研制、高密度發(fā)射、大批量交付的常態(tài)形勢，及規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的科研生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型任務需求，標準補給加快升級換代，標準領(lǐng)域逐步拓展，已制定4000多項國家軍用標準和航天行業(yè)標準，并利用現(xiàn)有資源進行一整套國家航天標準的制定。但與其他航天大國相比，參與制定的國際標準卻寥寥無幾，發(fā)布時間與數(shù)量（參見圖3[4]）與我國航天企業(yè)的技術(shù)水平很不匹配。

圖3 中國主導制定并已發(fā)布的 ISO 航天標準Fig.3 The number of published ISO space standards drawn up by China

制定國際標準就等于掌握了產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展，能夠提前3～5年把握未來的產(chǎn)業(yè)方向。特別是隨著以空間探索、和平利用空間為主的民用航天活動日益頻繁，越來越多的國家、國際組織積極開展航天領(lǐng)域的國際合作，航天國際標準的重要性更加凸顯。因此開展國際標準的跟蹤、研究、轉(zhuǎn)化、應用和推廣，更多參與和主導制定航天國際標準，以爭取更多國際話語權(quán)，提升市場競爭力迫在眉睫。

2.2 現(xiàn)有磁試驗標準的局限

空間磁場與航天器磁矩發(fā)生作用產(chǎn)生的力矩會影響航天器的飛行姿態(tài)；另一方面，航天器產(chǎn)生的磁場會影響一些磁敏感載荷的工作。在航天器發(fā)射前進行磁試驗，測量航天器的磁性并使其達到設(shè)計要求非常必要，對于低軌道航天器和有磁潔凈要求的航天器尤其重要。國外航天機構(gòu)很早就發(fā)現(xiàn)了磁環(huán)境對航天器的影響，從20世紀60—70年代起就開始了航天器磁性研究，并建立了相應的磁試驗標準或者規(guī)范，比較有代表性的有美國軍用標準MILSTD-2142A(SH)[5]、MIL-STD-2143(SH)[6]、NASA SP-8018[7]、美國航空航天局的 NASA SP-8037[8]，歐洲的 Defence Standard 02-617[9]、ECSS-E-ST-10-03C[10]、ECSS-E-ST-20-07C[11]和日本的JAXA-JERG-2-130[12]。國內(nèi)從20世紀90年代開始航天器磁試驗方面的研究工作，建立了大型磁試驗設(shè)備開展地面試驗，形成了GB/T 32307—2015《航天器磁性評估和控制方法》[13]、QJ 20422.4—2016《航天器組件環(huán)境試驗方法 第4部分：磁試驗》和QJ 20003—2011《航天器磁性檢測方法》等標準。

雖然各個開展航天器研制的國家均有相應的磁試驗標準或者規(guī)范，但是在ISO 21494《航天系統(tǒng)——磁試驗》之前，沒有統(tǒng)一的磁試驗標準。在航天系統(tǒng)系列標準中，唯一涉及磁試驗的國際標準是ISO 15864《 Space systems-General test methods for spacecraft, subsystems, and units》[14]。該標準是 ISO在航天器試驗方面的頂層標準，雖然對磁試驗有所提及，但是相關(guān)章節(jié)只給出了磁試驗的概括，不涉及具體的磁試驗技術(shù)要求和試驗方法等內(nèi)容。隨著國際上航天貿(mào)易的不斷增加，為了增加各國之間磁試驗方法的說服力，有必要在國際上提出統(tǒng)一的試驗標準，有效協(xié)調(diào)和平衡各國標準之間的沖突，為國際合作提供統(tǒng)一的平臺。

3 磁試驗國際標準制定歷程

制定一項國際標準少則5～6年，多則7～8年。由于航天領(lǐng)域的特殊性，確定編制新的國際標準需要多方協(xié)調(diào)，一般航天領(lǐng)域國際標準從立項到制定、審議等程序的時間歷程會更長。

3.1 ISO 標準制定流程

ISO國際標準化工作需要遵循嚴格的程序及其相應的階段要求。一項國際標準的制定需要經(jīng)歷的階段如表1[15]所示，從確立為新工作項目提案（NP）開始之日起，一般需要經(jīng)過36月的時間才能形成正式的國際標準。

表1 ISO 標準制定流程Table 1 The formulation and revision for ISO standards

3.2 磁試驗國際標準制定過程

2012年，北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所積極響應中國航天科技集團有限公司“力爭主導核心領(lǐng)域國際航天標準”的行動路線，啟動國際標準項目的策劃和培育工作。在透徹研究標準工作相關(guān)要求、認真分析自身優(yōu)勢和系統(tǒng)籌劃可制定國際標準的重點領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，經(jīng)過認真研究和嚴格評估，選取了“磁試驗國際標準”項目，并選派具有深厚試驗理論知識以及國際合作經(jīng)驗的技術(shù)專家作為項目小組組長，開展項目的籌備工作。主要歷程包括：

1）提出申報

2013年5月，在俄羅斯莫斯科舉辦的第39屆ISO/TC20/SC14全體會議上，北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所首次向與會專家提出了申報制定《航天系統(tǒng)——磁試驗》ISO標準新項目建議的意向，并獲得認可，注冊為新工作項目（NWIP2013002）。

2）正式立項

3）標準制定

“磁試驗國際標準”項目立項后，項目組組建了以中國專家為項目負責人，德國、意大利、日本和美國一流技術(shù)專家參加的國際團隊，開展為期3年的試驗研究和標準制定工作。項目組對國內(nèi)外航天器磁試驗標準、規(guī)范和文獻等相關(guān)資料進行了收集，策劃開展相應的理論分析和試驗驗證，提煉出了國際適用的磁試驗術(shù)語、試驗項目、試驗室環(huán)境要求、試驗方法等各項標準內(nèi)容。針對磁矩測量試驗方法這一關(guān)鍵技術(shù)難點，項目組深入研究各國磁矩測量程序與計算原理，就各種方法的特性和適用范圍加以試驗驗證，并與國內(nèi)外航天器磁試驗領(lǐng)域?qū)＜疫M行了多次交流和不斷修改，最終選擇了各國比較認可的2種磁矩測量方法寫入標準，獲得了ISO編委會各成員國的支持。

自此，項目組通過郵件與ISO的各國專家進行討論，適時邀請各國專家或受邀參與國外研討會，就標準技術(shù)內(nèi)容與各國專家積極溝通并交換意見。2013年10月至2015年間，項目組在ISO/TC20/SC14全體會議和WG2小組會議上就磁試驗標準草案的修訂版本及時向小組內(nèi)的專家進行介紹并匯報進展。

2015年在ISO/TC20/SC14的WG2小組會議之后，ISO標準委員會同意“磁試驗國際標準”項目進入投票階段。2015年12月4日至2016年3月4日，SC14分技術(shù)委員會開展為期3月的各成員國投票，得到美國、俄羅斯、日本、法國、德國等世界航天大國的響應和支持，“磁試驗國際標準”項目順利獲得提案（立項）通過，并發(fā)布國際標準新工作項目編號 ISO/AWI 21494。

在標準制定期間，項目組加強與國際標準化組織各成員國之間的交流，積極參與ISO、SC14、WG2等活動，通過智力引進聘?；顒友垏H專家進行技術(shù)研討，利用商業(yè)活動進行溝通合作，充分了解各國專家的意向和意見，特別針對存在質(zhì)疑的一些主要問題，比如探測器數(shù)量與位置的設(shè)置、計算方法的選擇等問題，及時做出有針對性的解釋，確保獲得各國專家對標準草案的肯定。

4）標準發(fā)布

2018年 12月 24日，ISO 21494《航天系統(tǒng)——磁試驗》高票通過了國際標準化組織ISO/TC20/SC14分技術(shù)委員會的FDIS（批準階段）投票，并于2019年2月22日正式發(fā)布。

回顧此項國際標準制定，工作組按照國際標準制定工作程序，陸續(xù)通過各個階段（見圖4），前后歷經(jīng)6年，展現(xiàn)了中國在航天磁試驗方面的一流技術(shù)水平和強大引領(lǐng)能力。

圖4 ISO 21494《航天系統(tǒng)——磁試驗》時間歷程Fig.4 The time history of ISO 21494

4 磁試驗國際標準的主要內(nèi)容

磁試驗國際標準包括范圍、術(shù)語和定義、縮略語、試驗要求、試驗項目、試驗方法以及試驗報告等，在標準附錄中給出了磁場和磁矩測量方法、充退磁試驗方法、磁補償方法的具體操作程序。

磁試驗的目的是測量受試設(shè)備的剩磁矩和雜散磁矩，以及受試設(shè)備產(chǎn)生的磁場及其分布，驗證受試設(shè)備磁性是否符合設(shè)計要求，并通過磁補償使受試設(shè)備磁性達到設(shè)計要求。根據(jù)試驗目的，標準規(guī)定了磁場測量、磁矩測量、充退磁測量和磁補償測量等4項試驗項目，以及各項目的試驗方法。

4.1 磁場測量方法

標準確定了2種磁場測量方法。通用的磁場測量方法主要是利用高精度磁強計直接測量某位置點的磁場，或者通過多探測器測量航天器周圍的磁場分布。

4.2 磁矩測量試驗方法

標準給出的磁矩測量方法主要有偶極子法和近場法。偶極子法可以作為國際通用的基礎(chǔ)測量方法；近場法（分三探測器方法、四探測器方法和多偶極子法）可以作為一種高精度的補充測量方法。

4.3 充退磁試驗方法

充磁是把受試設(shè)備置于充（退）磁線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的DC磁場中。退磁是將受試設(shè)備置于充（退）磁設(shè)備產(chǎn)生的磁場峰值逐步衰減的AC磁場中。通過比較和分析國內(nèi)外不同的充退磁參數(shù)，標準給出了通用的充退磁試驗程序和參數(shù)設(shè)置建議范圍。

4.4 磁補償試驗方法

磁補償通常采用在受試設(shè)備上粘貼補償磁體的方式實現(xiàn)。所粘貼補償磁體的磁矩經(jīng)過測試選定，具有特定的方向和大小，以達到補償受試設(shè)備磁性的目的。標準給出了補償磁體的選材建議，一般為釹鐵硼磁體。

5 經(jīng)驗總結(jié)

國際標準制定需要持續(xù)的跟蹤研究及投入，在磁試驗國際標準的制定過程中，項目組對工作內(nèi)容、工作現(xiàn)狀、存在問題等進行細致分解和詳盡分析，全面梳理工作流程，深入思考實施途徑，最終形成兼容并蓄、博采眾長的磁試驗國際標準。總結(jié)該標準的編制成功經(jīng)驗如下：

1）在新項目提案篩選時，針對本單位專業(yè)情況，從技術(shù)水平、社會和經(jīng)濟效益、國際標準化能力等方面開展新項目優(yōu)勢度評價，選擇具有專業(yè)優(yōu)勢且通用的、共性的、能引起國際共鳴和關(guān)注的項目給予支持和培育。

2）在項目預備階段，選派資深專家?guī)ш?，建立以專家團隊為技術(shù)后盾的項目組，加強資料的收集與整理，深入調(diào)研專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)國家和國際組織的標準，并開展對比分析；同時深入了解國際標準的制定流程，加強與國外專家的溝通交流。

3）在項目提案階段，隨時關(guān)注立項投票進展，與ISO的TC或者SC保持密切聯(lián)系，并及時與有關(guān)國家的專家特別是負責投票的專家進行溝通。如發(fā)現(xiàn)存在影響立項通過的問題，要及時積極應對解決。

4）在標準編制過程中，要熟悉標準草案的編制原則和表達方式，選擇精通英文的專家負責具體的文字工作。積極參與ISO/IEC等相關(guān)國際標準化組織的活動，保持與國外專家的定期密切聯(lián)系，并針對其提出的意見進行充分溝通、協(xié)調(diào)和反饋，確保標準文本的清晰性、一致性、完備性和可操作性。

6 結(jié)束語

ISO 21494《航天系統(tǒng)——磁試驗》規(guī)定了適用于航天器系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級和部組件級的磁試驗方法。填補了國際標準體系中專門用于航天器產(chǎn)品的磁試驗標準空白，也是一項具有很強實用性的基礎(chǔ)類標準,依據(jù)此標準可有效地對航天器進行磁環(huán)境的考核。它的制定和發(fā)布有助于統(tǒng)一各國標準中不一致的技術(shù)環(huán)節(jié)，指導各國進行航天器磁試驗，在磁試驗技術(shù)方面引領(lǐng)國際先進水平，充分展示中國航天的軟實力。

隨著中國航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國將在國際空間標準化活動中發(fā)揮越來越重要的作用，成為全球性航天標準的開發(fā)者和主導者是中國航天標準未來的發(fā)展方向?？偨Y(jié)ISO 21494《航天系統(tǒng)——磁試驗》國際標準的制定經(jīng)驗，探討中國航天將優(yōu)勢技術(shù)成果向國際標準轉(zhuǎn)化的過程和方法，從而掌握制定國際標準的主動權(quán)和話語權(quán)，對航天企業(yè)跨越國際貿(mào)易中的技術(shù)壁壘，不斷增強國際競爭力具有十分重要的意義。