基于“三個面向”的航天器電源與供配電專業(yè)標準體系建設探討

姜東升 付林春 杜紅 王磊

（1北京空間飛行器總體設計部，北京，100094；2北京空間科技信息研究所，北京，100086）

為了落實中國航天科技集團有限公司（以下簡稱集團公司）標準化工作的戰(zhàn)略部署和工作要求，貫徹“一個CASC，一套標準”工作要求，科學繼承航天標準化工程的成果和經驗，構建與新的研制模式相適應的標準體系，航天科技五院總體設計部電源與供配電標準專業(yè)組以“三個面向”（面向產品、面向流程、面向組織）為切入點，開展電源與供配電專業(yè)領域標準體系的建設。

航天型號工程實踐證明，標準化是統(tǒng)一技術狀態(tài)水平、規(guī)范設計和生產行為、確保航天電源與供配電系統(tǒng)的產品質量的技術基礎。本文依據“系統(tǒng)規(guī)劃、提升能力、便于操作執(zhí)行”的原則，對電源與供配電專業(yè)技術產品體系進行梳理，并對產品研制流程和組織開展“三個面向”的研究策劃，對現有設計標準和規(guī)范進行分析，結合未來專業(yè)技術發(fā)展需求，建立適應我國航天器電源與供配電專業(yè)研發(fā)和產品實現模式的標準體系，提出開展標準研究和標準編制的方向和工作項目，做到推動技術標準、工作標準及產品標準“橫向一致”和各級承研單位“縱向貫通”。

1 基于“三個面向”的電源與供配電專業(yè)標準范疇分析

1.1 電源與供配電專業(yè)技術體系研究

傳統(tǒng)的航天器電源與供配電專業(yè)技術體系分類包括供配電系統(tǒng)技術、一次電源技術和總體電路技術等3大方向，如圖1所示。需要針對每項專業(yè)技術的設計、技術實現和技術驗證開展相關標準規(guī)范制定的研究工作，以適應新技術和新產品研發(fā)和應用工作的開展。

圖1 傳統(tǒng)航天器電源與供配電專業(yè)技術方向框圖

a）供配電系統(tǒng)技術：

包括供配電系統(tǒng)設計技術、供配電系統(tǒng)測試技術、供配電系統(tǒng)評估技術、供配電系統(tǒng)仿真技術等4個技術分支。

b）一次電源技術：

包括電源控制與管理技術、發(fā)電技術、儲能技術等3個技術分支。其中，電源控制與管理技術包括：S3R功率調節(jié)技術、2S4R功率調節(jié)技術、MPPT功率調節(jié)技術、無線能量傳輸技術、BCR設計技術、BDR設計技術、高壓大功率電源系統(tǒng)技術、多器并網電源系統(tǒng)技術、多器多母線電源系統(tǒng)技術。發(fā)電技術包括：太陽電池陣技術、核反應堆技術、同位素溫差發(fā)電技術。儲能技術包括：鋰離子蓄電池技術、一次電池儲能技術、超級電容儲能技術、燃料電池儲能技術。

c）總體電路技術：

包括配電控制技術、火工品控制技術、電纜網傳輸技術、電源變換技術等4個技術分支。配電控制技術包括：配電體系設計技術、固態(tài)/機械配電控制電路設計技術、配電安全性設計技術、智能配電管理技術?；鸸て房刂萍夹g包括：火工母線供電體系設計技術、火工控制電路設計技術、火工裝置地面可測試性設計技術、火工控制系統(tǒng)驗證技術。電纜網傳輸技術包括：電連接器和導線規(guī)劃選型、匯流條/超導功率傳輸技術、線徑選擇技術、分支設計技術、大功率電纜熱設計技術、電纜EMC設計技術電纜網測試技術。電源變換技術包括電源變換設計技術和電源變換測試及驗證技術。

1.2 電源與供配電專業(yè)產品體系研究

對航天器電源與供配電專業(yè)技術體系3大方向的產品，即供配電系統(tǒng)產品、一次電源產品和總體電路產品進行梳理，共有17類產品，如圖2所示。其中，核心產品包括電源控制器、太陽電池產品、一次蓄電池產品、二次蓄電池產品和電纜網，共計5類單機產品，有較為完善的設計、制造、裝配、測試、試驗和產品規(guī)范。新技術研發(fā)產品包括無線能量傳輸裝置、核熱電產品、超級電容儲能產品、BUSBAR匯流條，共計4類，為了保證產品研制過程規(guī)范可控，需要重點開展設計、制造、裝配、測試、試驗和產品規(guī)范的建設。

圖2 航天器電源與供配電專業(yè)產品

1.3 電源與供配電專業(yè)研制流程與研制組織研究

供配電業(yè)務一般包括分系統(tǒng)設計、功率平衡分析、電源產品研制與試驗、電纜網設計、整星供配電大圖繪制和接地設計、整星供配電可靠性安全性設計、AIT與發(fā)射場測試、飛控與在軌管理等。業(yè)務流程主要包括：方案設計、初樣詳細設計、電性產品投產和測試及試驗驗證、鑒定件投產試驗驗證（新產品）、正樣方案設計、正樣件產品投產和測試及試驗驗證、發(fā)射場電測、在軌管理與維護等。

電源與供配電分系統(tǒng)研制通常采取總體單位抓總，不同單機廠所設計、承研并提供合格單機設備，總體單位驗收后在分系統(tǒng)進行聯(lián)試，在整星階段進行電測、環(huán)境試驗和老練試驗測試的研制模式。因此，必須加強專業(yè)技術標準的頂層設計，制定滿足專業(yè)設計、生產、測試、試驗要求等的科學、系統(tǒng)的標準規(guī)范。同時結合產品的研制流程，重點關注研制單位的技術界面和研制階段的質量保證，提供通用的標準規(guī)范用，為通用產品的研制提供統(tǒng)一的設計、生產、測試、試驗、鑒定和驗收標準，以提升專業(yè)設計能力，規(guī)范產品研制過程。

2 總體設計部電源與供配電專業(yè)標準體系分析

2.1 電源與供配電專業(yè)標準體系梳理

通過對現有電源與供配電專業(yè)標準的梳理，將標準分為系統(tǒng)級 （A）、分系統(tǒng)級 （B）、單機級（C）3個級別，如圖3所示。

圖3 總體設計部電源與供配電標準體系

● 系統(tǒng)級 （A）：規(guī)范電源與供配電系統(tǒng)和整星其它分系統(tǒng)相關的接口、設計的標準。

● 分系統(tǒng)級 （B）：電源與供配電分系統(tǒng)設計、分系統(tǒng)接口、可靠性安全性設計，以及生產、裝配、測試、試驗、驗收的標準及規(guī)范。

● 單機級 （C）：規(guī)范電源與供配電系統(tǒng)各類單機產品的設計、生產、裝配、測試、試驗、驗收和產品保證的單機產品質量保證類標準。

2.2 與“一套CASC”標準體系銜接關系

2019年，集團公司提出了“一個CASC，一套標準”的工作部署，目標是建成集團公司統(tǒng)一的標準體系，推動標準 “橫向一致”，實現由支撐精細到支撐精益升級，支撐高質量保證成功。

總體設計部的電源與供配電專業(yè)標準體系與集團公司CASC標準體系高度契合，因此A類系統(tǒng)級標準和B類分系統(tǒng)級標準可以直接歸入CASC標準體系的設計與試驗標準分支中；C類產品標準中電源控制器、太陽翼、蓄電池、配電器、電纜網和火工品管理器這些產品標準的設計、測試、試驗、產品規(guī)范以及在軌健康管理標準可以劃分到CASC標準體系的產品標準分支；C類產品標準中的通用制造與裝配工藝類標準，可以嵌套進CASC標準體系的生產制造標準分支。

3 電源與供配電專業(yè)標準體系運行管理思路

按照我國航天領域標準的級別分類，航天電源與供配電標準體系包括國標、國軍標、航天行業(yè)標準和航天企業(yè)標準4大類。其中國家標準（GB）建議重點關注和統(tǒng)一航天器研制過程中的術語、接口要求和可靠性安全性等分系統(tǒng)級共性問題的通用標準。國軍標（GJB）重點解決分系統(tǒng)級共性問題的規(guī)范和統(tǒng)一，規(guī)定航天器電源與供配電系統(tǒng)設計、試驗過程的要求、程序和方法等內容。同時對通用產品的型譜、產品規(guī)范、設計、標定、試驗、包裝和運輸等方面進行標準化規(guī)定。航天行業(yè)標準（QJ）屬于行業(yè)級的指導性技術文件類標準，指導行業(yè)內部不同企業(yè)間形成統(tǒng)一的電源與供配電系統(tǒng)設計要求、設計規(guī)范、接口要求、試驗驗證方法類標準和產品規(guī)范要求。企業(yè)標準是航天企業(yè)根據自身承擔型號產品研制特點形成的，指導企業(yè)內部分系統(tǒng)和單機設計、生產工藝、調試、測試、試驗、使用和管理的指導性技術文件。

航天器電源與供配電標準體系的建立是一個漫長的動態(tài)過程，隨著技術的進步和發(fā)展，需要不斷地對標準體系進行補充和修正，以滿足新型號、新技術、新產品的需求。原則上航天行業(yè)標準標準從穩(wěn)定運行了多年的企業(yè)級標準中篩選，推廣到全行業(yè)執(zhí)行。升級的航天行業(yè)標準（QJ）一般涉及集團內部的不同研制單位的分工界面和供需交接，需要依據航天行業(yè)標準（QJ）約束設計輸入、輸出、產品研制過程、測試方法、產品驗收作為跨組織間產品研制工作開展的依據。對于一些新技術、新產品涉及院外單位協(xié)同研制，急需標準依據解決型號研制問題的可以直接申報航天行業(yè)標準（QJ）、國軍標（GJB）。體系內標準的構建流程如圖4所示。

圖4 航天器電源與供配電標準體系構建流程

本文通過對五院總體設計部的電源與供配電專業(yè)現有標準體系的梳理研究，提出了后續(xù)電源與供配電專業(yè)標準體系的建設思路和運行管理思路，對完成集團公司提出了“一個CASC，一套標準”的工作部署，對確保航天器電源與供配電專業(yè)設計規(guī)范、產品可靠，圓滿完成飛行任務具有重要意義。