航天器潔凈廠房環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范化應(yīng)用

田帥 劉錚 齊強(qiáng) 李欣

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京，100094）

航天器在地面工作和存儲(chǔ)的環(huán)境一般為工業(yè)潔凈室，該環(huán)境需要對(duì)空氣中的塵埃、溫度、濕度、靜壓等進(jìn)行控制。隨著航天器載荷的多樣化，其環(huán)境不僅對(duì)溫度和濕度有較高的要求，同時(shí)航天器處于不同工序時(shí)對(duì)潔凈度的要求也不同。例如航天器常規(guī)存儲(chǔ)環(huán)境要求為ISO 8 級(jí)潔凈度，航天器在執(zhí)行檢漏時(shí)的潔凈度要求為ISO 7級(jí)。這些潔凈度的級(jí)別在標(biāo)準(zhǔn)中有明確的定義與闡述。在實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的過程中，如何實(shí)現(xiàn)這些潔凈度的要求成為標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)的關(guān)鍵。

1 航天器潔凈廠房潔凈度相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)

航天器環(huán)境潔凈度的主要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)從頂層的國軍標(biāo)至底層的院級(jí)標(biāo)準(zhǔn)均有涉及。這些標(biāo)準(zhǔn)的要求逐項(xiàng)細(xì)化并最終落實(shí)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和具體標(biāo)準(zhǔn)化操作文件中。

航天器環(huán)境潔凈度的頂層標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 25915—2021 《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境》[1]和國家軍用標(biāo)準(zhǔn) 《衛(wèi)星裝配測(cè)試廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》。GB/T 25915.1 《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 第1 部分：空氣潔凈度等級(jí)》中對(duì)航天器常用的環(huán)境ISO 7 級(jí)和ISO 8 級(jí)的關(guān)注粒徑的粒子最大濃度限值進(jìn)行了明確規(guī)定。ISO 7 級(jí)環(huán)境中大于或等于0.5μm粒徑的粒子最大濃度限值為352000 個(gè)/立方米，大于或等于1μm 粒徑的粒子最大濃度限值為83200個(gè)/立方米，大于或等于5μm 粒徑的粒子最大濃度限值為2930 個(gè)/立方米。ISO 8 級(jí)的環(huán)境該指標(biāo)為ISO 7 級(jí)的10 倍。GB/T 25915.2 《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 第2 部分：證明持續(xù)符合GB/T 25915.1 的監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)條件》中對(duì)監(jiān)測(cè)周期、監(jiān)測(cè)儀器、例行監(jiān)測(cè)、出具的報(bào)告文件等提出了綱領(lǐng)性要求。GB/T 25915.3 《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第3 部分：監(jiān)測(cè)方法》給出了潔凈度監(jiān)測(cè)的規(guī)程和原理。國家軍用標(biāo)準(zhǔn) 《衛(wèi)星裝配測(cè)試廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的7.2.3 至7.2.7 條目對(duì)裝配測(cè)試廳的潔凈度給出了明確的規(guī)定，要求衛(wèi)星等航天器裝配測(cè)試需達(dá)到10 級(jí)（8 級(jí)）潔凈度。這些條目對(duì)送風(fēng)形式、三級(jí)過濾、風(fēng)量、換氣次數(shù)給出了明確規(guī)定。

航天器環(huán)境潔凈度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為 《潔凈室（區(qū)）內(nèi)潔凈度級(jí)別及評(píng)定》。該標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)化闡述了粒子濃度的鑒定和監(jiān)測(cè)方法。但由于制定標(biāo)準(zhǔn)的年代較為久遠(yuǎn)，該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍然使用10000 級(jí)和100000 級(jí)來確定級(jí)別。

航天器潔凈度的五院標(biāo)準(zhǔn)《潔凈室綜合性能監(jiān)測(cè)方法》在遵循上述2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，細(xì)化并落實(shí)了各項(xiàng)綱領(lǐng)性要求。該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于潔凈度的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了更新。細(xì)化了潔凈度監(jiān)測(cè)過程，明確為4 個(gè)步驟。明確了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法。

有關(guān)于航天器潔凈度標(biāo)準(zhǔn)中，除了執(zhí)行上述自頂向下的3 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)外，還配合制定了相關(guān)的企業(yè)級(jí)作業(yè)文件，例如 《航天器潔凈廠房環(huán)境參數(shù)》《試驗(yàn)區(qū)環(huán)境控制程序》。

2 航天器潔凈廠房潔凈度監(jiān)測(cè)儀器

目前，一般監(jiān)測(cè)空氣中懸浮顆粒所用的監(jiān)測(cè)儀器一般均使用塵埃粒子計(jì)數(shù)器。其性能指標(biāo)需滿足GB/T 25915—2021 《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境》的要求。針對(duì)于航天器潔凈廠房的大面積特點(diǎn)提出如下要求：①大于636m2的空間，其最小采樣點(diǎn)數(shù)為面積的平方根；②每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣量至少為2L，每一個(gè)采樣點(diǎn)單次采樣的最小采樣時(shí)間為1min，每一個(gè)采樣點(diǎn)的采樣量應(yīng)一致。

在航天器潔凈廠房潔凈度監(jiān)測(cè)過程中，一般選用激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器。其被測(cè)粒子的粒徑范圍的為0.3μm 至10μm。該種激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器可直接監(jiān)測(cè)10000 級(jí)（ISO 7 級(jí)）、100000 級(jí)（ISO 8 級(jí)）潔凈度、采樣流量一般為2.83L/min或 者28.3L/min、粒徑檔位為0.3μm、0.5μm、1.0μm、5μm。

在航天器潔凈廠房潔凈度監(jiān)測(cè)實(shí)際使用過程中使用2 種類型的激光埃粒子計(jì)數(shù)器。①手持式激光埃粒子計(jì)數(shù)器，其可以在航天潔凈廠房?jī)?nèi)任意位置移動(dòng)使用。由于航天潔凈廠房面積一般大于636m2，達(dá)到1000m2左右。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要采樣至少32 個(gè)點(diǎn)位。這種手持式可根據(jù)需要自主確定測(cè)量位置的數(shù)目，以滿足最小采樣點(diǎn)數(shù)的要求。②固定式激光埃粒子計(jì)數(shù)器，其需固定在廠房離地面0.8m 高度的工作水平面上使用，且可以通過計(jì)算機(jī)不間斷采集其數(shù)據(jù)，以達(dá)到潔凈度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。一般航天器潔凈廠房布置不少于4 個(gè)固定式激光埃粒子計(jì)數(shù)器以記錄航天器潔凈廠房?jī)?nèi)潔凈度的實(shí)時(shí)變化。

此類激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器運(yùn)行穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛、易于采購且產(chǎn)品成熟。但是在航天器潔凈廠房潔凈度監(jiān)測(cè)過程中存在一定的缺陷。例如，被測(cè)粒子在同樣測(cè)量環(huán)境中測(cè)得的數(shù)據(jù)存在一定差異（即測(cè)量值的不確定度較大），所以需要多測(cè)量幾組數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出置信度達(dá)到95%的數(shù)據(jù)。此外，激光等光學(xué)儀器容易老化壽命有限。

3 航天器潔凈廠房潔凈度運(yùn)行管理

在航天器潔凈廠房?jī)?nèi)使用上述激光塵埃粒子計(jì)數(shù)器，測(cè)量粒徑 為0.5μm、1.0μm 及5.0μm，按照既定步驟進(jìn)行潔凈度監(jiān)測(cè)。常規(guī)航天器潔凈廠房潔凈度監(jiān)測(cè)由兩種檢測(cè)模式共同完成：①使用手持式塵埃粒子計(jì)數(shù)器手動(dòng)測(cè)量，②使用現(xiàn)場(chǎng)布置的固定塵埃粒子計(jì)數(shù)器自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

在自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作程序模式下，將潔凈度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置為每2 小時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)潔凈，試驗(yàn)區(qū)的潔凈度，由現(xiàn)場(chǎng)管理人員每2 小時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查確認(rèn)。如數(shù)據(jù)超標(biāo)按超標(biāo)程序執(zhí)行，匯總記錄日志。環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器故障時(shí)，啟用備用服務(wù)器。

在手動(dòng)測(cè)量工作程序模式下，在環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員使用手持式設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，每日3 次（第一次：9:00～11:00，第二次：13:00～15:00，第三次：20:00～22:00）。

當(dāng)航天器潔凈廠房潔凈度參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，啟動(dòng)預(yù)警處理程序。在預(yù)警程序中對(duì)各種可能引起潔凈度異常的原因進(jìn)行梳理，給出相關(guān)的解決方法和步驟。航天器潔凈廠房如果出現(xiàn)潔凈度異常，在排查到原因之后，根據(jù)原因的不同作出如下處理：①如因停電或者電器故障，導(dǎo)致潔凈設(shè)備不能正常運(yùn)行而引起的潔凈度超標(biāo)，在確認(rèn)恢復(fù)供電或電器故障排除后，盡快恢復(fù)航天器潔凈廠房的潔凈設(shè)備正常運(yùn)行；②如因人數(shù)過多引起潔凈度超標(biāo)，超標(biāo)區(qū)域需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人數(shù)進(jìn)行控制，并加強(qiáng)對(duì)超標(biāo)區(qū)域潔凈設(shè)備的調(diào)節(jié)；③如因天氣原因引起潔凈度超標(biāo)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)超標(biāo)區(qū)域工藝空調(diào)的調(diào)節(jié)；④如因航天器潔凈廠房大門開關(guān)頻繁和開啟時(shí)間較長引起潔凈度超標(biāo)，在不影響現(xiàn)場(chǎng)工作的情況下減少大門開關(guān)次數(shù)和縮短大門開啟時(shí)間，需要加強(qiáng)對(duì)超標(biāo)區(qū)域潔凈設(shè)備的調(diào)節(jié)。