GJB 1307A航天火工装置通用规范修订情况介绍

刘世毅，郝 芳，陈 劲



GJB 1307A航天火工装置通用规范修订情况介绍

刘世毅，郝 芳，陈 劲

（北京空间机电研究所，北京，100094）

GJB 1307A-2004 航天火工装置通用规范的执行对航天火工装置的研制和质量保证起到了重要的推动作用。但在执行过程中也发现一些问题：一方面是航天火工装置的种类不断更新，规范内容已不能完全满足实际研制情况的需要；另一方面，一些规定与实际研制情况不一致，造成使用部门在理解和执行上的困难。因此，航天科技集团五院508所在广泛征集行业内意见后完成了标准的修订。本文详细介绍了标准的修订情况，并对修订原因、修订依据及修订情况进行了介绍和说明，为研制和使用航天火工装置的技术人员深入理解、准确把握和实施新标准提供参考。

火工装置；航天；标准；修订

火工装置是指利用火炸药、推进剂的燃烧或爆炸反应产生能量，通过结构或机构完成预期功能的装置的总称。火工装置通常作为航天飞行器的关键部件，用于执行太阳帆板展开、天线展开、级间分离、载荷释放等关键动作。区别于常规武器使用的雷管、火帽、发烟弹、曳光弹等火工品，火工装置通过预定刺激量激发、利用爆炸或燃烧效应给出较大、集中的功率产生机械功，最终目标为产生机构一次性动作，具有能量质量比高、动作迅速、可靠性高的突出优势。

GJB 1307A-2004航天火工装置通用规范是航天火工装置的顶层标准和产品性能考核及验证的重要依据，规定了火工装置的产品性能、质量保证措施、检验方法等。随着火工技术的发展，通用规范在执行过程中积累了不少经验，但也发现一些问题：一方面是航天火工装置的种类不断更新，规范内容已不能完全满足实际研制情况的需要；另一方面，一些规定与实际研制情况不一致，造成使用部门在理解和执行上的困难。因此根据总装备部武器装备技术基础科研计划的要求，对GJB 1307A提出了修订计划。修订工作由中国航天科技集团五院508所负责，一院一部、七院692厂等火工装置研制单位参与，在广泛征求科技集团、科工集团、兵器工业等多家研制和使用单位的意见后，完成了修订标准的报批稿，进入待发布阶段。

1 标准发展过程

航天火工装置通用规范相继制订的标准有：（1）QJ 1075-1986:航天火工装置通用技术要求（废止，由QJ 1075A替代）；（2）GJB 1307-1991卫星火工装置通用规范（废止，与GJB 1307合并由GJB 1307A替代）；（3）QJ 1075A-1996航天火工装置通用规范（废止，与GJB 1307合并由GJB 1307A替代）；（4）GJB 1307A-2004航天火工装置通用规范（现行，进行修订）。

通用规范的执行和使用对航天火工装置的研制和质量保证起到了重要的推动作用，得到火工装置研制生产部门的广泛认可。随着火工专业技术水平的提高，标准内容也一直在更新。GJB 1307A-2004编写时参考了美军标MIL-HDBK-83578-1999航天飞行器爆炸系统和装置[1-2]，在技术水平上与国际同类标准基本保持一致。本次修订更多参考了NASA AIAA S-113-2005运载与空间飞行器用爆炸系统和装置规范[3]，以及ECSS-E-ST-33-11C航天工程：爆炸系统和装置[4]和ISO 26871航天系统-爆炸系统和装置[5]。NASA AIAA S-113涵盖了MIL-HDBK- 83578的设计思想，并对一些内容进行了补充和修订，使得内容更加全面，要求更加具体。ECSS-E-ST-33-11C和ISO 26871总结了欧空局爆炸系统的研制生产经验，对本标准的修订也具有一定的参考意义。标准的修订过程认真研究并吸取了国外火工装置的研制经验和理论研究进展，特别是火工装置裕度验证与检验要求，使得标准的修订既能够结合我国国情，又尽可能与国际先进水平接轨。

2 火工装置功能与分类

火工装置的分类既是系统应用的前提，也是开展设计和验证检验的基础，清晰的分类便于对不同装置的要求和考核项目集中表述，准确地反映不同产品的特点，并保证验证充分。由于火工装置的种类多、应用范围广，新技术、新产品也不断出现，国内外相关规范对火工装置的类别划分都不尽相同，每一次通用规范的修订也对类别划分不断更新。本次修订参考MIL-HDBK-83578和NASA AIAA S-113对爆炸系统的定义，根据爆炸序列与终端机构相应功能对火工装置进行分类，如图1所示。

图1 航天火工装置功能示意图

火工装置根据功能可以分为点火起爆、传火传爆、能量输出、机构动作4个功能模块，按照火药能量的传输方向，火工装置从左向右依次完成各种功能，实现机构的最终动作。每一类火工装置可实现其中一种或多种功能。

点火起爆功能是指由机械、电或光等刺激始发装药产生爆轰或燃烧，并作为能量源激发后续装药的过程。其输出可以是热、气体、光或燃烧粒子等。火工装置利用点火起爆功能实现能量的转化与放大，通常这种功能不是独立存在的，但作为爆炸序列中的初始能量源又必不可少。根据不同的能量转化形式，可以分为机械起爆、电起爆和光起爆等。

传火传爆功能是通过点火起爆，将爆轰或燃烧产生的能量传递到下一级的过程，也是爆炸序列的重要组成部分。传火传爆功能可用于实现同步传爆、延时传火、密封传爆等。在国外标准中[1,3-4]，隔板点火器明确列为传爆部件，用于密封条件下的能量传递。

能量输出功能是通过点火起爆、传火传爆，利用火炸药的爆轰或燃烧实现能量做功、聚能切割等功能。输出的能量用于实现下一级机构的预定动作，但不包括机构本身。

机构动作功能是航天火工装置的主要实现形式，通过点火起爆、传火传爆，利用火炸药的爆轰或燃烧输出能量，完成终端机构预定动作。航天器使用多种机构动作类火工装置，用于完成解锁、切割、弹射、作动和阀门开闭等各类规定动作。依据功能分类原则，列出航天火工装置详细类别，如图2所示，该类别涵盖目前运载与航天器用全部火工装置。

图2　航天火工装置分类

但在本次修订中，不再将安全执行机构列入火工装置分类。一方面是由于直列式点火系统和钝感电点火器的全面推广和应用，能够保证点火安全性，使得意外点火故障模式得到有效控制；另一方面是安全执行机构的验证检验方法在引信的试验验证方法[6-7]中有详细要求，因此本规范不再重复规定。

从功能角度出发，本次标准修订强调了火工装置实现各类功能的裕度要求，并提供了较为详尽的技术要求和试验方法，这对保证火工装置完成规定功能和可靠性具有重要的指导意义。根据分类的变化，本标准在修订内容上尽可能体现了功能裕度的设计思路和要求。

3 主要修订内容

3.1 适用范围调整

十几年来，我国航天技术的发展日新月异，航天器的研制不再局限于运载火箭、卫星和导弹武器等常规飞行器，载人飞船、目标飞行器、探测器等新型航天器上都使用了大量火工装置。因此在修订标准时将适用范围扩展为：卫星、飞船、深空探测器等航天器、运载器及导弹武器等，全面覆盖目前航天火工装置的适用范围。

借鉴美军标改革的成功经验和有益做法[8]，我国军用标准的改革也旨在规范军品采购环节，降低采购成本。修订标准为通用产品规范，用于支持军用装备订购，主要规定订购对象应符合的交付要求，不再对设计方法及设计准则进行规定，但包含设计验证的检验要求。因此标准名称更改为《航天火工装置规范》，主要规定航天火工装置的要求、质量保证规定和交货准备，适用于航天火工装置的设计、制造和验收。

3.2　裕度及验证

裕度是火工装置设计的核心内容，是保证火工装置可靠性的前提和基础[9-10]。在设计验证阶段，应对火工装置的功能实现情况进行全面的验证。GJB 1307A-2004按起爆器、传爆装置、聚能切割装置、火工作动装置等类别规定各类装置的性能要求及验证方法。本次修订强调火工装置是由传爆序列与终端多种功能共同组成的整体，其可靠性是多个功能环节组成的串联系统，任一环节的可靠性降低都会影响整个装置的功能实现，应开展系统级的可靠性评价。本次修订以功能裕度为划分准则，基于航天火工装置的功能分类，规定了不同功能的裕度验证方法。

针对点火起爆功能，需要考核其全发火能量和不发火能量。在0.95的置信度下，其全发火能量和不发火能量的可靠度都应大于0.999。

传火传爆功能需要考虑爆炸序列所有传火与传爆环节出现的不连续或间隙。GJB 1307A-2004给出了4倍最大规定间隙和最大间隙加3倍偏差两种传爆裕度的考核方法，这两种方法没有规定使用条件，也无法评估哪种方法更恶劣，在执行过程经常引起争议。本次修订确定使用最大间隙加3倍偏差的传爆裕度验证方法，与MIL-HDBK-83578和NASA AIAA S-113所述方法一致。

实现能量输出功能的火工装置种类较多，实现功能各异，因此针对不同类型规定了裕度验证方法，并且要考虑不同目标的适用性。对于线性分离装置的切割裕度，单质材料的切割能力应达到1.5倍最大设计厚度，复合材料应达到2倍最大设计厚度。对于气体发生器、小型固体火箭发动机等燃烧室结构，金属壳体结构强度裕度应达到1.5倍，非金属壳体应达到2倍。

机构动作功能裕度以装药量或输出能量的80％和120％作为考核指标。采用大小装药量的裕度考核方法，包络了火药能量的散布与偏差，便于实际操作和使用。但在火药能量散布过大的情况下会影响装置的可靠性，因此以输出能量作为考核指标更为准确。以输出能量作为裕度考核指标首先需要测定输出能量的均值和散布[11]，依据最小输出能量的80％和最大输出能量的120％作为考核指标，按照较恶劣的条件进行试验验证。另外，在装药量和装药容腔不变的情况下，性能裕度考核可以使用增加1.2倍外载荷的方法进行。

3.3 可靠性与安全性

航天火工装置用于执行航天器的关键动作，其可靠性直接影响飞行任务的成败，因此飞行器对火工装置的可靠性要求非常高。GJB 1307A-2004规定火工装置的设计目标为置信度0.95，可靠度大于等于0.99。实际使用中所有飞行任务都对火工装置可靠性提出了更高的要求。本次修订提高了火工装置可靠性设计指标，要求置信度0.95，可靠度不小于0.995，与AIAA- S-113中的可靠性要求一致。根据功能示意图，火工装置完成一种或多种功能，因此每个功能环节都应分配更高的可靠性指标。

火工装置的安全性首先要防止意外点火，应采取屏蔽、短路等安全保险措施，保证电起爆器的操作、使用安全，消除静电、电磁等环境的影响，避免造成灾难性危害；其次是在消除和防止危险发生的同时，应将对人员、设备和设施的危险减至最小，本次修订增加了6m跌落试验不爆炸的要求，跌落试验后应保证后续勤务安全。

3.4 钝感电起爆器

钝感电起爆器在航天火工装置中使用广泛，是实现点火起爆功能的主要部件。GJB 1307A-2004中对起爆器的检验方法进行了详细规定，但同时行业内也执行GJB 344A-2005 钝感电起爆器通用规范[12]的要求。由于两份标准在设计要求、检验项目、检验数量等方面都存在不一致，因此在研制和使用过程中经常出现争议。GJB 1307A-2004借鉴了美军标的设计思路，强调全发火能量裕度的考核，但缺少12m跌落、烤爆等安全性考核要求；起爆器的鉴定检验数量仅126发，远小于GJB 344A规定的420发数量，因为航天火工装置强调冗余点火设计，从而减少了起爆器的可靠性验证数量。随着航天技术的产业化发展，电起爆器作为独立部件逐步形成标准化系列产品为火工装置配套，其成熟度和可靠度是产品化发展的先决条件，应该开展充分的试验验证。比较而言，GJB 344A的规范要求更为严格。本次修订不再详细规定起爆器的检验方法，明确钝感电起爆器满足GJB 344A的规定，其他起爆器应满足GJB 3653的规定。

3.5 检验分类及检验项目

GJB 1307A-2004中将检验项目分为设计验证检验、鉴定检验、质量一致性检验和使用寿命检验。由于使用寿命是火工装置的一般要求，可以通过分析或验证来评估该项指标，因此本次修订将贮存寿命验证作为鉴定检验或质量一致性检验的一个检验项目，通过规定方法进行考核。

修订的火工装置规范主要适用于军方订货，检验项目是军方订货关注的主要内容。设计验证检验贯穿火工装置研制的全部过程，针对火工装置性能设计特点开展验证，检验项目如表1所列。

表1 火工装置设计验证检验项目

Tab.1 Inspection items of pyrotechnic devices for design verification

虽然设计验证检验与产品交付没有直接关系，但却是鉴定检验与质量一致性检验的前提和保障，是研制过程不可缺少的检验环节。鉴定检验用于固化火工装置产品状态，适用于定型前对产品技术状态的全面验证。质量一致性检验用于批次交付产品的性能检验，适用于各阶段产品的交付。常规检验项目如表2所列，因此修订后的检验方法能够覆盖火工装置全部研制过程。

表2 火工装置检验项目

Tab.2 Inspection items of pyrotechnic devices

4 结论

本次修订以航天装备国家军用标准改革为背景，逐步将军民融合发展战略融入标准化改革的进程当中。标准的修订目标是指导航天火工装置研制、质量控制管理行为更加科学化、系统化和规范化，从而提升航天火工技术的竞争能力和经济效益。

本次修订过程中，受到内容编制要求的限制，对航天火工装置的性能试验方法未能全面深入研究。MIL-HDBK-83578与NASA AIAA-S-113中详细地描述了各类火工装置的试验方法，ECSS-E-ST-33 -11C和ISO 26871详细规定火工装置的质量控制要求，这些对保证产品性能、提升产品质量都有积极地作用。希望火工装置技术人员在设计、研制、生产过程中能够深入研究、参考并应用这些成熟经验，进一步提高产品质量和技术水平。

后续在标准实施过程中，也需要充分理解标准的精神，准确把握各项要求，认真分析产品的技术要求和特点，避免错误套用条款。标准中涉及的火工装置基本涵盖了航天型号上使用的产品类型，火工装置应针对不同功能开展设计验证与可靠性评估。另外要注意，标准中规定的条款和检验项目是通用或最低要求，当专用技术文件高于本规范要求时，应依据专用技术文件的规定执行。

[1] MIL-HDBK-83578-1999 Criteria for explosive systems and devices used on space vehicles [S]. United States Air Force,1999.

[2] 高滨.谈谈国家军用标准《航天火工装置通用规范》的修订[J].航天标准化,2004(2):16-19.

[3] NASA AIAA S-113-2005 Criteria for explosive systems and devices used on launch and space vehicles [S]. American Institute of Aeronautics and Astronautics,2005.

[4] ECSS-E-ST-33-11C Space engineering：explosive systems and devices[S].European Cooperation for Space Standardization, 2008.

[5] ISO 26871. Space systems - explosive systems and devices [S]. International Standardization Organization, 2012.

[6] GJB 373A-97 引信安全性设计准则[S].国防科学技术工业委员会, 1997.

[7] GJB 573A-98 引信环境与性能试验方法[S].国防科学技术工业委员会, 1998.

[8] 王宇飞.美军标改革与军民融合发展的启示[J].船舶,2016 (2): 93-96.

[9] Bement, Laurence J. and Schimmel, Morry L. Determination of pyrotechnic functional margin[R].NASA Report, N93-20134.

[10] 刘志全.航天器机械可靠性特征量裕度的概率设计方法[J]. 中国空间科学技术, 2007,27(4):34-43.

[11] Laurence J. Bement, Herbert A. Multhaup, Determining functional reliability of pyrotechnic mechnical devices[J]. AIAA. Journal,1999,37(3):357-363.

[12] GJB 344A-2005 钝感电起爆器通用规范[S]. 国防科学技术工业委员会, 2005.

The Revision of GJB 1307A

LIU Shi-yi，HAO Fang，CHEN Jin

（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity，Beijing，100094）

The implementation of GJB 1307A-2004 “Specification for Pyrotechnic Devices of Aerospace” is to promote an important force in development and quality assurance of pyrotechnic devices. However, problems are also discovered during the implementation. On the one hand, the content of the specification has not met the actual requirements completely with the updating of the device types. On the other hand, because of the actual development effort disaccording with the regulation, it will cause understanding divarication and executing difficulty for use department. Therefore, the revision of this standard has been completed after collected all the feedback in this field by China Academy of Space Technology. The change and development of the specification is introduced in this paper, with the emphasis on the reason analysis, guiding principles, and main contents during the process. All of these are proposed to provide reference for pyrotechnic engineer to understand, grasp and implement the new standard.

Pyrotechnic devices；Aerospace；Standard；Revision

1003-1480（2018）05-0051-05

TJ45+6

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.014

2018-06-30

刘世毅（1975-），女，研究员，主要从事航天火工技术的研究与应用。