ISO 21494《航天系统——磁试验》国际标准编制历程及其启示

贾瑞金，齐燕文，郑文霞，刘超波

（1. 北京卫星环境工程研究所； 2. 中国空间技术研究院：北京 100094）

0 引言

2019年2月22日，北京卫星环境工程研究所主导制定的国际标准ISO 21494《航天系统—磁试验》[1]由国际标准化组织（ISO）正式发布。该标准规定了航天器磁性测量和评估的试验方法，将有效指导航天器磁性的验证和控制，避免磁敏感设备受到磁场干扰，保证航天器的姿态控制精度。

本文介绍了ISO航天标准的概况，结合《航天系统—磁试验》的制定历程，总结了磁试验技术成果向国际标准转化的过程和方法，为我国航天领域参与制定其他国际标准项目提供经验，也为我国参与其他国际标准化活动、提高标准国际化水平提供借鉴。

1 ISO航天标准概况

国际标准是指国际标准化（标准）组织正式表决批准并且可公开提供的标准。我们通常所说的国际标准化组织主要是指国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）和国际电信联盟（ITU）。其中ISO是世界上最大的国际标准化组织，负责制定综合类国际标准，包括航天国际标准。

1.1 ISO 组织机构

ISO是由各国国家标准化机构组成的世界范围的联合会，目前有160余个成员国，我国是正式成员国（P成员），由国家标准化管理委员会（SAC）代表我国参与ISO工作。ISO由常设行政机构及技术机构组成，组织机构如图1[2]所示。其中，技术管理局（TMB）的任务是就ISO技术工作计划、协调、运作和管理问题向理事会报告，并提供咨询。技术委员会（TC）是承担ISO工作的技术主体，每个TC可根据需要设立若干分技术委员会（SC），并下设工作组，ISO标准主要由SC中的工作组（WG）制定。

图1 ISO 组织机构Fig.1 The organization structure of ISO

1.2 ISO 航天标准概况

ISO目前设有近300个TC，其中航空航天标准化技术委员会TC20负责制定航天领域标准。TC20标准化工作的主要目标是：

1）制定关于航空器和航天器的零部件、设备和系统的设计、建造、试验和评估、操作，航空交通管理，维护和处置以及相关的安全性、可靠性和环境等方面国际公认的标准。

2）维护和保证这些标准具有经济性，符合用户和市场需求，支撑相应技术领域的发展。

3）提高效率，持续追求过程改进，缩短标准制定周期，提高标准化竞争力。

TC20下设11个SC，其中，空间数据与信息传输系统标准化分技术委员会（SC13）和空间系统及其应用标准化分技术委员会（SC14）负责制定国际航天标准。SC13、SC14所涉及的专业领域非常广泛，包括空间数据与信息传输、设计工程、接口综合与试验、运行与地面支持、空间环境、项目管理、材料与工艺、空间碎片等。

截至2019年3月，ISO正式发布且现行有效的航天标准共166项，发布时间与数量见图2，其中由中国主导编制的有11项，占比不足7%[3]。

图2 已发布的 ISO 航天标准Fig.2 The number of published ISO space standards

2 磁试验国际标准制定背景

2.1 航天事业发展趋势的需要

国际标准是世界“通用语言”和共同遵守的准则，在经济技术全球化的今天，技术标准已经逐渐成为国际产业发展中的关键因素。近年来，发达国家纷纷制定各自的标准化发展战略，投入相当的经费和人力进行标准的研究和制定，并以此作为加强其国际技术、贸易和产业竞争的重要手段，确保其高新技术产品总是处于领导潮流的位置，并由此为其技术推广、占领世界市场奠定基础。

随着我国航天事业的快速发展，党和国家把航天作为大力推进自主创新的重要领域之一，发出了“发展航天事业，建设航天强国”的号召，提出了率先达到世界先进水平的更高要求。我国航天事业经过多年的不懈努力，取得了一系列举世瞩目的辉煌成就，特别是进入“十二五”以来，面临航天型号高强度研制、高密度发射、大批量交付的常态形势，及规模化、产业化的科研生产模式转型任务需求，标准补给加快升级换代，标准领域逐步拓展，已制定4000多项国家军用标准和航天行业标准，并利用现有资源进行一整套国家航天标准的制定。但与其他航天大国相比，参与制定的国际标准却寥寥无几，发布时间与数量（参见图3[4]）与我国航天企业的技术水平很不匹配。

图3 中国主导制定并已发布的 ISO 航天标准Fig.3 The number of published ISO space standards drawn up by China

制定国际标准就等于掌握了产业和技术的最新发展，能够提前3～5年把握未来的产业方向。特别是随着以空间探索、和平利用空间为主的民用航天活动日益频繁，越来越多的国家、国际组织积极开展航天领域的国际合作，航天国际标准的重要性更加凸显。因此开展国际标准的跟踪、研究、转化、应用和推广，更多参与和主导制定航天国际标准，以争取更多国际话语权，提升市场竞争力迫在眉睫。

2.2 现有磁试验标准的局限

空间磁场与航天器磁矩发生作用产生的力矩会影响航天器的飞行姿态；另一方面，航天器产生的磁场会影响一些磁敏感载荷的工作。在航天器发射前进行磁试验，测量航天器的磁性并使其达到设计要求非常必要，对于低轨道航天器和有磁洁净要求的航天器尤其重要。国外航天机构很早就发现了磁环境对航天器的影响，从20世纪60—70年代起就开始了航天器磁性研究，并建立了相应的磁试验标准或者规范，比较有代表性的有美国军用标准MILSTD-2142A(SH)[5]、MIL-STD-2143(SH)[6]、NASA SP-8018[7]、美国航空航天局的 NASA SP-8037[8]，欧洲的 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]。国内从20世纪90年代开始航天器磁试验方面的研究工作，建立了大型磁试验设备开展地面试验，形成了GB/T 32307—2015《航天器磁性评估和控制方法》[13]、QJ 20422.4—2016《航天器组件环境试验方法 第4部分：磁试验》和QJ 20003—2011《航天器磁性检测方法》等标准。

虽然各个开展航天器研制的国家均有相应的磁试验标准或者规范，但是在ISO 21494《航天系统——磁试验》之前，没有统一的磁试验标准。在航天系统系列标准中，唯一涉及磁试验的国际标准是ISO 15864《 Space systems-General test methods for spacecraft, subsystems, and units》[14]。该标准是 ISO在航天器试验方面的顶层标准，虽然对磁试验有所提及，但是相关章节只给出了磁试验的概括，不涉及具体的磁试验技术要求和试验方法等内容。随着国际上航天贸易的不断增加，为了增加各国之间磁试验方法的说服力，有必要在国际上提出统一的试验标准，有效协调和平衡各国标准之间的冲突，为国际合作提供统一的平台。

3 磁试验国际标准制定历程

制定一项国际标准少则5～6年，多则7～8年。由于航天领域的特殊性，确定编制新的国际标准需要多方协调，一般航天领域国际标准从立项到制定、审议等程序的时间历程会更长。

3.1 ISO 标准制定流程

ISO国际标准化工作需要遵循严格的程序及其相应的阶段要求。一项国际标准的制定需要经历的阶段如表1[15]所示，从确立为新工作项目提案（NP）开始之日起，一般需要经过36月的时间才能形成正式的国际标准。

表1 ISO 标准制定流程Table 1 The formulation and revision for ISO standards

3.2 磁试验国际标准制定过程

2012年，北京卫星环境工程研究所积极响应中国航天科技集团有限公司“力争主导核心领域国际航天标准”的行动路线，启动国际标准项目的策划和培育工作。在透彻研究标准工作相关要求、认真分析自身优势和系统筹划可制定国际标准的重点领域的基础上，经过认真研究和严格评估，选取了“磁试验国际标准”项目，并选派具有深厚试验理论知识以及国际合作经验的技术专家作为项目小组组长，开展项目的筹备工作。主要历程包括：

1）提出申报

2013年5月，在俄罗斯莫斯科举办的第39届ISO/TC20/SC14全体会议上，北京卫星环境工程研究所首次向与会专家提出了申报制定《航天系统——磁试验》ISO标准新项目建议的意向，并获得认可，注册为新工作项目（NWIP2013002）。

2）正式立项

3）标准制定

“磁试验国际标准”项目立项后，项目组组建了以中国专家为项目负责人，德国、意大利、日本和美国一流技术专家参加的国际团队，开展为期3年的试验研究和标准制定工作。项目组对国内外航天器磁试验标准、规范和文献等相关资料进行了收集，策划开展相应的理论分析和试验验证，提炼出了国际适用的磁试验术语、试验项目、试验室环境要求、试验方法等各项标准内容。针对磁矩测量试验方法这一关键技术难点，项目组深入研究各国磁矩测量程序与计算原理，就各种方法的特性和适用范围加以试验验证，并与国内外航天器磁试验领域专家进行了多次交流和不断修改，最终选择了各国比较认可的2种磁矩测量方法写入标准，获得了ISO编委会各成员国的支持。

自此，项目组通过邮件与ISO的各国专家进行讨论，适时邀请各国专家或受邀参与国外研讨会，就标准技术内容与各国专家积极沟通并交换意见。2013年10月至2015年间，项目组在ISO/TC20/SC14全体会议和WG2小组会议上就磁试验标准草案的修订版本及时向小组内的专家进行介绍并汇报进展。

2015年在ISO/TC20/SC14的WG2小组会议之后，ISO标准委员会同意“磁试验国际标准”项目进入投票阶段。2015年12月4日至2016年3月4日，SC14分技术委员会开展为期3月的各成员国投票，得到美国、俄罗斯、日本、法国、德国等世界航天大国的响应和支持，“磁试验国际标准”项目顺利获得提案（立项）通过，并发布国际标准新工作项目编号 ISO/AWI 21494。

在标准制定期间，项目组加强与国际标准化组织各成员国之间的交流，积极参与ISO、SC14、WG2等活动，通过智力引进聘专活动邀请国际专家进行技术研讨，利用商业活动进行沟通合作，充分了解各国专家的意向和意见，特别针对存在质疑的一些主要问题，比如探测器数量与位置的设置、计算方法的选择等问题，及时做出有针对性的解释，确保获得各国专家对标准草案的肯定。

4）标准发布

2018年 12月 24日，ISO 21494《航天系统——磁试验》高票通过了国际标准化组织ISO/TC20/SC14分技术委员会的FDIS（批准阶段）投票，并于2019年2月22日正式发布。

回顾此项国际标准制定，工作组按照国际标准制定工作程序，陆续通过各个阶段（见图4），前后历经6年，展现了中国在航天磁试验方面的一流技术水平和强大引领能力。

图4 ISO 21494《航天系统——磁试验》时间历程Fig.4 The time history of ISO 21494

4 磁试验国际标准的主要内容

磁试验国际标准包括范围、术语和定义、缩略语、试验要求、试验项目、试验方法以及试验报告等，在标准附录中给出了磁场和磁矩测量方法、充退磁试验方法、磁补偿方法的具体操作程序。

磁试验的目的是测量受试设备的剩磁矩和杂散磁矩，以及受试设备产生的磁场及其分布，验证受试设备磁性是否符合设计要求，并通过磁补偿使受试设备磁性达到设计要求。根据试验目的，标准规定了磁场测量、磁矩测量、充退磁测量和磁补偿测量等4项试验项目，以及各项目的试验方法。

4.1 磁场测量方法

标准确定了2种磁场测量方法。通用的磁场测量方法主要是利用高精度磁强计直接测量某位置点的磁场，或者通过多探测器测量航天器周围的磁场分布。

4.2 磁矩测量试验方法

标准给出的磁矩测量方法主要有偶极子法和近场法。偶极子法可以作为国际通用的基础测量方法；近场法（分三探测器方法、四探测器方法和多偶极子法）可以作为一种高精度的补充测量方法。

4.3 充退磁试验方法

充磁是把受试设备置于充（退）磁线圈系统产生的DC磁场中。退磁是将受试设备置于充（退）磁设备产生的磁场峰值逐步衰减的AC磁场中。通过比较和分析国内外不同的充退磁参数，标准给出了通用的充退磁试验程序和参数设置建议范围。

4.4 磁补偿试验方法

磁补偿通常采用在受试设备上粘贴补偿磁体的方式实现。所粘贴补偿磁体的磁矩经过测试选定，具有特定的方向和大小，以达到补偿受试设备磁性的目的。标准给出了补偿磁体的选材建议，一般为钕铁硼磁体。

5 经验总结

国际标准制定需要持续的跟踪研究及投入，在磁试验国际标准的制定过程中，项目组对工作内容、工作现状、存在问题等进行细致分解和详尽分析，全面梳理工作流程，深入思考实施途径，最终形成兼容并蓄、博采众长的磁试验国际标准。总结该标准的编制成功经验如下：

1）在新项目提案筛选时，针对本单位专业情况，从技术水平、社会和经济效益、国际标准化能力等方面开展新项目优势度评价，选择具有专业优势且通用的、共性的、能引起国际共鸣和关注的项目给予支持和培育。

2）在项目预备阶段，选派资深专家带队，建立以专家团队为技术后盾的项目组，加强资料的收集与整理，深入调研专业领域内有关国家和国际组织的标准，并开展对比分析；同时深入了解国际标准的制定流程，加强与国外专家的沟通交流。

3）在项目提案阶段，随时关注立项投票进展，与ISO的TC或者SC保持密切联系，并及时与有关国家的专家特别是负责投票的专家进行沟通。如发现存在影响立项通过的问题，要及时积极应对解决。

4）在标准编制过程中，要熟悉标准草案的编制原则和表达方式，选择精通英文的专家负责具体的文字工作。积极参与ISO/IEC等相关国际标准化组织的活动，保持与国外专家的定期密切联系，并针对其提出的意见进行充分沟通、协调和反馈，确保标准文本的清晰性、一致性、完备性和可操作性。

6 结束语

ISO 21494《航天系统——磁试验》规定了适用于航天器系统级、分系统级和部组件级的磁试验方法。填补了国际标准体系中专门用于航天器产品的磁试验标准空白，也是一项具有很强实用性的基础类标准,依据此标准可有效地对航天器进行磁环境的考核。它的制定和发布有助于统一各国标准中不一致的技术环节，指导各国进行航天器磁试验，在磁试验技术方面引领国际先进水平，充分展示中国航天的软实力。

随着中国航天工业的迅猛发展，我国将在国际空间标准化活动中发挥越来越重要的作用，成为全球性航天标准的开发者和主导者是中国航天标准未来的发展方向。总结ISO 21494《航天系统——磁试验》国际标准的制定经验，探讨中国航天将优势技术成果向国际标准转化的过程和方法，从而掌握制定国际标准的主动权和话语权，对航天企业跨越国际贸易中的技术壁垒，不断增强国际竞争力具有十分重要的意义。