卫星有效载荷产品设计和制造管控事项探析

刘丁臻、牛相林 /中国科学院上海技术物理研究所

高可靠性是中国航天不变的追求目标，加强航天产品设计的可靠性是航天产品研制的重要内容。本文主要针对卫星有效载荷产品设计和产品制造的重要事项进行分析，探讨提高设计水平与设计质量的措施，提出产品制造过程管控措施。

一、产品设计管控事项

1.对设计方案进行充分论证

吃透任务的技术要求，充分论证协调。“吃透”是指弄清3 个方面的情况：一是用户根本的使用要求及主要技术指标的出处；二是提出总体约束条件的缘由；三是自身的技术能力，载荷仪器对平台的基本要求。在弄清上述情况的基础上，经反复论证与协调方可确定任务书指标要求。另外，对于特殊任务，应弄清目标特性，参与战术指标转化为技术指标的论证，必要时做仿真分析与实验；对于相应产品，除参加卫星总体试验外还应开展外场试验验证。

把握设计方案的创新与继承。由航天单位承担的型号项目大都对技术性能要求较高，要综合考虑方案的先进性与可靠性。创新或采用新技术应致力于实现主要指标，而一般部位应充分继承经飞行考核的成熟技术，多在优化组合上下功夫。对于新型号的仪器方案，应调查国外同类技术、国内其它型号或预研的技术，经分析研究再设计方案。在描述产品沿用继承性及技术成熟度时，应符合航天型号的定义。产品继承性：完全继承已经飞行的产品，不作任何修改称A 类；稍作修改，不需重做鉴定试验称B 类；有较大修改，应重做鉴定试验称C 类；新研称D 类；国外引进件称E 类。技术成熟度：已用于预研产品称1 级；已用于工程产品，通过鉴定试验称2 级；已成功用于飞行产品称3 级；已多次成功用于在轨应用称4 级；已通过定型的产品称5 级。

2.着力关键技术攻关和新组部件先行

近年来，我国航天产品的结构、姿控、温控、电源、数传、星务与测控等，已经多次飞行验证，成熟度较好。相对而言，新型号难度主要在载荷仪器上。在工程样机至初样阶段，要着力解决载荷自身关键技术，在性能与可靠性上准备充分，以免在正样研制中处于被动；对于方案中未研制过的新组部件，则应先行安排，以期实现样机齐套。

3.做好重要元部件、外协件协调

对本单位自制元部件，应发扬同一个单位的优势，充分沟通协调，努力在现有基础上提高性能与可靠性；在保持基本结构、接口不变的前提下，可分阶段达到最终要求；在协调基础上会签任务书，按任务书提供试验件与装机产品件；型号用元部件应逐步实现“三化”，及早开展探测器器件等可靠性工作。对外协件，应尽量定点于本单位质保体系认定的可信单位，订立质量控制要求的技术协议；对新单位必须进行资质认定。

4.认真进行产品特性、可靠性安全性分析

（1）产品特性分析

查阅航天产品特性报告编写规定（QJ3230-2005）或本单位质保体系规定；查阅宇航型号技术风险分析与控制要求。特性分析应达到下列要求：

列出3类关键特性：对产品主要性能有决定影响的设计参数称为设计关键特性；将其分解到组部件制作的工艺参数称为工艺关键特性；落实在制作与组装过程控制检测的参数称过程控制关键特性。3 类关键特性分析控制应填型号规定的分析表，在主要性能实现需留有裕度。

列出关键件与重要件：对产品关键特性有决定影响的为关键件；有重要影响的为重要件。关重件一般指单件，应制定过程控制措施并提交专题质量报告。

（2）产品可靠性安全性分析（航天产品规定必做的“1+6+2”事项）

“1”指FMECA 分析（以可靠性树图、故障树图为基础）。

“6”指6 项可靠性设计与分析：元器件降额、抗力学环境、热设计、电磁兼容、抗辐射（含单粒子）、防静电。此外，还应有冗余措施。

“2”指2 项专项工作：关键电路、关键件的最坏使用情况分析；可靠性关键项目的试验验证。

由FMECA 确定可靠性关键项目、列出单点故障部位。对可靠性关键项目，制定过程控制措施并提交专项质量报告。长寿命活动部件应是可靠性关键项目，严格其过程控制并明确应有交付装机的试验检测要求。一般不允许存在发生概率在D 等级以上、且严酷度等级在10 以上的单点故障（查阅GJB1391-92 故障模式、影响及危害性分析程序）。按型号模板编写报告，在安全性章节列出有无危险源及相应的控制措施。

5.及时理清设计变化，严格控制正样更改

按阶段理清发生的状态变化，生成状态变化汇总表并做审查。正样更改必须按照5 项原则（充分论证、各方认可、试验验证、审批完备、落实到位）履行论证与填表审批。

6.仔细进行测试覆盖性分析

提交测试覆盖分析报告。含测试过程，全部可测项目表及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类不可测项目表。对Ⅱ类不可测项必须在研制中进行过程验收检测；Ⅲ类不可测项应在装星后检测；Ⅰ类不可测项可为分析计算结果。在产品验收时，应对照分析报告提交测试覆盖性执行的检查报告。

7.分阶段进行产品技术风险分析与控制

在方案、初样、正样阶段都要有重点地开展风险分析与控制。方案及设计阶段重点要确保设计的正确性，降低存在的风险；产品研制阶段重点解决测试、试验验证不充分带来的风险；正样阶段重点解决过程控制不到位的风险。

方案及详细设计的风险分析控制（纳入设计报告或写专题报告）要求主要包括：任务及产品特点分析，列出风险源（如新技术、难点、可靠性关键项目）；三类关键特性、设计裕度、单点故障及其措施分析（填分析表）；“九新”分析及其控制；对其它型号发生质量问题，在本项目设计中的举一反三措施。产品研制阶段及出厂的风险分析与控制，按照型号模板要求进行。

对上述“九新”分析与控制的事项简要说明如下：

新技术采用：应是实现任务技术指标与可靠性所必需。应用到型号的新技术一定要经过试验验证，重要的列为技术攻关并通过总结评审。

新材料与新元件：一般不用未经飞行使用的新材料。元器件清单要通过型号评审；首飞器件要控制；超期元件必须复验；不用塑封元件；目录外、低等级的要报批，低等级的要有升级筛选等措施；抗辐照性能要核实或验证。

新单位控制：新外协单位要认定。列为关重件的，要下厂落实过程控制。

新工艺控制：对研究所其它项目没有用过的新工艺，应做试验确认，重要的要评审。不用航天禁用、限用工艺；注意对使用火工品、焊接工艺的规定。

新状态控制：状态更改应提交论证报告并填表审批。

另外4项为新环境、新设备、新岗位、新人员控制。测试试验换场地或设备必须检查确认。所内重要的及参加总体试验要落实岗位，不用新人员为操作一岗。

8.产品数据包的策划

产品数据包是指在设计、生产、测试试验、交付验收过程中形成的反映产品质量与可靠性的文件、质量记录的集合。按硬件产品、软件产品生成分类文档清单。可查阅中国空间技术研究院、上海航天技术研究院的数据包管理办法及规定的数据包文档清单表式。

详细设计及正样阶段应对数据包文档及其形成时机进行事先策划，编制策划文件并初填数据包文档清单。在交付产品时提交正式的数据包清单。

二、产品制造管控事项

设计是源头，实现靠制造，而制造重在控制。过程控制要点：编制工艺总方案，明确产品采用制造技术；总装总调流程及各组件、单机组装分流程；确定并实施各级流程控制点与检验要求；加强出所产品检查确认的措施。具体如下：

1.把握产品制造全过程控制要求

设计师必须仔细阅读型号产品保证大纲、设计与建造规范以及产品验收要求。结合自身产品的实际，明确必须参与或直接执行的控制事项与要求：对使用器件、外协件、自制件、加工件负有选用、验收、交接技术把关责任；对产品的组装、总装总调、测试试验和出所检查确认，负有直接责任。

2.着力做好产品组装调试和检测的控制

依据设计文件与技术流程，编制工艺总方案、装调文件与表格并切实执行。

（1）型号项目应编制工艺总方案并明确实施要求

可查阅航天型号工艺总方案编制管理要求（Q/QJA38-2007）或本单位质保体系规定。工艺总方案依据产品设计给出：制造使用的技术与工艺（列出应有工艺文件目录）；对装机件的控制要求；分系统、单机、组件的装调简要流程并规定其控制点及要求；产品测试试验的控制要求；出所检查确认要求等。

（2）自制组件应编制制作与组装流程、过程控制要求并落实实施

对单位自制的探测器、制冷机（器）、运动部件等关重件必须编制制作、组装流程与控制措施文件（含过程质量记录表）；试验项目与条件；交收试验检测细则（含测试记录表）。同时，要按研制阶段提交质量控制报告。

（3）单机与系统应编制组装调试与检测流程、过程控制要求并落实实施

主体类整机，应编制从配套件检查验收—产品装校—检测试验—出所检查确认全过程的工作流程，明确关键检验点、强制检验点（含过程质量记录表）；编制相应产品机装、光校、机电总装等工艺文件，对应的跟踪记录卡册（含固封、照相等记录要求）；相关调试应具有专门文件（细则）。

电单机，由电装部门为主编制单板、机箱电装工艺文件及跟踪卡（三防、固封、照相、多余物检查等）；由设计师编制单机机装、单机调试文件。

仪器分系统，编制系统联调、测试细则。联调细则应规定单机集成与系统调试程序要求；测试细则应按管理规范出全部检测项目表。包括：关键工序，指制作或组装过程中特别要加强控制的操作；关键检验点，指本项目自行规定的重要检验项目；强制检验点，指用户、总体单位规定到场检验的项目；紧固（防松）、点封、绝缘。

3.对产品测试与试验的控制

（1）产品测试控制

对新研产品必须编制技术指标测试方案，通过评审并具体化为细则。对其它型号应有产品测试细则（含记录表），经型号总体认可。

（2）产品环试控制

试验项目与条件应执行型号总体规范，编制相应试验细则，明确试验程序及过程监测、试验前后检测要求。

（3）产品专项试验控制

对定标、外场试验必须编制并评审大纲、细则（查阅研究所质保体系规定），明确试验程序、过程控制点、质量记录表及安全措施。

4.对产品出所做全面的质量检查确认

单机合盖前，总体要按规定到现场做检查确认。事前应会同质量部门做功能、性能自查，还应检查组装、电装、固封照相记录，做多余物终检。在产品向型号总体交付验收前，应会同质量部门完成对产品文实一致的检查；对功能、技术指标、IDS 表及建造规范要求列表，进行对照自检与记录。正样产品出所时，应按航天产品质量检查确认要求（Q/QJA16）进行设计、工艺、生产、测试与试验的检查。配合质量处编写质量检查确认报告并附20 种表格（查阅Q/QJA16）。其中，要清理过程中发生的技术通知单、更改单和质疑单（指生产过程中对超差、代料及技术质疑事项的处理记录）。

综上所述，在有效载荷产品方案设计之初，就要按照产品设计和产品制造重要事项做好全周期策划，并遵照实施。同时，应该充分理解和掌握航天型号研制规范，熟读理解与执行相关规定要求，熟知产品设计和产品制造的工作事项，强化过程控制，精细策划，有效推进产品设计和产品制造。▲