宇航用元器件采购规范发展趋势分析

肖波，邢焰，张磊，朱恒静，苏妤，张莹

（中国空间技术研究院， 北京 100029）

宇航用元器件采购规范发展趋势分析

肖波，邢焰，张磊，朱恒静，苏妤，张莹

（中国空间技术研究院， 北京 100029）

在分析国内外元器件通用规范及采购规范的基础上，针对国内元器件生产现状、宇航应用情况及未来需求，对宇航用元器件采购规范发展现状进行综合分析，提出我国宇航用元器件采购规范的技术发展方向。

采购规范；现状分析；技术发展方向

0 引言

为了适应宇航用元器件的质量控制要求，元器件使用单位提出了规范元器件的生产、检验、采购和用户补充试验等相关的采购规范要求，以满足航天器的可靠性、寿命、安全性等应用需求。

经过多年的发展，宇航用户制定的元器件采购规范技术和管理要求，突出了质量过程控制前移的质量控制理念，在元器件保证工作中发挥了关键性作用。随着宇航用元器件应用需求的不断扩大，元器件使用问题却经常出现，现有的采购规范不能满足宇航应用的发展需要，有必要对宇航用元器件采购规范现状进行综合分析，提出未来采购规范的技术发展方向，对于宇航用元器件技术发展与可靠性保证至关重要。

1 国内外元器件采购规范的发展现状

1.1 NASA 采购规范体系

美国国防部为了适应军用和宇航事业的发展需要，集中了元器件生产、应用和可靠性工程学科等方面的专家，制定了一套严格的、完整的、符合可靠性要求的军用标准体系，包括军用规范、军用标准、军用手册、军用标准图纸和试验方法等。用于元器件采购的规范通常包括元器件总规范和详细规范。总规范对元器件制造商提出了标准要求，规定了元器件总的性能要求，并规定了在采购元器件时必须满足的质量和可靠性要求；而详细规范是对某一类元器件中的一个或一系列型号规定的具体的性能和质量控制要求。总规范必须与详细规范配套使用，两者共同来完成对元器件的评价或鉴定。在美军标（MIL）标准不能满足宇航需求的时候， 美国国家航空航天局（NASA）则制定宇航元器件标准，NASA 下属的各飞行中心、 研究机构在美国军用标准的基础上，增加宇航用的特殊要求，形成了适合宇航项目用的完善的采购规范体系，包括产品规范、基础标准和保证标准等方面的技术内容。

1.2 ESCC 采购规范体系

欧洲宇航局（ESA）和所属各国家空间局、 使用部门，建立了一套指导元器件生产、鉴定、质量保证的标准体系，包括元器件总规范、详细规范、试验方法等，这套标准体系主要是针对于宇航应用， 在详细规范中考虑了宇航用的特殊要求[1]，因此，欧空局宇航用元器件的采购规范就是其规范体系中的详细规范。目前欧空局的元器件采购规范包括电容器、电磁继电器、机电开关、电缆电缆、电阻器、半导体器件、电荷耦合器件和单片微波集成电路等 16个类别。 欧洲空间局宇航元器件标准也部分引用了 MIL 标准， 例如元器件试验方法等基础标准。但是，通用规范和采购规范类标准则是根据欧洲空间局的实际自行制定的，更适用于小批量、间断生产、可靠性要求高，以及经费有限的航天实际情况[2]。

1.3 国内元器件采购规范体系

目前，国内现行的宇航用元器件采购规范还未形成系统的标准体系。正在执行的采购规范主要有两种类型：

a）在现有元器件研制单位采购规范的基础上（七专、 国军标、 企军标等）， 对宇航应用需求， 增加有针对性的补充筛选和考核试验项目，同时针对监制、 验收、 DPA 等技术要求， 按照国军标和 QJ标准的要求进行补充和细化。例如：针对机电元器件手工操作较多的情况，提出了过程控制要求和PID 文件建设要求； 针对半导体器件， 提出补充筛选试验和考核试验要求。

b）以国军标总规范为基础， 结合宇航应用要求，提出基于不同质量等级的元器件采购规范要求，包括鉴定与维持、认定、生产过程控制、监制 验 收 和 补 充 筛 选 等 具体 的 要 求[3]。

2 宇航用元器件采购规范建设不足

2.1 总规范建设相对滞后

宇航用元器件采购规范是基于相应元器件总规范的基础而增加宇航用户的特殊要求所形成的，指导具体元器件的采购、生产、检验和验收等质量控制过程，使之满足型号用户的使用需求。但是，目前有相当一部分元器件并没有元器件总规范，在采购规范的研究制定过程中缺乏相应的依据文件，不能系统地对同类型元器件提出质量控制要求。由于这类元器件往往是型号用户选用较多且容易出问题的元器件，因此，亟需对这类元器件的总规范进行研究，及早地形成相关的标准，指导采购规范的研究制定。

2.2 支撑性基础标准规范不足

宇航用元器件采购规范建设应是一个标准体系建设的过程，除了需要元器件总规范的指导，还需要有技术基础规范的支撑。在采购规范建设初期阶段， 元器件使用单位由于主要考虑 “急用先行”，保证元器件采购规范技术条件的平稳过渡，实现了具体元器件品种生产和质量过程控制技术和管理要求的规范化，保证了质量保证工作的顺利开展。在各类元器件采购规范研究制定和质量保证实践中，还需要大量的元器件 DPA 试验、 结构分析试验、评估试验、热环境试验、力学环境试验、空间辐射环境试验、寿命可靠性试验等方面的试验技术支撑，这些技术可以总结提炼形成采购规范体系中的基础类规范，形成对元器件采购规范的有力技术支持，保证相关元器件评价与考核技术工作的有效实施。

2.3 元器件应用指导有待强化

在以往的宇航用元器件采购规范的建设中，在研究制定过程中重点关注了过程控制要求，对元器件原材料检验、 结构分析、 鉴定（认定）维持、 生产厂生产线控制、产品技术状态管理、用户过程控制要求、试验项目和应力一致性要求、可追溯性、失效报警等方面提出了详细的技术要求，并督促生产厂开展了基于产品系列的过程确认文件（PID）建设[4]， 突出了元器件生产质量过程控制前移的理念，有效地控制了元器件的固有质量问题。但是，近几年随着宇航应用需求的不断扩大，应用过程中元器件的使用问题经常出现，影响了宇航任务的顺利进行。例如：在某器件采购规范中，尽管对器件电性能参数指标及功能真值表进行了规定和描述，但是并没有明确器件某一引出端的准确用法，导致用户在使用过程中，使用该引出端作为片选端而造成在某一状态下的电源电流异常地增大，影响器件的功能、性能甚至无法使用。

3 宇航用元器件采购规范技术的发展方向

通过对现有的宇航采购规范体系现状及规范执行问题的综合分析，找出了目前采购规范体系建设的不足，针对现有采购规范体系的完善需要进行相应的改进，突出如下宇航用元器件采购规范体系建设的技术发展方向，满足未来宇航应用需求。

3.1 完善采购规范体系

从国内外宇航用元器件采购规范体系现状分析来看， NASA 标准和 ESCC 标准均注重采购规范和基础标准规范的同步建设，采购规范是在元器件保证技术标准等基础标准规范的支撑下才能更好地执行。因此，借鉴国外宇航元器件采购规范体系现状的先进经验，结合宇航用元器件未来发展的需要，基于现有的元器件采购规范建设现状，可以从元器件总规范、采购规范、基础标准规范等3个方面完善采购规范体系建设，扩充宇航用元器件采购规范的内涵，重点开展采购规范体系框架研究以及基础标准规范的制定研究。

3.2 扩充基础标准规范

现有的宇航用元器件采购规范执行以来，元器件质量保证工作不断地完善，建立了一套包括型号元器件选用、认定、监制验收和补充筛选等在内的元器件质量保证流程，在此过程中形成了具有宇航应用特色的元器件评价与保证技术，包括元器件选用、结构分析、元器件评估、抗辐射能力评估、电热力学环境适应性验证和装联工艺验证等专项保证技术[5]， 具有一套完整的试验项目和方法条件，可以将这些成熟的技术方法转化为基础类标准规范，形成一套元器件保证技术基础标准，为元器件总规范和采购规范的有效执行提供技术支撑，同时也不断地固化元器件保证核心技术，提高行业竞争力。 目前， 可以按照 “急用先行” 的原则将成熟的元器件保证技术先期转化为基础标准规范，通过积累该类标准规范的研究经验，开展后续基础类标准规范的研究制定，不断地完善采购规范体系。

3.3 明确并细化应用指导要求

近年来的数据表明元器件使用问题较为突出，元器件的固有质量问题与元器件选用或使用不当造成失效问题的比例几乎各占一半，主要表现在元器件生产厂没有说清楚宇航元器件产品在空间应用环境下如何合理地使用，没有准确地指导宇航用户对元器件产品的使用，另一方面宇航用户针对国产宇航用元器件的使用没有弄清楚该如何合理地使用。因此，采购规范应在加强元器件生产质量过程控制的基础上，向关注元器件应用指导方向发展，起到元器件研制单位与型号用户之间的纽带作用，将元器件功能性能、极限能力、特性曲线和测试覆盖性，以及使用注意事项、可能的故障模式等方面的特性全面提交给宇航用户，并明确元器件空间环境应用条件下的使用要求。宇航用户在进行线路设计时，应充分考虑器件的使用特性，在器件特性范围内合理地使用相关元器件，避免使用问题的出现。

在采购规范的研究制定过程中，需要明确地增加有关产品应用指南的编制要求，提出应用指南编制模板要求并与采购规范一起受控实施，至少应包括如下几个方面：

a）应用范围。

b）引用文件。

c）术语定义。

d）元器件概况。

其中，包括产品特点、功能描述、系列型谱介绍等；需要对外观尺寸、重量、结构、标志和常规电特性、力、热学环境特性，以及不同工作条件下的特性曲线进行说明，若有进口同型产品，则需要给出具体的对比分析说明。

e）极限环境数据。

其中，包括电应力极限：极限电压、极限工作频率等；热应力极限：温度冲击极限、高温极限工作等；力学应力极限：机械振动极限、机械冲击机械、随机振动极限、恒定加速度极限等。

f）可靠性数据。

其中， 包括 MTBF 数据， 加速工作寿命数据、间歇寿命数据；可能的失效模式等。

g）抗辐照特性。

h）应用要求和典型应用。

至少应包括上电要求、防静电要求、推荐安装条件、引线成型方法等，以及元器件典型应用线路。

i）包装、 贮存和运输要求。

j）产品信息。

4 结束语

a）NASA 标准和 ESCC 标准均注重采购规范和基础标准规范的同步建设，在元器件保证技术标准等基础标准规范的支撑条件下，宇航用元器件采购规范才能得到更加有效的执行。国内现阶段宇航用元器件采购规范还缺乏相关技术基础标准规范的有力支持。

b）宇航用元器件采购规范以总规范为基础，借鉴国外相关成熟经验，结合国内实际情况和宇航应用需求，提出了我国宇航用元器件采购规范的技术发展方向。

c）未来宇航用元器件采购规范应在加强元器件生产质量过程控制的基础上，强化元器件应用指导要求，明确并细化元器件空间环境条件下的使用要求，创新地提出元器件应用指南编制要求。

d）某卫星用元器件在国产化研制过程中， 采购规范制定已经落实了基础标准规范和应用指导制定要求，并在实施过程中不断地修正和改进。实践表明，本文提及的采购规范技术发展方向符合宇航应用需求。

[1]ESCC Basic Specification-22600-2010， Requirements for the evaluation of standard electronic components for space application[S].

[2] 刘颖.我国宇航元器件标准发展方向与趋势的探讨 [C]//中国国防工业元器件标准化论文集.2007.

[3] 夏泓.关于中国宇航级元器件及标准体系的思考与建议[C]//中国国防工业元器件标准化论文集.2007.

[4] 张红旗. 谈宇航元器件的 PID 建设 [J]. 质量与可靠性，2012， 29（5）， 29-33.

[5] 张洪伟， 夏泓， 江理东， 等.宇航元器件极限评估技术研究 [J].电子元件与材料， 2011， 30（11）， 72-76.

美国科学家研制出防水耐用的陶瓷材料

美国麻省理工学院的一个研究小组用稀土金属制成一种陶瓷材料，这种材料通常是具有亲水性的，也就是说它能够吸引水，是一种带有防水的电子结构陶瓷材料。

许多防水或者亲水性材料都能够提升工业生产过程，例如：在海水淡化过程中进行水缩合反应，以及在发电厂中使用；但是这些材料很容易被磨损，尤其是在高温环境下。

麻省理工学院的科研小组试图将陶瓷材料的耐磨性和非耐磨材料的亲水性相结合。他们采用稀土氧化物制成的新型陶瓷是一种特殊材料，还没有对它的湿润性进行研究。不过，他们表示，即使这种材料受到损坏，它仍然能够保持其亲水性，这是因为疏水性是它内在的化学特性。

为了演示新材料超强的防水性能，科学家在纳米质地的表面涂上陶瓷材料，滴液竟然从涂有陶瓷材料的表面弹开了。

这样超强的防水性能及耐用性，也许将来会在蒸汽涡轮发动机和飞机发动机上使用这种新材料。

（摘自科学中国-中国网 ）

Analysis of the Development Trend of Aerospace Com ponents Procurement Specification

XIAO Bo， XING Yan， ZHANG Lei， ZHU Heng-jing， SU Yu， ZHANG Ying
（China Academy of Space Technology， Beijing 100029， China）

In the basis of the analysis of domestic and foreign components general specification and procurement specification， the development status of aerospace components procurement specifications is analyzed in view of the domestic components production status， aerospace application and future demand for space.The technical development direction of components procurement specification for space in China is presented.

procurement specification； status analysis； technical trend

V 443； T-65

:A

:1672-5468（2014）01-0023-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.01.005

2013-08-14

2013-09-02

肖波（1980-）， 男， 湖北武汉人， 中国空间技术研究院宇航物资保障事业部工程师， 硕士， 从事宇航元器件保证工作。