航天型号行波管放大器工程规范架构设计

2016-10-17朱旭斌张皓东王敬贤

航天标准化 2016年3期

关键词：质量保证元器件型号

朱旭斌　张皓东　王敬贤

（航天标准化与产品保证研究院，北京，100071）

航天型号行波管放大器工程规范架构设计

朱旭斌张皓东王敬贤

（航天标准化与产品保证研究院，北京，100071）

文摘：分析航天型号行波管放大器质量保证工作要求及相关规范的现状，以考核要求、性能参数指标和质量控制要求等体系为研究重点，提出航天型号行波管放大器工程规范架构的设计思路。

行波管放大器；航天元器件；工程规范架构。

行波管放大器（TWTA）主要由行波管（TWT）和电源（EPC）两部分组成，是利用真空功率器件进行功率放大的一类产品，在导航和中继卫星转发器及遥感卫星高速数传系统中应用广泛，与固态放大器相比，TWTA在高频率、宽频带、大功率等领域具有优势，是星载系统中的关键设备。

目前，对于航天型号使用的行波管放大器，开展质量保证工作缺乏统一的、各方认可的规范性文件，不同航天用户对于相同类型的行波管放大器、同一航天用户对于不同研制单位的产品，提出的性能指标要求、考核要求、质量保证要求等都不尽相同。笔者提出行波管放大器工程规范架构的设计思路，希望为制定相应的产品工程规范、指导产品质量保证工作提供一定的技术参考。

1　航天型号行波管放大器研制现状

1.1质量保证工作要求

我国航天型号使用的行波管放大器长期依赖进口，为了摆脱受制于人的被动局面，近年来，国内有多家单位开展了行波管及行波管放大器的研制工作，部分国产产品已经或即将在航天型号中得到应用。与进口产品相比，由于技术基础明显不足，在航天型号任务中，一般安排两家研制单位并行承担行波管放大器的研制工作，以降低研制风险。

航天型号具有系统复杂、可靠性要求高等特点，行波管放大器在使用过程中需要经历力学环境、热环境和空间辐射环境的考验，这就对其电性能、可靠性及寿命提出了严苛的要求，同时也对行波管放大器的质量保证工作提出了更高的要求。

航天型号开展行波管放大器的质量保证工作，主要依据用研双方签订的研制技术要求/技术协议，部分研制技术要求或技术协议存在要求不全面、规定不具体等问题。此外，对于同一航天型号，不同用户对同一类型产品提出的质量保证要求不尽相同，甚至同一用户对不同研制单位承担的同一类型产品提出的要求也存在较大差异，导致航天型号的质量保证工作缺乏统一的质量基线，同时研制单位开展产品攻关也缺乏统一的目标要求。

目前，我国各航天型号均按照单机管理模式来开展行波管放大器的质量保证工作。主要是将行波管放大器按照电性件（EM）、鉴定件（QM）和正样件（FM）等三种研制状态，分别开展对应的质量保证工作。

a）对于电性件产品，主要在交付时对交付产品进行100%的功能性能检验。

b）对于鉴定件产品，一般要求抽取1台样品开展包括力学试验、热学试验在内的地面鉴定考核试验，给出鉴定结论，在交付时要求与电性件相同。

c）对于正样件样品，要求产品技术状态与鉴定件一致，要求交付使用前应100%接受并通过验收检验。验收检验主要包括力学试验及热学试验，但应力要求较鉴定检验有所降低，在交付时要求与电性件、鉴定件相同。

1.2航天型号行波管放大器规范现状

目前，我国缺乏适用的航天型号行波管放大器的相关规范，国家军用标准中只有1994年发布的产品详细规范GJB 2037-1994《星载C波段行波管放大器规范》，由于年代久远，作为单一频段、较小的输出功率、宽松的产品规范，已无法满足当前航天型号对于行波管放大器研制和应用的需求。

对于行波管，国家军用标准有覆盖行波管、速调管、磁控管、充气微波开关管、前向波放大管和回旋管等微波电子管的GJB 3312-1998《微波电子管总规范》，适用于军用电子管的研制、鉴定及质量一致性检验，但对于航天型号的要求尚有一定差距。此外，由于该规范覆盖了众多工艺、结构差异较大的器件，对于行波管放大器的技术内容明显细化不够。

对于行波管放大器，欧洲供货时一般配备对应规范（specification）。以某具体产品对应规范为例，规范中明示了产品的功能性能指标、质量可靠性指标，规定了接收检验（Acceptance Test）和原型飞行（Proto-flight Model，PFM）检验这两种与交货状态相对应的检验类型，但缺少对于产品生产过程质量控制的相关要求。

综上，对于我国航天型号使用的行波管放大器，需要研究构建统一的工程规范架构，作为编制具体产品工程规范的技术参考，以引导、规范国产行波管放大器研制、验收等各环节的技术活动。一方面，为研制单位建立统一的研制质量基线，使各研制单位有着相同的研制目标和考核要求，促进公平、有序竞争；另一方面，对于同一航天型号的不同用户，建立规范、统一的产品指标体系和质量控制要求，提升航天工程的整体质量与可靠性。

2　航天型号行波管放大器工程规范架构设计思路

在产品规范中，考核要求体系、性能参数指标体系和质量控制要求体系是最核心的技术内容。本文主要围绕上述三个方面来论述航天型号行波管放大器工程规范架构的设计思路。

2.1考核要求体系设计

考核要求体系主要规定航天型号对于行波管放大器生产过程控制、整体质量控制等方面的通用性要求。主要包括以下方面内容。

a）内部元器件要求。行波管放大器不同于一般的不可拆分的元器件，除电线电缆外，其电源部分还使用了场效应管等元器件，这些内部元器件直接影响了行波管放大器整体的性能及可靠性。以某型号配套的行波管放大器为例，在研制过程中发现参数超差，经分析，问题最终定位于产品使用的电线电缆。因此，需要对产品内部使用元器件的质量与可靠性明确考核要求，并对其替代、更换进行约束限制。

b）极限试验要求。由于目前我国的行波管放大器尚处于初步应用阶段，飞行应用数据缺乏，对产品可能出现的失效模式和失效机理存在尚未认识到位的可能。因此，应对行波管放大器明确提出开展极限试验的要求，通过施加极限应力获取产品在极恶劣条件下的数据，分析后摸清产品的极限能力，对于出现失效的情况分析其机理，作为判断产品整体可靠性的重要依据。

c）结构工艺要求。行波管放大器结构工艺复杂，如行波管电子枪采用的工艺包括高温Mo-Mn法金属化、高温钎焊、电阻焊、激光焊等，高频系统采用的工艺包括表面薄膜沉积（CVD）、冷弹压装配法、高温钎焊等，电源采用的工艺包括电装工艺、高压变压器的灌封工艺、三防涂覆工艺、机械装配工艺等。为确保工艺的可靠性，在规范中应明确提出对行波管放大器采用工艺的要求，如尽可能地采用经过飞行验证的工艺，对于新工艺必须首先通过地面工艺鉴定，经过评审批准后方可采用。

d）抗辐照要求。航天型号使用的行波管放大器由于工作在具有各种辐射的空间环境中，空间辐射将导致产品性能的降低甚至失效。因此，在规范中应根据不同航天型号工作的空间环境，明确对行波管放大器抗辐照剂量要求，并对其内部选用元器件的抗辐照能力作出要求，禁用或限用对辐照敏感的材料或工艺。

行波管放大器工程规范建议考核项目见表1。

表1　行波管放大器工程规范考核项目

2.2性能参数指标体系设计

通过对行波管放大器的功能性能特点，特别是对航天型号任务关注的特性参数的系统梳理后可以看出，行波管放大器工程规范的性能参数主要包括工作频率范围、工作带宽等22项参数，见表2。

表2　性能参数指标

2.3质量控制要求体系设计

对于航天型号使用的普通元器件，其质量控制一般要求产品应通过鉴定检验，并逐批或周期性开展质量一致性检验，在生产过程中应进行用户监制，交付用户时还需进行使用方验收。目前，我国航天型号行波管放大器尚处于初步应用阶段，飞行数据缺乏，并具有以下特点：多为定制产品、种类多、数量少、价格高，普通元器件质量控制手段还无法满足航天型号要求。

目前的用研双方签署技术要求/技术协议一般仅规定鉴定级检验及验收级检验，分别作为鉴定件产品、正样件产品质量保证工作的依据。通过调研，除了上述要求外，各研制状态的产品在交付用户时需开展类似于普通元器件使用方验收的检验，为避免其与验收级检验混淆，应明确提出在交付用户时需开展交收检验。此外，部分航天型号在产品研制过程中提出了监制的相关要求。在充分分析目前航天型号实际做法的基础上，吸纳部分元器件质量控制的要求，建议行波管放大器按照研制状态的主维度规定相应的质量控制要求。

a）对于电性件产品，要求进行使用方监制和交收检验。其中交收检验在交付时进行，主要开展功能性能方面的检验。

b）对于鉴定件产品，要求进行使用方监制、鉴定检验和交收检验。其中鉴定检验对应于航天型号中的鉴定级检验，主要开展包括力学试验、热学试验在内的检验项目，要求给出明确鉴定结论；交收检验要求与电性件相同。

c）对于正样件样品，要求进行使用方监制、验收检验和交收检验。其中验收检验对应于航天型号中的验收级检验，主要包括力学试验及热学试验，但应力要求较鉴定检验有所降低；交收检验要求与电性件相同。

检验样品的抽样方式可参考目前航天型号的实际做法，具体要求：①鉴定检验采用抽样的方式，随机抽取1台样品；②验收检验要求对正样件产品进行100%抽样；③各阶段的交收检验均对检验样品进行100%抽样。对于鉴定检验及验收检验具体要求，建议采用试验矩阵进行规定，见表3。表3仅列出部分测试要求，表中还应该包括 “试验方法”和 “检验要求”，由于这些内容与本文相关性不强，笔者予以省略，表5与之相同。

表3　鉴定　（验收）试验矩阵

在此基础上，为进一步明确各项试验采用的具体试验方法、试验条件、检验要求及先后次序，建议增加鉴定（验收）检验表（见表4），明确各项试验如重量及外观检验、初始测试等的试验方法、试验条件及检验要求，并且明确试验次序不能调整。

表4　鉴定（验收）检验示例表

此外，表3中各项试验对应的参数测试的时间点不尽相同，可能在试验前、试验中或试验后。因此，考虑引入不同的符号，明示各参数测试的时间点，见表5（表5仅列出部分测试要求）。表4与表5相结合即确定了具体明确的鉴定（验收）检验要求。

编制航天型号行波管放大器工程规范，可以为国产化行波管放大器的研制、生产、验收等各环节技术活动提供统一、规范的考核评价依据，促进航天型号任务的长远发展。国内行波管放大器的质量保证工作和规范研究现状的基础上，首次从考核要求体系、性能参数指标体系、质量控制要求体系这三方面建立了航天行波管放大器工程规范的基本架构，可有效指导相关规范的编制工作，建议按照此架构制定具体产品的工程规范，并据此开展产品质量保证工作，从而为航天型号使用的行波管放大器建立统一的质量保证基线。