商业航天互联网星座用元器件保证研究

蔡娜 刘文宝 徐 李艳波

（中国航天标准化与产品保证研究院， 北京， 100071）

近年来， 美国、 加拿大等相继部署近地卫星互联网战略， 旨在推动空天地一体化通信网络建设。 以SpaceX、 OneWeb 为代表的新兴卫星企业纷纷发布低轨卫星发射计划， 积极获取近地轨道、 频谱资源， 加速推进全球布局[1]。 其目的均为争夺空天领域网络主导权， 利用近地卫星互联网的优势获取发展先机。

随着航天产业市场化时代的到来， 近年来伴随国家大力推动 “互联网+航天” 的产业升级变革， 中国在商业卫星方面取得了进展。 2017 年，我国18 次运载火箭发射中商业卫星的数量达到8 颗。 以高景一号、 珠海一号、 吉林一号等为代表的商业卫星在民用遥感观测、 资源监测、 验证新技术等方面发挥作用。 为形成覆盖全球的国家卫星通信网络， 我国相继启动了鸿雁星座、 虹云工程的建设工作， 预计未来几年将密集发射近千颗商业卫星。 在此建设背景下， 商业互联网星座工程对元器件的研制生产、 质量、 速度、 资源利用效率与协同管理能力等均提出了新模式要求。

传统航天工程用元器件追求高质量、 高可靠， 对成本和批量化基本没有考虑， 而质优价廉对于商业航天却是最重要的需求， 这为元器件保证工作带来了极大的挑战， 同时也带来了崭新的发展机遇。 需要从元器件保证的本质出发， 根据商业航天工程特点， 全面设计适合商业航天的元器件保证方法和项目， 指导和规范商业航天元器件保证工作进展， 有力支撑我国商业航天工程建设步伐。

1 元器件产品保证需求分析

从商业航天工程最根本的需求出发， 面对商业航天低成本、 低风险、 批量化、 市场化等特点[2]，分析元器件保证工作要求， 需要重点关注以下4 方面内容。

a） 低成本。按照商业航天成本控制的要求，要兼顾成本和质量要求。 一方面要降低军用元器件成本， 另一方面要保证大量商用器件可靠应用。 元器件保证需要在技术和管理上进行创新。

b） 批量化。商业航天卫星呈数量级发展，从传统卫星的几十颗、 几百颗， 到几千颗， 上万颗， 传统航天元器件品种多、 数量少、 单批次的供应保证模式已不能满足需求， 需要在供应保证方式方法上实现集中和统一， 保证批量产能。

c） 长期稳定。商业航天不仅在航天器数量和批量上有着新的需求， 还有着在轨时间较长，工程持续性开展等要求， 需要元器件能够长期稳定供应。

d） 自主可控。我国商业航天必然要面对国外的激烈竞争， 因此工程要具有话语权， 要能够自主可控。 系统和元器件都要立足国内设计研发， 元器件保证方式要聚焦国产元器件水平有针对性开展。

2 元器件产品保证目标和原则研究

通过对星座卫星的工程需求分析， 需要对元器件采取各种保证措施， 使其在互联网卫星的整个寿命周期内性能、 可靠性、 进度和经费满足预期要求。 围绕 “成本、 批量、 长期稳定、 自主可控”， 形成批量供应能力， 满足工程要求； 建立长期稳定自主可控能力， 确保工程不受制于人，实现 “好、 快、 省” 的元器件质量保证新模式。

按照整个工程目标要求， 进一步分解出元器件保证的目标。 为建立全新的商业航天互联网星座， 基本原则是元器件保证工作应在国家统一要求、 统一管理下开放性实施， 充分利用社会优势资源， 公平竞争， 实施保证机构认证认可。 要确保元器件自主可控， 优先选用国产元器件， 以国产元器件开展系统设计， 提出国产化需求， 逐步实现国产化产品替代进口元器件。 进一步压缩优化元器件品种， 实施集中采购， 降低成本， 确保进度。 鼓励使用已有质量保证数据和已成熟应用的商用元器件， 降低元器件成本。

3 元器件产品保证工作及模式

3.1 元器件保证总承模式

目前我国航天元器件保证工作， 主要由航天科技一院、 五院、 八院等元器件可靠性中心负责开展， 各可靠性中心按照各自单位体系和型号要求开展相应的元器件保证工作， 包括元器件的选用、 采购、 监制验收、 补充筛选等。 分散的采购工作， 使得元器件数量和品种不集中， 元器件制造成本难以下降。 同时， 质量保证工作各自开展， 成果不能共享， 一定程度上造成了质量保证成本的上升和资源的浪费。

面对商业航天新的运营模式要求， 达到 “好、快、 省” 的目标， 需要改变现有元器件保证体系和模式。 可以借鉴欧洲CPPA 模式， 依托元器专业件保证机构， 建立起统一、 集中的元器件选用、采购、 保证、 失效分析等元器件总承模式， 实现互联网星座用元器件的低成本和可靠质量。

元器件总承模式是连接生产厂和用户的桥梁， 贯穿于从元器件功能定义到装机运行整个采购过程中的质量保证。 通过产品保证大纲、 组织和控制， 确保能够经济高效的选用、 制造、 测试型号制造过程所需EEE 元器件， 满足工程型号进度、 质量保证要求。

采取元器件总承模式， 能够优化压缩元器件品种， 降低重复性成本及小批量购买成本。 由于减少了元器件品种， 因此也降低了批失效风险。整合实施一次检测评价， 实现采购可视化、 可控化。 提供高效单一接口， 集中管理出口许可和元器件断档问题， 在采购过程中， 协调处理不一致问题。 在所有用户中推广问题报告和预警管理。提供专业的技术支持， 提高价格谈判能力， 集中采购机构在谈判中有地位的优势。 可与制造商建立长期的合作框架协议， 把采购成本降到最低，协调元器件供应时间与工程需要相符合。 最大化协调实现质量保证一致性， 通过专业机构的元器件总承， 在工程中采用多种质量一致性保证方法， 保证工程质量， 满足工程需要， 保证达到工程目标。

3.2 统一元器件标准

商业航天工程用元器件数量大、 品种多， 涉及型号应用、 产品保证工作和研制工作等多个环节。 研究制定相关工程采购规范， 快速满足工程保证要求， 从而建立起统一的元器件保证基线，为后续选用、 检验测试及应用提供统一依据， 为实现低成本、 批量化供应保障奠定技术基础。

产品规范中的质量等级应综合元器件的质量与成本要求， 根据元器件应用的不同部位要求选择适用的元器件质量等级。 优先推荐按照现有国军标和宇航元器件标准选用元器件的质量等级，其次选用成熟能够满足需求的商用元器件等级。

目前宇航元器件标准建设初见成效， 发布实施了2000 余项产品详细规范， 覆盖航天型号用80%以上的元器件。 宇航元器件产品规范通过对现有航天各型号元器件采购规范的整合形成， 宇航元器件产品规范中规定的质量等级从高到低分为YA、 YB、 YC， YC 等级基本能够满足现有大部分航天型号的要求， 建议以YC 为基础并具体根据型号应用需求选用。

3.3 鉴定与认证一体化

为了确保工程用元器件的质量， 实现优势资源集中效益， 需要在现有航天元器件供应商及产品认证的基础上， 建立起适合商业卫星用的新模式。 为降低元器件认证管理成本， 实施元器件鉴定和认证一体化管理， 用户要求应全面落实到鉴定工作中， 而不只是产品标准的符合性检验和试验。

在认定工作模式上要改变现有分散不统一，各个用户分别开展重复性的认定工作模式， 一定程度上导致元器件成本高昂。 面对卫星互联网星座工程特点， 成本因素制约工程实施， 研究建立集约化认定模式， 规范生产线生产厂认证监督，严格将标准要求落实到生产中， 不再附加用户要求落实， 形成全面地、 全过程地降成本， 改变短期、 局部、 单一产品降成本的做法。 建立起专业第三方认定机构统一开展认定和生产厂培育工作。

本着与供应商建立供应链联盟的思路， 从工程需求和质量可靠性工程要求出发， 帮助生产厂提升产品研制质量， 从而更好地服务工程， 保证工程成功实施。 研究培育生产厂生产线的内容及机制， 提出能够落地的切实可行的培育方案。

3.4 统一选用与准入

元器件选型时， 要兼顾成本、 批量和质量可靠性要求， 实现品种压缩， 建立型号元器件选用目录， 统一选用要求。 元器件选型信息应定期发布， 包括选型范围及结果， 促进各系统选型工作的优化。 具体选用时应严格遵循 “先国内后国外、 先目录内后目录外、 先成熟产品后新品” 等要求。

3.5 辐射敏感元器件选用

具有抗辐射指标的元器件一般价格都较高，考虑型号成本要求， 优先选择辐射不敏感元器件， 其次通过系统级防护和加固的方式。 如必须选用抗辐射要求的元器件时， 综合分析任务轨道、 任务时间、 空间辐射环境和应用部位等要求， 充分利用已有辐射数据和仿真分析等手段，开展元器件抗辐射能力设计， 选择能满足要求的元器件， 必要时应进行辐射验证试验 （RVT） 确认。 若无适用抗辐射能力的元器件， 应采取相应的防护措施。

4 元器件信息管理

互联网工程专项系统庞大、 卫星数量多、 在轨运行时间长， 统筹卫星互联网工程用各系统各单位元器件保障信息， 利用信息化、 智能化的手段， 构建起工程元器件共享信息平台， 覆盖元器件需求规划、 选用、 采购、 验证、 质量保证、 工程应用等全过程， 实现信息实时查询、 指导选型、 协调配套、质量信息处理等功能， 全面链接管理机关、 工程大总体、 单机单位、 使用单位、 研制单位等单位元器件信息， 达到工程整体的高质量、 高效率和高效益， 全面推动工程顺利实施。

5 结束语

围绕卫星互联网工程对元器件供应保证的新需求， 按照供应保证全链条， 顶层体系化地开展供应保证方法研究， 以元器件工程选型及准入为抓手， 优化选型， 建立工程元器件选用基线， 形成工程元器件选用目录。 提出适度质量可靠性要求下的成本低和周期短的工程元器件质量保证要求， 基于国产元器件产品设计， 建立标准快速研制模式。 为满足工程高可靠、 低成本要求， 建立元器件总承模式， 建立研制保证一体化、 采购集约化、 生产线认证规范化的新模式， 建立元器件长期稳定供应机制， 并通过信息化手段实现元器件在线选用管理、 采购供应及问题处理等， 实现商业航天互联网卫星工程的 “好、 快、 省” 整体目标， 并进行工程实践， 最终全面支撑工程实施。