航天器大型地面试验质量控制方法

路彤张军刘文根李树鹏张禹森何韦

航天器大型地面试验质量控制方法

路彤1，2，张军1，2，刘文根1，2，李树鹏1，2，张禹森1，何韦1

（1.北京卫星环境工程研究所，北京 100094；2.航天机电产品环境可靠性试验技术北京市重点实验室，北京 100094）

描述了航天器大型地面试验的定义及分类，分析了开展航天器大型地面试验的意义及不可替代性，以大型地面试验的典型案例——系统级真空热试验为例详述了大型地面试验的步骤及各环节质量控制方法，最后通过分析大型地面试验质量管控方面存在的主要问题，给出了大型地面试验质量管控措施的建议，以期望能通过质量措施的改进，提高工作效率，提升过程质量控制水平。

航天器；大型地面试验；热试验；质量控制

1 航天器大型地面试验

1.1 大型地面试验定义及分类

为确保航天发射的成功，航天器及其组件在发射或装机前需要完成一系列的试验，以验证航天器在轨及发射过程中的环境适应能力。航天器按照装配类别分为器件及材料级、单机及组件级、分系统级、系统级[1]。大型试验是指航天器系统级的各类试验，也包括具有技术难度大、风险性大、试验周期长、接口关系多、耗资大的部分或全部特点的分系统级试验。大型地面环境试验属于大型、复杂环境试验，也是地面必做的试验项目之一，试验代价高昂，一般持续超过20 d，准备周期更长，复杂的环境试验可达半年甚至更久。

作为对航天器产品进行设计验证、性能验证和质量验证的一项重要手段，试验和测试贯穿于航天器的整个研制过程，卫星试验和测试按研制技术流程，一般有：质量特性测试、模态试验、电性能测试、力学试验、EMC测试、磁测试、热平衡及热真空试验、模飞试验等系统级大型试验[2]。针对卫星试验项目多、过程周期长的特点，卫星试验前检查和现场控制应为大型地面试验整个环节质量控制的重点。

1.2 大型地面试验的意义及必要性

随着中国航天事业的高速发展、深空探测任务的逐步推进，不仅试验与测试的项目多、难度大，涉及的分系统多、参试单位多，而且试验与测试周期紧张，再加上受到试验的不可逆性、试验费用等因素的影响，使得试验与测试工作的难度加大。试验验证是否充分有效关系到整个型号任务的成败，不仅具有经济意义，还具有重大的政治意义。

2 大型地面试验的实施步骤

大型地面试验一般会经过任务下达、方案确定、文件编写审查、卫星进场、试验准备、试验工况、产品撤收、试验总结等几个大的阶段，本文以系统级热试验为例，详细介绍试验各环节工作内容及质量控制方法。系统级热试验的典型流程如图1所示。

2.1 大型地面试验的策划

2.1.1 策划阶段工作内容

试验策划阶段的主要工作是明确试验对象技术状态和试验状态、试验计划安排、场地及设备选择、工况设置、任务分工等，具体如下：①天线及太阳翼等外露部件或分系统的试验状态（参与或不参与试验）；②确定试验场地及试验设备，梳理现场保障条件，明确不满足项并落实责任人； ③明确前期任务分工，制订各分系统负责人；④梳理试验前期关键项目、长线项目，对可能影响计划的长线项目、外协项目、可能造成单点失效的项目制定详细的跟踪计划。

2.1.2 质量管控方式

试验策划阶段的质量管控主要考虑以下内容：①制订顶层质量目标及质量管控方式；②考察试验工况设置是否合理、试验验证内容是否覆盖到全部任务环境；③考察试验承试方软硬件条件是否能够满足试验要求。

2.2 大型地面试验的准备

2.2.1 准备阶段工作内容

试验准备阶段的主要工作内容为：①各参试系统负责人编写试验文件，主要包括试验大纲、测试细则、试验方案、试验计划流程、试验技术流程、质量保证大纲等；②承试方和结构分系统协调试验硬件接口，进行试验工装的加工或改装；③进行试验软件的准备、配置等；④进行试验电缆、穿墙法兰的安装调试，进行试验工装的试装；⑤进行试验准备状态的评审。

2.2.2 准备阶段质量管控方式

试验准备阶段的重要质量活动是试验准备状态评审，试验（测试）开始前的准备就绪评审活动是保证正式试验项目与测试项目能够按照规定的流程，有序、顺利实施的有效途径。试验准备状态评审质量控制内容主要有以下几点。

图1 典型系统级热试验技术流程图

2.2.2.1 航天器技术状态和试验状态

航天器技术状态：应按照试验（测试）大纲的要求，对航天器总装技术状态进行符合性检查确认。可组织实物状态的检查，逐项确认并记录，确保其技术状态、接口关系与设计要求一致，具备参加系统级试验的状态。

航天器试验状态：应按照试验（测试）大纲的要求，对航天器试验的最终状态（如地面测试电缆在真空容器内的摆放状态等）进行符合性检查确认。确保航天器试验状态符合大纲、实施方案和试验（测试）环境的要求，具备开始系统级试验的条件。

2.2.2.2 应用文件状态

试验依据性文件应通过评审、受控；试验接口控制文件通过了与试验承试方和测试承试方的协调确认。

组织试验文件的审查和评审，对试验大纲的审查主要考察以下几个方面：①试验目的是否清晰明确；②工况的设置是否涵盖任务整个周期经历的环境要求；③参数产品的状态是否明确，参试产品列表是否清晰无异议；④试验结果如何评价，指标是否明确可执行；⑤各分系统分工及配合是否落实到位等。

试验实施文件为试验实施过程的执行文件，主要包括实施方案、测试细则、技术流程、质量保证大纲、计划流程等。要求如下：试验实施文件应通过评审、受控；应在试验前分发到位，确保试验现场有可控文件在场作为试验或测试工作的依据。

试验实施方案是所有实施文件中的最主要的依据文件，对试验实施方案的质量控制主要把握以下几个方面：①试验目的、试验项目是否和输入文件一致；②试验场地及设备的选择是否能够满足试验要求；③任务及职责分工是否到位，责任人是否明确；④关键工序和关键检验点是否设置合理，如何控制；⑤质量保证措施是否到位，技安要求是否明确；⑥数据采集是否完善、控制方式是否可行；⑦是否已制定停机工作程序等；⑧是否安排试验工装的试装、试验用程序的调试环节。

试验过程性记录表格化文件为试验过程的原始记录表格，主要包括技术性记录表格、质量管理记录表格等。要求如下：过程性记录表格化文件应在质量体系文件中进行规定且质量受控、有效；内容应覆盖试验的全过程，做到技术、质量管理可追溯，现场岗位可获取。

2.2.2.3 试验仪器设备状态

对试验仪器设备准备情况的现场检查确认要求如下：①试验设备应经过调试，运行良好，工作状态正常，满足试验要求；②试验软件应经过调试或确认，技术状态已冻结，符合规定的试验要求；③试验设备、仪器、仪表和工量具均应在校准和检定有效期内，使用状态良好，填写设备（仪器）有效性确认表；④各分系统应进行联合调试，调试结果应满足试验大纲要求，技术状态受控。

2.2.2.4 试验环境状态

按照下述项目，对试验环境的状态进行把控：①温度、湿度、洁净度；②多余物控制措施；③供配电安全、接地安全；④水、暖、电、气、空调、液氮等资源条件；⑤调度电话、监控系统等保障条件；⑥吊装设备、升降车等特种装备在安全检定有效期内使用，并有安全防护措施。

2.2.2.5 岗位设置与参试人员状态

现场组织机构应设置齐全，职责明确；各岗位人员应安排合理，落实到位。参试人员应具有上岗资质；对关键岗位的人员应实行双岗制，并配备后备人员。

2.2.2.6 技术风险控制措施落实情况

技术风险控制措施落实情况的检查要求一般包括：①对试验可靠性、安全性有特殊要求的环节应制订有针对性的控制措施，并落实到位；②关键环节与技术风险的控制措施应具体、有效，落实到位；③试验各阶段故障预想应充分，制定的应急预案和控制措施应已落实到位。

2.2.2.7 不合格控制以及待办事项管理

对检查中发现的不合格及待办事项管理按照如下原则执行：试验准备状态检查活动中发现的航天器技术状态、试验状态不合格应按照相关标准的规定进行控制；对于保障试验顺利进行的待办事项，应在试验开始前完成闭环管理。

2.3 系统级地面试验的过程

2.3.1 实施阶段工作项目

试验准备工作完成后，试验进入实施阶段，在该阶段各参试人员要严格按照试验文件的分工，各司其职，按照工作项目要求，认真做好试验数据的判读，进行试验及测试工作。做好试验整个过程关键工序和关键检验点的质量控制工作，及时按照质量控制要求填写程序跟踪卡和过程记录表格。

2.3.2 关键工序和关键检验点质量控制

关键工序是指吊装难度大、质量要求高的工序，对人身、产品的安全可能造成严重危害的工序，设计文件规定的某些关键特性或重要特性所形成的工序。

系统级热试验关键工序的设置和控制方式按照表1 执行。

表1 关键工序目录

序号关键工序控制方式 1卫星随L支架翻转到水平位置填写程序跟踪卡及吊装程序记录表 2安装南/北红外灯阵填写程序跟踪卡及吊装程序记录表 3试件吊入容器填写程序跟踪卡及吊装程序记录表 4水冷管路安装与检漏、调试填写程序跟踪卡及吊装程序记录表 5卫星及L支架吊出、拆灯阵和冷板填写程序跟踪卡及吊装程序记录表

关键检验点是指试验处于最充分表现其质量和性能状况时（如试验开机前的质量总检、试验结果评价等），当产品责任主体发生室级层次的变化时（如航天器产品的交接等），由于试验操作的关键性或复杂性，可能对试验质量和性能等构成潜在的危险时（如公用线的焊接、导通检查与热响应测试等），过去的故障或失效记录表明必须进行检验时。

2.3.3 实施阶段质量管控方式

试验中要严格按照作业文件的要求，在具体操作上要严格按照做事有依据、做事按依据、做事留记录的要求开展工作，具体有以下几点：①严格技术状态更改控制，如需更改试验条件，需填写《技术条件更改单》，由送试方和承试方共同签字确认，并经过总师或总指挥批准后方可实施； ②严格交接班管理，大型试验由于持续时间长，基本采用3班倒的模式，在接班前一定要做到岗位职责清楚、试验状态清楚、操作要点明确、接口关系清楚、故障预案清楚；③严格按照试验计划、试验程序和操作规程组织实施，统一指挥，保证指挥的正确性；④各岗位对所有的测试操作均应做好记录，涉星操作还有留有影像记录，做到记录完整可追溯。

2.4 系统级地面试验的总结

2.4.1 总结阶段工作项目

当所有的试验工况完成后，经卫星方确认，试验进入停机总结阶段，该阶段的主要工作如下：①各参试系统按照先前制定的停机程序完成停机工作；②停机程序结束后，卫星在容器中均温24 h；③卫星出罐，拆除红外加热设备，承试方和送试方进行产品的交接；④参试各系统撤收试验仪器、设备等；⑤参试各系统进行试验数据的整理，试验报告的编制；⑥试验报告编写和评审。

2.4.2 总结阶段质量管控方式

总结阶段质量管控方式如下：①严格按照试验停机程序制定的工作流程进行停机，过程中严格监视卫星温度数据，必要时启动红外加热设备控制星表温度，做好停机阶段的防污染工作；②卫星出罐时，严格按照事先制定的吊装程序执行，设置专职安全员；③试验数据的整理应及时，做好原始数据的备份工作，按照试验大纲的要求，形成数据包并提交给卫星方；④如无特殊情况，应在试验结束2周内，开展参试各方参加的试验报告总结评审工作。

3 目前存在的主要问题及建议

3.1 目前存在的主要问题

航天事业作为一个国家综合实力的重要象征，可以推进并带动科学研究等一大批产业的发展。航天器大型地面试验作为航天器研制过程中的重要一环，直接关系到航天型号的成败，试验过程出现质量问题，主要有以下几个方面。①设计和工艺脱节，设计人员和工艺人员或操作人员没有充分沟通，造成设计和工艺脱节，工艺加工或装配困难，导致问题发生；②工作指导性文件烦琐，可操作性不强，一线人员抵触情绪较大，造成有章不循或有章难循、制度不落实；③外协产品质量控制不严，缺少中间控制环节，造成外协产品质量不合格或进度延后；④技术状态把控不严，试验过程中由于试验周期紧张，试验人员多同时承担几个型号的任务，工作繁忙等原因，对技术条件更改随意性很大，没有严格执行技术状态更改控制程序。

3.2 质量管控改进建议

针对上述分析的大型地面试验过程中存在的主要问题，应从以下几个方面加强质量管理工作。

3.2.1 措施到位，完善制度

质量管理，措施是基础，制度是保证，一套切实可行的措施不仅有利于工作人员的执行，提高工作效率，减少抵触情绪，还可以降低工作人员出错的概率。加快推进考核机制和监管维护的体系建设，达成维护航天军工行业的决心和信心。在加强航天军工质量管理体系的制度完善基础上，完善考核管理机制。

3.2.2 加强设计和工艺工作，正确处理两者之间的关系

设计和工艺质量是产品研制生产链中的主要环节，是支撑确保产品质量的两条“腿”。在设计方面，要进一步完善设计、优化设计，力求系统简化、工艺简化、指标最优、可靠性最高、安全性最高。在工艺技术方面，要进一步强化基础工艺管理和工艺技术研究，以设计和工艺“双保险”措施，实现确保产品技术性能指标满足要求的目的[3]。

3.2.3 通过信息化手段优化流程，减轻员工负荷

信息化在当前的各行各业中已处于一种支撑地位，其在航天军工企业中更是不可或缺的，依托网络及信息化手段，实现生产、试验过程高度自动化、信息化、智能化，完善过程监控及关键参数报警，切实做到重复工作自动化、指导文件简单量化可操作，减轻员工工作量，满足质量控制要求。

3.2.4 加强人才培养

人是所有因素中的决定力量，所有制度的落实都需要人来完成，因此，必须培养一批专业的、高效的、有能力的管理人才，用以作为企业质量管理的基础力量。做到人尽其用，注重管理人才与研发技术人才的使用，使其相互促进、共同进步[4]。

3.2.5 加强外协产品的质量控制

随着航天发射任务的增多，很多工作需要外协完成，外协产品的质量也直接关系到任务的成败。因为据有关部门统计，外协产品的质量水平占航天产品的质量水平的40%～60%，且存在着较为稳定的比例关系，当前外协产品质量问题主要包括外协件生产管理混乱、军品的特殊要求未落实、缺少行之有效的质量管理体系及完备的质量控制手段、军工企业对外协过程监督不到位等，造成产品无可追溯性[5]。应从以下几个方面加强对外协产品的质量控制：①完善评价体系，保证供方具有较高的质量水平；②加大对供方过程能力水平的评估力度，降低风险；③不断改进采购质量，努力完善质量体系。军工企业需要对生产过程及其所涉及的技术进行有效交流，及时识别所出现的问题，给予解决并进行有效总结，积累经验以预防问题的重复发生[6]。

3.2.6 严格技术状态更改控制

技术状态控制是技术状态管理的核心，是推进航天型号精心化管理确保航天型号成功的关键，要严格按照相关质量控制程序操作。要严格控制技术状态，凡满足任务书要求、经考核验证并经技术评审确定的技术状态，不得随意更改。确需用更改，必须按照“论证充分、各方认可、试验验证、审批完备、落实到位”五条原则执行[7]。

4 结论

航天器大型地面试验，是一个复杂的系统管理工程，具有涉及单位多，参试人员、设备多，试验流程复杂，协调内容多的特点，需要参试各方的通力配合。一套行之有效的质量控制程序十分重要，应及时梳理、分析试验各环节的风险点，及早采取针对性措施，降低试验风险。制订合适、有效的型号大型试验质量管理要求，严格落实过程质量管理制度，保证型号试验的成功。

［1］黄本诚，马有礼.空间环境试验技术［M］.北京：国防工业出版社，2002：26.

［2］姜圣广，潘源，俞敏雯.型号大型试验的质量控制实践［J］.质量与可靠性，2013（1）：44-47.

［3］陈智勇.航天型号研制质量管理中应注意的几个问题［J］.航天工业管理，2009（3）：34-35.

［4］历震儒，程龙，黄斌.航天军工企业的质量精细化管理策略探讨［J］.中国管理信息化，2016，19（8）：100.

［5］梁海，安建民.浅析如何加强军工企业外协件的质量控制［J］.黑龙江科技信息，2011（33）：166.

［6］张鸿羽.航天军工企业外协产品质量管理研究［D］.南京：南京航空航天大学，2013：23-24.

［7］诸一维，罗瑛.严格技术状态更改控制确保航天型号研制质量［J］.航天标准化，2007（1）：16-18.

2095－6835（2021）06－0004－04

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.002

路彤（1988—），女，北京人，硕士研究生，2015年毕业于北京航空航天大学软件工程学院，主要从事航天器试验过程质量控制、试验标准体系研究。

〔编辑：丁琳〕