某装备卫星控制分系统产品保证工作实践

徐菁宇 于松柏 邓雅

（1 北京控制工程研究所，北京，100094；2 北京空间飞行器总体设计部，北京，100094）

文 摘： 分析航天装备卫星产品特点，总结某装备卫星控制分系统特点的产品保证工作实践。采取了从产品设计、产品研制、测试验证及验收交付过程的质量保证工作，在完成装备卫星控制分系统常规产品保证工作的基础上，提取该型号卫星控制分系统的状态变化特点，重点放在该卫星控制分系统状态变化识别和验证相关的产品保证工作实施上，提升产品保证工作效率，为其他装备卫星控制分系统的产品保证工作提供参考。

在型号研制过程中，为了达到规定的质量要求，在产品设计、产品研制、产品测试、产品验收等过程中进行的一系列有计划、有组织的技术和管理活动称为产品保证[1]。相比于传统的质量与可靠性工作，产品保证工作的体系结构和内容要素更加完备，它包括产品保证管理、质量保证管理、可靠性保证、安全性保证、软件保证等，贯穿在产品设计、产品研制、产品测试、产品验收的全过程中。在产品保证方法上，可以通过在各阶段进行的产品保证工作，有效识别技术风险，100%落实技术风险，达到产品保证规定的任务目标[2-4]。

装备卫星控制分系统的产品保证工作继承了前一发卫星成功的关键环节风险识别与控制工作经验。在此基础上，着重关注技术状态更改风险在设计阶段、测试阶段、验收等阶段的识别与落实[5]。本文总结了某装备卫星控制分系统产品保证控制措施，可为其他装备卫星控制分系统研制过程的产品保证工作提供参考。

1 装备卫星控制分系统特点

装备卫星控制分系统研制过程如图1 所示，其特点是以平台前一发成功卫星控制分系统为基线，其技术状态常与前一发卫星控制分系统有一定变化，如：用户需求变化或产品升级换代要求等。相应的产品保证工作应针对这些差异性的变化，突出装备卫星的特点，提升研制过程中的产品保证工作效率。

2 确定某装备卫星控制分系统成熟度

在装备卫星控制分系统产品保证工作中，首先要进行的是成熟度判定。根据成熟度判定结果，确定产品保证工作的总体思路。装备卫星控制分系统成熟度定义见表1。控制分系统的成熟度分为4 个等级，由高到低，分别为I 级、II级、III 级和IV 级，其中装备卫星控制分系统的成熟度等级为I 级和II 级。

图1 装备卫星控制分系统研制过程图

表1 装备卫星控制分系统成熟度定义

确定某装备卫星控制分系统技术状态。硬件产品配置的状态变化：采用长寿命陀螺替代液浮陀螺；星敏感器和太阳敏感器采用升级换代产品；此外，控制分系统部分配置产品也进行了内部升级，如更换元器件等产品化升级。

软件状态相对于前一发星有部分变化，主要包括：在原有基线卫星控制分系统运行模式基础上改进了陀螺的使用，增加在轨运行自主性，完善敏感器和执行机构的故障诊断和处理逻辑等。

根据成熟度定义，确定该装备型号控制分系统成熟度为II 级，相应的产品保证工作据此开展。

3 某装备卫星控制分系统产品保证要素分类及重点

按照装备卫星研制阶段可以把装备卫星控制分系统的产品保证要素分为6 大类：设计类产品保证要素、软件类产品保证要素、测试验证类产品保证要素、交付类产品保证要素、整星阶段产品保证要素和在轨阶段产品保证要素。

针对该装备卫星控制分系统特点，确定开展产品保证工作的部分重点内容。对硬件更改项在分系统层面从设计、软件、试验、验收类产品保证要素进行复核验证。依据单机的力、热、空间环境适应性等可靠性分析结果和测试验证等方面的试验结果，确认更改产品在装备卫星上的环境适应性[8]。针对硬件单机的更改，影响到分系统的接口特性、分系统的性能功能指标，以及产品变化带来的分系统极性相关复核确认工作。对软件更改项按软件工程化进行管理。

4 某装备卫星控制分系统产品保证工作实践

4.1 硬件产品保证要素实施

4.1.1 环境适应性保证

针对某型号的硬件配置变化情况，对硬件变化后的使用环境适应性进行分析。包括：①对选用陀螺的最大动态机动环境进行分析，给出陀螺输出饱和值及在轨温度环境变化对陀螺零偏重复性和稳定性的影响。②对选用敏感器的在轨动态机动环境进行分析，给出敏感器输出姿态确定信息时的最大机动角速度，对敏感器能承受的角速度从分系统设计层面进行限幅。③对选用敏感器的视场影响进行分析。④对裸露在外的星敏感器、太阳敏感器可承受的辐照剂量进行分析。

4.1.2 分系统的极性保证

需要明确分系统选用改型后的星敏感器、太阳敏感器输出通道连接关系；明确分系统选用陀螺三轴旋转后的三轴指向与星本体系下三轴的对应关系；针对某装备卫星所采用的奇数块或偶数块太阳帆板，明确太阳帆板驱动机构的安装方式；明确地面设备、动力学、星上处理软件等关于分系统极性设计的对应关系。

4.2 软件产品保证要素的实施

4.2.1 软件配置项的控制保证

研制初期，确定该型号软件配置项。结合装备卫星软件状态控制特点，在分系统层面对软件配置项的制定和变更进行管理，软件配置项的制定要合理。某型号软件配置项为7 项，其中控制计算机有3 项软件，单机软件有4 项。明确各配置项下的软件状态。

4.2.2 软件状态变更控制保证

研制初期，确定型号控制分系统各软件的成熟度。如果系统中软件为II 类软件，对软件的配置参数进行变更。如果系统中软件为III 类软件，在基线软件基础上，分析软件变更项对硬件接口、功能、性能的影响域。III 类软件进行的状态变更控制如下。

a）对该型号装备星新增功能，如：提高在轨运行的自主性；完善敏感器和执行机构的故障诊断和处理逻辑等；梳理软件版本中各升级项，明确软件更改原因，并对软件更改原因进行必要性分析。

b）对软件变更项的更改内容进行影响域分析，更改的内容是否涉及多个软件模块，明确多模块之间是否存在耦合关系。

c）对软件变更项进行验证，可通过数学仿真确认更改项符合并覆盖了更改内容，也可通过软件测试验证升级内容是否符合功能基线要求，同时软件变更项须通过分系统测试验证。

4.2.3 单机软件和分系统软件的验收保证

在各软件验收时，确认各软件的版本是否在研制过程中进行了升级。验收时，明确单机软件和分系统软件完成的功能，明确各软件中的各版本测试的充分性、有效性。验收时软件是否存在遗留问题，最终版本软件验收时应对所有软件问题进行闭环。

4.2.4 分系统软件编译、落焊控制保证

对于基于控制分系统与外系统研制的单机，如综合电子分系统单机，存在与外系统软件联合编译的情况，联合编译之前需要体现参与联合编译的各软件状态；对控制分系统的7 项软件进行落焊前最终状态确认，落焊软件必须与最终参与测试的软件及受控软件进行比对，比对一致后才能烧写落焊。

4.3 测试验证产品保证要素的实施

该装备卫星控制分系统单机28 台套，所有分系统单机需经历包括力学、热学、电磁学等环境试验验证及接口的匹配性验证。控制分系统产品配置上存在敏感器选型差异，因此须验证系统下使用敏感器的功能、性能和该敏感器的故障诊断与处理情况。部分软件进行了版本升级，分系统测试和整星测试时要覆盖版本升级差异情况，明确并落实更改后的性能符合性。对所有测试数据进行全面判读，测试完成后，进行单机、分系统等阶段的测试数据一致性比对，不能存在趋势性数据，并和理论分析结果一致。确实不能进行试验验证的数据，需要使用其他方法进行验证。可充分利用理论分析的方法进行模拟仿真、计算分析等方法确保设计更改的有效性、正确性并有足够的设计余量。

4.4 验收交付类保证要素实施

主要包括以下内容：①单机及软件交付前对

该装备卫星控制分系统28 台套单机在研制过程中的指标符合性进行判读。②对28 台套单机及软件接口匹配性进行确认；对分系统的联试数据进行有效判读。③交付前明确审查问题和待办事项（若有），保证交付状态和最终使用状态协调一致，审查问题及待办事项（若有）均需闭环。④交付前控制分系统要形成交付相关文件。

4.5 产品保证实践结果

根据上述产品保证工作安排，在较短的时间内，按时完成该装备卫星的控制分系统研制工作，整个研制时间相比常规装备卫星研制时间缩短1 个半月。控制分系统产品交付后，在整星条件下测试工作正常，在轨运行稳定，实现的指标满足技术要求。该装备卫星控制分系统产品保证工作实践达到了预期目标。

承担航天型号控制分系统产品保证工作是航天型号控制分系统项目成败的基础。通常，系列卫星的研制均以装备卫星的形式进行研制。本文总结了以某装备卫星为特点的控制分系统产品保证工作实践。通过实施产品保证工作方法，实现了该装备卫星控制分系统产品保证质量控制重心的前移。全面有效地落实产品保证工作，保证了控制分系统的产品质量。