基于“三个面向”的航天器电源与供配电专业标准体系建设探讨

2021-12-25姜东升付林春杜红王磊

航天标准化 2021年3期

姜东升付林春杜红王磊

（1北京空间飞行器总体设计部，北京，100094；2北京空间科技信息研究所，北京，100086）

为了落实中国航天科技集团有限公司（以下简称集团公司）标准化工作的战略部署和工作要求，贯彻“一个CASC，一套标准”工作要求，科学继承航天标准化工程的成果和经验，构建与新的研制模式相适应的标准体系，航天科技五院总体设计部电源与供配电标准专业组以“三个面向”（面向产品、面向流程、面向组织）为切入点，开展电源与供配电专业领域标准体系的建设。

航天型号工程实践证明，标准化是统一技术状态水平、规范设计和生产行为、确保航天电源与供配电系统的产品质量的技术基础。本文依据“系统规划、提升能力、便于操作执行”的原则，对电源与供配电专业技术产品体系进行梳理，并对产品研制流程和组织开展“三个面向”的研究策划，对现有设计标准和规范进行分析，结合未来专业技术发展需求，建立适应我国航天器电源与供配电专业研发和产品实现模式的标准体系，提出开展标准研究和标准编制的方向和工作项目，做到推动技术标准、工作标准及产品标准“横向一致”和各级承研单位“纵向贯通”。

1 基于“三个面向”的电源与供配电专业标准范畴分析

1.1 电源与供配电专业技术体系研究

传统的航天器电源与供配电专业技术体系分类包括供配电系统技术、一次电源技术和总体电路技术等3大方向，如图1所示。需要针对每项专业技术的设计、技术实现和技术验证开展相关标准规范制定的研究工作，以适应新技术和新产品研发和应用工作的开展。

图1 传统航天器电源与供配电专业技术方向框图

a）供配电系统技术：

包括供配电系统设计技术、供配电系统测试技术、供配电系统评估技术、供配电系统仿真技术等4个技术分支。

b）一次电源技术：

包括电源控制与管理技术、发电技术、储能技术等3个技术分支。其中，电源控制与管理技术包括：S3R功率调节技术、2S4R功率调节技术、MPPT功率调节技术、无线能量传输技术、BCR设计技术、BDR设计技术、高压大功率电源系统技术、多器并网电源系统技术、多器多母线电源系统技术。发电技术包括：太阳电池阵技术、核反应堆技术、同位素温差发电技术。储能技术包括：锂离子蓄电池技术、一次电池储能技术、超级电容储能技术、燃料电池储能技术。

c）总体电路技术：

包括配电控制技术、火工品控制技术、电缆网传输技术、电源变换技术等4个技术分支。配电控制技术包括：配电体系设计技术、固态/机械配电控制电路设计技术、配电安全性设计技术、智能配电管理技术。火工品控制技术包括：火工母线供电体系设计技术、火工控制电路设计技术、火工装置地面可测试性设计技术、火工控制系统验证技术。电缆网传输技术包括：电连接器和导线规划选型、汇流条/超导功率传输技术、线径选择技术、分支设计技术、大功率电缆热设计技术、电缆EMC设计技术电缆网测试技术。电源变换技术包括电源变换设计技术和电源变换测试及验证技术。

1.2 电源与供配电专业产品体系研究

对航天器电源与供配电专业技术体系3大方向的产品，即供配电系统产品、一次电源产品和总体电路产品进行梳理，共有17类产品，如图2所示。其中，核心产品包括电源控制器、太阳电池产品、一次蓄电池产品、二次蓄电池产品和电缆网，共计5类单机产品，有较为完善的设计、制造、装配、测试、试验和产品规范。新技术研发产品包括无线能量传输装置、核热电产品、超级电容储能产品、BUSBAR汇流条，共计4类，为了保证产品研制过程规范可控，需要重点开展设计、制造、装配、测试、试验和产品规范的建设。

图2 航天器电源与供配电专业产品

1.3 电源与供配电专业研制流程与研制组织研究

供配电业务一般包括分系统设计、功率平衡分析、电源产品研制与试验、电缆网设计、整星供配电大图绘制和接地设计、整星供配电可靠性安全性设计、AIT与发射场测试、飞控与在轨管理等。业务流程主要包括：方案设计、初样详细设计、电性产品投产和测试及试验验证、鉴定件投产试验验证（新产品）、正样方案设计、正样件产品投产和测试及试验验证、发射场电测、在轨管理与维护等。

电源与供配电分系统研制通常采取总体单位抓总，不同单机厂所设计、承研并提供合格单机设备，总体单位验收后在分系统进行联试，在整星阶段进行电测、环境试验和老练试验测试的研制模式。因此，必须加强专业技术标准的顶层设计，制定满足专业设计、生产、测试、试验要求等的科学、系统的标准规范。同时结合产品的研制流程，重点关注研制单位的技术界面和研制阶段的质量保证，提供通用的标准规范用，为通用产品的研制提供统一的设计、生产、测试、试验、鉴定和验收标准，以提升专业设计能力，规范产品研制过程。

2 总体设计部电源与供配电专业标准体系分析

2.1 电源与供配电专业标准体系梳理

通过对现有电源与供配电专业标准的梳理，将标准分为系统级（A）、分系统级（B）、单机级（C）3个级别，如图3所示。

图3 总体设计部电源与供配电标准体系

● 系统级（A）：规范电源与供配电系统和整星其它分系统相关的接口、设计的标准。

● 分系统级（B）：电源与供配电分系统设计、分系统接口、可靠性安全性设计，以及生产、装配、测试、试验、验收的标准及规范。

● 单机级（C）：规范电源与供配电系统各类单机产品的设计、生产、装配、测试、试验、验收和产品保证的单机产品质量保证类标准。

2.2 与“一套CASC”标准体系衔接关系

2019年，集团公司提出了“一个CASC，一套标准”的工作部署，目标是建成集团公司统一的标准体系，推动标准 “横向一致”，实现由支撑精细到支撑精益升级，支撑高质量保证成功。

总体设计部的电源与供配电专业标准体系与集团公司CASC标准体系高度契合，因此A类系统级标准和B类分系统级标准可以直接归入CASC标准体系的设计与试验标准分支中；C类产品标准中电源控制器、太阳翼、蓄电池、配电器、电缆网和火工品管理器这些产品标准的设计、测试、试验、产品规范以及在轨健康管理标准可以划分到CASC标准体系的产品标准分支；C类产品标准中的通用制造与装配工艺类标准，可以嵌套进CASC标准体系的生产制造标准分支。

3 电源与供配电专业标准体系运行管理思路

按照我国航天领域标准的级别分类，航天电源与供配电标准体系包括国标、国军标、航天行业标准和航天企业标准4大类。其中国家标准（GB）建议重点关注和统一航天器研制过程中的术语、接口要求和可靠性安全性等分系统级共性问题的通用标准。国军标（GJB）重点解决分系统级共性问题的规范和统一，规定航天器电源与供配电系统设计、试验过程的要求、程序和方法等内容。同时对通用产品的型谱、产品规范、设计、标定、试验、包装和运输等方面进行标准化规定。航天行业标准（QJ）属于行业级的指导性技术文件类标准，指导行业内部不同企业间形成统一的电源与供配电系统设计要求、设计规范、接口要求、试验验证方法类标准和产品规范要求。企业标准是航天企业根据自身承担型号产品研制特点形成的，指导企业内部分系统和单机设计、生产工艺、调试、测试、试验、使用和管理的指导性技术文件。

航天器电源与供配电标准体系的建立是一个漫长的动态过程，随着技术的进步和发展，需要不断地对标准体系进行补充和修正，以满足新型号、新技术、新产品的需求。原则上航天行业标准标准从稳定运行了多年的企业级标准中筛选，推广到全行业执行。升级的航天行业标准（QJ）一般涉及集团内部的不同研制单位的分工界面和供需交接，需要依据航天行业标准（QJ）约束设计输入、输出、产品研制过程、测试方法、产品验收作为跨组织间产品研制工作开展的依据。对于一些新技术、新产品涉及院外单位协同研制，急需标准依据解决型号研制问题的可以直接申报航天行业标准（QJ）、国军标（GJB）。体系内标准的构建流程如图4所示。