航天器洁净厂房环境监测规范化应用

田帅 刘铮 齐强 李欣

（北京卫星环境工程研究所，北京，100094）

航天器在地面工作和存储的环境一般为工业洁净室，该环境需要对空气中的尘埃、温度、湿度、静压等进行控制。随着航天器载荷的多样化，其环境不仅对温度和湿度有较高的要求，同时航天器处于不同工序时对洁净度的要求也不同。例如航天器常规存储环境要求为ISO 8 级洁净度，航天器在执行检漏时的洁净度要求为ISO 7级。这些洁净度的级别在标准中有明确的定义与阐述。在实际标准执行的过程中，如何实现这些洁净度的要求成为标准落实的关键。

1 航天器洁净厂房洁净度相关的标准

航天器环境洁净度的主要相关标准从顶层的国军标至底层的院级标准均有涉及。这些标准的要求逐项细化并最终落实到企业标准和具体标准化操作文件中。

航天器环境洁净度的顶层标准为GB/T 25915—2021 《洁净室及相关受控环境》[1]和国家军用标准 《卫星装配测试厂房设计规范》。GB/T 25915.1 《洁净室及相关受控环境 第1 部分：空气洁净度等级》中对航天器常用的环境ISO 7 级和ISO 8 级的关注粒径的粒子最大浓度限值进行了明确规定。ISO 7 级环境中大于或等于0.5μm粒径的粒子最大浓度限值为352000 个/立方米，大于或等于1μm 粒径的粒子最大浓度限值为83200个/立方米，大于或等于5μm 粒径的粒子最大浓度限值为2930 个/立方米。ISO 8 级的环境该指标为ISO 7 级的10 倍。GB/T 25915.2 《洁净室及相关受控环境 第2 部分：证明持续符合GB/T 25915.1 的监测与监测技术条件》中对监测周期、监测仪器、例行监测、出具的报告文件等提出了纲领性要求。GB/T 25915.3 《洁净室及相关受控环境第3 部分：监测方法》给出了洁净度监测的规程和原理。国家军用标准 《卫星装配测试厂房设计规范》的7.2.3 至7.2.7 条目对装配测试厅的洁净度给出了明确的规定，要求卫星等航天器装配测试需达到10 级（8 级）洁净度。这些条目对送风形式、三级过滤、风量、换气次数给出了明确规定。

航天器环境洁净度的行业标准为 《洁净室（区）内洁净度级别及评定》。该标准中细化阐述了粒子浓度的鉴定和监测方法。但由于制定标准的年代较为久远，该行业标准仍然使用10000 级和100000 级来确定级别。

航天器洁净度的五院标准《洁净室综合性能监测方法》在遵循上述2 个标准的基础之上，细化并落实了各项纲领性要求。该标准中对于洁净度的监测方法进行了更新。细化了洁净度监测过程，明确为4 个步骤。明确了监测数据的处理方法。

有关于航天器洁净度标准中，除了执行上述自顶向下的3 项标准外，还配合制定了相关的企业级作业文件，例如 《航天器洁净厂房环境参数》《试验区环境控制程序》。

2 航天器洁净厂房洁净度监测仪器

目前，一般监测空气中悬浮颗粒所用的监测仪器一般均使用尘埃粒子计数器。其性能指标需满足GB/T 25915—2021 《洁净室及相关受控环境》的要求。针对于航天器洁净厂房的大面积特点提出如下要求：①大于636m2的空间，其最小采样点数为面积的平方根；②每个采样点的采样量至少为2L，每一个采样点单次采样的最小采样时间为1min，每一个采样点的采样量应一致。

在航天器洁净厂房洁净度监测过程中，一般选用激光尘埃粒子计数器。其被测粒子的粒径范围的为0.3μm 至10μm。该种激光尘埃粒子计数器可直接监测10000 级（ISO 7 级）、100000 级（ISO 8 级）洁净度、采样流量一般为2.83L/min或 者28.3L/min、粒径档位为0.3μm、0.5μm、1.0μm、5μm。

在航天器洁净厂房洁净度监测实际使用过程中使用2 种类型的激光埃粒子计数器。①手持式激光埃粒子计数器，其可以在航天洁净厂房内任意位置移动使用。由于航天洁净厂房面积一般大于636m2，达到1000m2左右。根据标准需要采样至少32 个点位。这种手持式可根据需要自主确定测量位置的数目，以满足最小采样点数的要求。②固定式激光埃粒子计数器，其需固定在厂房离地面0.8m 高度的工作水平面上使用，且可以通过计算机不间断采集其数据，以达到洁净度实时监测的功能。一般航天器洁净厂房布置不少于4 个固定式激光埃粒子计数器以记录航天器洁净厂房内洁净度的实时变化。

此类激光尘埃粒子计数器运行稳定、应用广泛、易于采购且产品成熟。但是在航天器洁净厂房洁净度监测过程中存在一定的缺陷。例如，被测粒子在同样测量环境中测得的数据存在一定差异（即测量值的不确定度较大），所以需要多测量几组数据，经过数理统计计算得出置信度达到95%的数据。此外，激光等光学仪器容易老化寿命有限。

3 航天器洁净厂房洁净度运行管理

在航天器洁净厂房内使用上述激光尘埃粒子计数器，测量粒径 为0.5μm、1.0μm 及5.0μm，按照既定步骤进行洁净度监测。常规航天器洁净厂房洁净度监测由两种检测模式共同完成：①使用手持式尘埃粒子计数器手动测量，②使用现场布置的固定尘埃粒子计数器自动监测。

在自动监测工作程序模式下，将洁净度数据监测系统设置为每2 小时自动监测洁净，试验区的洁净度，由现场管理人员每2 小时对监测数据进行检查确认。如数据超标按超标程序执行，汇总记录日志。环境数据监测系统服务器故障时，启用备用服务器。

在手动测量工作程序模式下，在环境数据自动监测系统故障时，现场管理人员使用手持式设备进行测量，每日3 次（第一次：9:00～11:00，第二次：13:00～15:00，第三次：20:00～22:00）。

当航天器洁净厂房洁净度参数超出标准要求时，启动预警处理程序。在预警程序中对各种可能引起洁净度异常的原因进行梳理，给出相关的解决方法和步骤。航天器洁净厂房如果出现洁净度异常，在排查到原因之后，根据原因的不同作出如下处理：①如因停电或者电器故障，导致洁净设备不能正常运行而引起的洁净度超标，在确认恢复供电或电器故障排除后，尽快恢复航天器洁净厂房的洁净设备正常运行；②如因人数过多引起洁净度超标，超标区域需对现场人数进行控制，并加强对超标区域洁净设备的调节；③如因天气原因引起洁净度超标，应加强对超标区域工艺空调的调节；④如因航天器洁净厂房大门开关频繁和开启时间较长引起洁净度超标，在不影响现场工作的情况下减少大门开关次数和缩短大门开启时间，需要加强对超标区域洁净设备的调节。