航天器总体设计与试验标准体系构建及运行_张张.pdf

航天标准化2022 年第 4 期航天器总体设计与试验标准体系构建及运行张张正峰温博郭梅（北京空间飞行器总体设计部，北京，100094）文摘：航天器总体设计与试验技术是航天器系统研制的核心关键技术，原有体系中总体设计与试验标准子体系存在一定的横向不一致、领域间标准交叉、专业界面不清晰的情况。文章从航天卓越标准体系建设需求和航天器研制的实际需求出发，分析航天器总体共性技术、总体专业技术和航天器系统试验技术等方面的标准需求，明确构建目标，理清思路和原则，构建完善航天器总体设计与试验标准体系，阐述体系运行中涉及的组织、培训、实施监督等工作内容。针对体系构建和运行中尚存在的问题从国际标准培育、体系表动态维护、协调沟通平台建设等方面给出后续发展建议。关键词：航天器；总体设计；试验；标准体系；体系构建。经过50多年的发展，我国已经发展形成了载人航天、月球与深空探测、北斗卫星导航系统、对地观测、风云气象、通信广播、空间科学与技术试验、空间安全等多个系列航天器，实现了大、中、小、微型航天器的系列化、平台化发展。我国航天器的系统设计和研制水平得到显著提高。随着我国航天事业的蓬勃发展，航天工业部门和科技人员对技术标准和行业规范的需求也越来越明显，标准体系的建设工作十分重要。标准体系作为一定范围内的标准，是按其内在联系形成的科学的有机的整体1。几十年来，集团标准体系建设和应用为航天器设计与研制、技术发展和技术应用起到了很好的引导和规划作用。航天器总体设计与试验技术是航天器研制的核心技术，航天器总体与试验标准体系是集团标准体系的核心组成部分，是按照航天器设计与研制实践进行构建的标准化有机整体。近十年，随着我国航天器总体设计与试验技术的飞速发展，原有标准体系的框架和标准存在一定的滞后性，各层级标准横向不一致，体量不均衡，领域间标准交叉情况也较为突出。因此，对航天器总体设计与试验标准体系进行重新构建十分必要，通过体系构建，在集团范围内规范和协调总体设计与试验领域的各项活动，促进技术经验的固化，使技术更好地服务于航天器设计与研制。1航天器总体设计与试验标准体系的构建1.1构建需求标准体系应随着航天器技术的快速发展而做出动态性、适应性调整，在一定时期更好地凝练成果，指导和支撑专业发展需求2。航天器总体设计与试验标准体系是集团卓越标准体系的一个子体系，需要及时的进行构建与运行维护。通过对航天器总体设计与试验标准在集团标准体系中的分布情况、应用情况分析和横向一致性评估等工作，发现原标准体系存在以下问题。专业实践13-DOI:10.19314/ki.1009-234x.2022.04.008航天标准化2022 年第 4 期a）航天器总体设计与试验标准横向不一致，部分共性标准重复设置需要进行整合；存量标准的应用情况参差不齐，需给出保留、废止和修订的建议。b）标准体系框架结构存在不完善的情况，与其他类别存在着一定的交叉和重复，需要对部分类别进行梳理和细化。c）部分标准制定时间较长，和当前的型号实际研制情况有较大的差别，对不再使用的部分标准建议废止，同时结合实际需求对部分标准进行修订或整合，以提高对工作的指导性。d）相关标准在各专业方向的分布和体量不均衡，部分专业方向有缺项，部分专业方向颗粒度不一致，各分支标准数量和体量不均衡的情况，需要进一步研究、补充和完善。1.2构建目标与思路航天器总体设计与试验标准子体系构建的目标是服务于集团航天标准化体系建设，构建形成航天器总体设计与试验标准体系框架，梳理和框架相对应的标准明细表，确保标准体系分支明确、覆盖全面。涵盖的存量标准横向一致，体量均衡；提前布局，补充增量标准，支撑航天器总体与试验专业技术发展，打造“一个CASC、一套标准”的新格局，助力集团公司高质量发展。构建思路主要包括以下内容。a）保持协调匹配。航天器总体设计与试验标准是集团卓越标准体系的组成部分，其构建要与集团标准体系协调、匹配，进行完善和补充。b）厘清层次定位。厘清航天器总体设计与试验专业在“集团院厂所”三级的标准层次、界面与定位，确保航天器总体设计与试验标准体系层次清晰、界面清晰、定位明确。c）提炼领域共性。梳理航天器各领域总体设计与试验技术中的共性标准，使集团内各领域共性技术标准合并统一、协调一致、共同遵循。d）突出领域特色。梳理载人航天、月球与深空探测、遥感、导航、通信、气象等各领域航天器总体设计与试验技术中的特色标准，做好急需标准的计划布局。e）跟踪技术发展。航天器总体设计与试验专业涉及的技术领域广，相关的新学科、新概念不断出现，新技术不断应用，应及时策划补充新的标准，凝练经验、固化成果，牵引后续技术发展。1.3体系框架设计航天器总体设计与试验标准体系构建是以集团各领域航天器型号设计与研制过程涉及的技术为标准化对象，针对航天器总体设计要素进行逐层识别，形成满足应用需求的标准体系。航天器总体设计与试验标准体系框架如图1所示。1.3.1设计标准在总体设计技术标准分支的构建中，考虑航天器自身系统设计标准以及航天器与运载火箭、发射场、测控系统、应用系统等工程系统接口分开设置，工程系统层面的接口要求和接口规范类标准放在“系统间接口分支标准”中。总体设计技术标准按照“航天器总体设计通用技术标准”和“航天器领域总体设计技术标准”分开设置。总体设计通用技术包括任务规划分析与设计、轨道与星座设计、飞行程序设计、动力学分析与设计、气动力与气动热分析、信息流设计、天地一体化测控通信链路设计、构型与布局、任务仿真与验证、电磁兼容性设计与分析、空间环境分析与防护等3。各领域航天器总体技术包括空间科学与探测航天器总体技术、载人航天器总体技术、通信与导航卫星总体技术、遥感卫星总体技术、气象卫星总体技术、返回与技术试验卫星总体技术、小微纳卫星总体技术等，这些领域特色技术形成了一批特色技术标准。如空间科学与探测领域的月面环境模拟方法、载人领域的交会对接设计技术、导航领域的星间接口要求等。对领域特色技术标准的及时制定和提前谋划，可以更好地服务和支撑后续型号的研制。1.3.2试验标准试验标准分支分为“通用基础类试验标准”和“系统总体试验标准”2个方面。航天器研制过程通用的空间环境试验以及力、热、电磁环境等常规试验归于通用基础类试验4。系统总体试验设置4个分支。其中，“地面试验标准”包括航天器特色系统试验技术，如返回器空投试验、卫星杂散光试验室测试方法、整器微振动试验方法，以及月球及深空领域探测器的着陆下降、起飞上升、返回再入航天器总体设计与试验标准体系构建及运行 张熇/张正峰/温博 等14-航天标准化2022 年第 4 期图1航天器总体设计与试验标准体系框架图等专项试验方法等标准；“飞行试验标准”包括航天器在轨飞行测试、试验、飞行评定等标准；“总装与测试标准”包括航天器总装阶段涉及的总装、运输、贮存等要求、方法类标准；“综合测试标准”包括系统级电性能测试相关标准。试验标准分支的构建可以覆盖航天器系统级地面试验、总装、集成、测试与在轨飞行过程中的全部测试与试验。1.4体系构建原则a）系统性。根据航天器总体设计和试验的要素，对标准进行合理分类，统筹考虑各领域航天器共性基础标准和特色标准进行分支设置，运用体系思维对各领域查漏补缺，确保系统完整。b）实用性。根据航天器总体设计和试验中存在的问题，确定未来标准体系的工作重点及发展方向，最大限度地用具体方法、要求和过程来指导型号的研制，进一步提高标准的有效性和可操作性，以标准升级助推质量提升。c）稳定性。根据当前存量标准现状，进行分支的构建。对标准进行整合，及时剔除冗余，避免重复，确保各分支体量均衡，结构稳定。d）先进性。考虑未来航天器技术发展所需标准情况，提前谋划布局，系统地梳理目前已有标准中在各领域航天器总体设计与试验尚未覆盖的、同时又是急需的各类标准，形成增量标准清单纳入体系，支撑后续标准编制。2标准运行体系2.1组织运行体系航天器总体设计与试验标准技术面广、应用链长，特别是一些标准涉及部门多，存在相关方立场不一致、协调难度大等问题，需要形成一个高效的标准化协调推进机制，形成多单位、多部门协同推动标准的制定和实施的工作格局。既发挥好以集团标准化技术委员会的统一管理和综合协调职责，又充分发挥专业组在相关领域内标准的制定、实施及监督作用。专业组可统筹本专业领域各单位各部门，进行标准的需求提出、标准制定、整合修订，贯彻航天器总体设计与试验标准体系构建及运行 张熇/张正峰/温博 等15-航天标准化2022 年第 4 期落实上级有关标准化工作的战略部署和工作要求，研究提出本专业领域标准化技术规划建议和工作计划。2.2宣贯培训体系为确保标准高质量地制定和正确地贯彻实施，需要建立一套跨单位、跨部门，多层级的教育培训体系5。在具体标准编制之前，对制定标准的相关人员及时进行培训，确保标准制定的总体要求得到贯彻和落实。在标准发布后，对每项标准均应进行培训，特别对总体设计指南性标准、试验方法类标准要培训到位，指导标准正确贯彻实施，确保标准规范的应用人员和执行人员及时掌握相关的要求。2.3贯彻与监督执行标准的贯彻、实施是标准体系构建工作的重要环节6，体系能否有效运行，指导航天器的设计研制，依赖于标准的正确贯彻、实施和控制。标准专业组负责本专业领域范围内的标准宣贯及技术交流。负责标准实施情况分析，提出改进建议。为保证标准规范的正确执行，建立相应的监督检查机制。各单位标准化专业人员在标准规范正式发布之后，应深入相关业务部门，检查标准规范的贯标情况，发现问题及时指出，保证标准规范的正确贯彻和执行。各单位需对标准应用效果数据进行采集和分析，在此基础上促进标准的不断升级、修正和优化，形成良性循环。3存在的问题和建议3.1国际标准培育意识仍需加强随着航天领域国际交流合作的日益深化，以中国标准“走出去”带动中国产品、技术“走出去”也是我国在标准化领域的战略规划之一7。在航天器总体设计与试验领域，已形成了 航天系统航天器空间碎片减缓详细要求航天系统GEO卫星多星共位设计指南 及航天器系统级RF性能紧缩 场 测 试 等3项ISO标准。但整体数量偏少，各单位凝练先进技术争取国际标准制定的意识不强，尚需建立健全有效的国际标准化工作机制，积极培育国际标准。各航天器领域也需及时总结技术经验，制定国际标准。如嫦娥四号着陆器搭载的科学载荷已经与瑞典、荷兰等国航天组织达成了良好的国际合作；月球中继卫星、火星环绕器等均具有一定的国际合作前景。后续应积极谋划，制定标准，争取国际话语权。3.2标准体系表需及时进行动态维护对于标准体系，在一段时间内缺乏维护，就会存在标准要求过低、新要求未落实到标准、标准横向不一致等问题。在航天器总体设计与试验标准体系构建后，应坚持问题导向，各单位标准化管理人员及时搜集体系中存在的问题，安排好存量标准的升级和缺项标准的补给，做到动态维护、定期更新。联合各领域航天器总体研制单位，共同维护技术标准体系。前期应围绕型号研制，主要解决通用的技术标准和基础标准的维护，后续再重点突破新技术应用和领域特色技术标准。充分发挥标准在航天事业发展中的技术引领作用，促进航天器总体设计和试验技术的发展。3.3标准协调沟通平台有待建立航天器总体设计与试验标准涉及单位多、应用人员数量大，但目前集团内仍缺乏统一的标准制订、发布与查询平台。在标准制订前，对制订需求、牵头单位、标准内容往往缺乏有效沟通，不易在标准规划时充分反映本领域各相关单位意见。因此，有必要建立集团内统一的标准沟通平台，及时把各单位质量部门、业务部门和一线设计师等提供的意见和建议信息共享和分析，在指导航天器设计和研制的同时，更有利于促进标准工作的持续、健康、良性发展。4体会在以往的标准体系建设中，大多坚持在沉淀总结成熟技术经验的基础上形成标准，这种情况已不能满足航天器研制的发展需要。“型号未动，标准先行”已经成为开展标准化工作的新要求。在航天器总体设计与试验技术标准体系框架构建过程中，充分结合了专业发展经验、专业发展现状、未来发展需求进行了系统性构建，既能够与集团标准体系协调统一，又充分体现了专业特点和发展需求，可为航天器总体技