航天器试验装配级与试验策略探讨

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1、航天器试验装配级与试验策略探讨冰吴永亮张小达(航天标准化研究所，北京，100071)文摘：简述航天器试验装配级的基本内容以及基于装配级的试验策略，解析国外标准中对航天器装配级和硬件类型的划分，探讨航天器装配级、硬件分类-9对应试验之间的关系和试验策略。关键词：航天器；试验策略；装配级；硬件类型。女本文源于基金项目：质检公益性行业科研专项经费资助(编号：201510207《航天等高端装备技术17项国际标准研制》)。航天器是一个极为复杂的系统．如果对整个系统进行试验是不现实的．因为不仅在技术上存在很大的困难．而且在成本和计划进度上也存在很大的风险。对于航天器这种复杂系统，主要采用基于装配级的倒金

2、字塔型分级试验策略，即从组成系统的低装配级就开始试验．再逐步进行较高层次的装配级试验．最后进行系统的验证。这种试验策略的最大优点是可以将问题在较低层次上尽早暴露．从而有效地降低成本和计划进度上的风险。同时．这种试验方法在技术和资源上也更容易实现。此外，航天器开展的这些试验的类型又与其硬件类型相对应。1基于装配级的试验策略一方面．航天器从最初的部组件级产品就开始了试验验证工作．随着产品的装配级别的逐渐提升．逐步开展各级别的试验验证．直到系统级产品的试验验证。另一方面．从最初的产品概念设计阶段开始，一直到系统验证阶段．产品要求的各项功能、性能指标是从系统级产品开始，逐步定义并分解到分系统级、组件

3、级的产品上，这些功能、性能指标最后就成为了各装配级产品进行试验验证的依据，如图1所示。《航天标准化》2016年第3期试验骑图1基于产品装配级的试验策略通常．低装配级的验证不能完全代替高装配级的验证．但利用低装配级的验证结果可以有效地降低高装配级的验证过程在技术、成本和进度等方面的风险。在许多情况下，高装配级(如系统级或分系统级)的试验验证受到试验技术、资源和成本等诸多方面的限制，如试验设备的尺寸限制、试验代表性的限制、昂贵的试验成本的限制等。因此．高装配级借助于低装配级的试验结果．或者采用替代试验的策略．可以使高装配级的试验过程避免这些试验的困难。例如，对于非常大的航天器．试验设备限制了在系

4、统级进行声试验。在这种情况下．应该在可行的最高装配级下进行声试验。对于非常大的组件．当无法进行随机振动试验时．由声试验替代。此外，从成本和进度的角度考虑，应当避免在不同装配级上进行重复的验证工作。为了最大限度地保证项目的可行性和合理性．对于项目中指定产品的所有物理和功能要求．宜在产品特定的高装配级上进行试验。2航天器(飞行系统)装配级的分类美国国家航空航天局(NASA)的戈达德飞行中心标准GEVS—STD一7000《环境验证》中规定了装配级分类及对应的各类产品，见表1。表1飞行系统硬件装配级试验级别装配级示例全系统航天器系统、运载火箭系统、发(空间系统)射场系统等集成飞行系统集成系统(航天器

5、+上面级+运载火箭)系统系统级(卫星、有效载荷、飞行航天器平台+科学有效载荷、运器、实验室、载火箭气象台、空间火箭)系统级模块航天器平台、有效载荷、整流罩分系统结构、姿控、热控、供电、推进设备分系统级(成组的组安装在帆板上的电气装置、太阳件．不是分帆板、成组的组件系统)电子盒、电动机、制动器、电池、组件天线、太阳帆板、发射机、接组件级收机、阀调器、陀螺组件部件(包括部件及功率放大器、陀螺仪束线、印刷线路板部件组合)开关、螺栓、电阻器、电容器、零件，元器件集成电路、连接器、螺丝、垫圈、支架、阀杆蕴差星盟墅差星缓复蕴墅鑫壁蕴理：差煮蕴继丛丛表1所列的装配级划分是美国空军、NASA总部、GSFC以

6、及JPL等部门的协同一致的结果．可以代表美国对航天器装配级的分类。MIL—STD一1540C《运载器、上面级和航天器试验要求》、NASA—HDBK一7005《动力学环境准则》以及我国GJB1027A一2005《运载器、上面级和航天器试验要求》对于不同航天器装配级的定义如下．a)零件：在设计应用中不能再进行拆分的连接件．被拆分后其设计用途一般就会被破坏或受到损害。例如集成电路或滚珠轴承、继电器等。b)部件：由两个或多个零件组成．可以进行拆卸或零件替换。例如印制电路板或齿轮传动链。c)组件：组件是具有某种功能的产品．从制造、维修或记录的目的来看可视为一个完整及独立的整体。例如液压作动筒、阀门、蓄

7、电池、电缆束和发射机。d)分系统：两个或多个功能相关联的装置．包括之间的连接部件(如电缆、管理以及支撑结构)。．例如测试设备系统或推进系统。e)飞行器：能够完成一次空间任务的某些阶段性使命的飞行系统。例如运载火箭、航天器等。从试验的角度．可将航天器各装配级主要划分为三大层次：系统级、分系统级和组件级，各层次中又包括划分更细的各装配级航天器硬件。这也符合国内外航天器试验的相关标准。经过统计．在国外各标准中，针对