沈伊慧 张明栋 王杰 范素华 崔炜

摘要：随着科学技术的发展，产品可靠性问题越来越突出，特别是对于航天产品，而飞船作为载人航天任务的主要工作载体，其可靠性要求比一般航天系统更为苛刻，载人飞船设备的不可维修性更使得其可靠性设计难上加难，本文主要从载人飞船测控产品的可靠性设计、可靠性试验进行描述。

关键词：飞船设备；可靠性设计；测试

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0145-02

载人飞船工程是我国迄今为止最复杂、最庞大的航天工程，这其中包括：航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、着陆系统以及航天测控与通信系统。我所承担了测控与通信的分系统中的九个子系统：S波段应答机、S波段数传机、话音通信、短波通信、超短波通信、图像传输、遥测、遥控、C波段应答机以及天线子系统，基本覆盖了从视频到高频的无线电技术产品。为了要确保航天员的绝对生命安全，系统的设计要保证“一次故障仍能可靠工作，两次故障仍能安全返回”，其可靠性和安全性指标均要达到0.9以上。

1 系统构成（图1）

2 硬件可靠性設计

载人航天产品系统复杂、环境严酷、成本高昂，如果发生故障，可能导致灾难性后果，因此可靠性要求极高，从研制一开始就必须切实地开展可靠性设计工作，以保证产品可靠性满足要求。

可靠性设计就是系统的考虑产品可靠性要求的工程设计，不存在独立于工程设计之外的可靠性设计。详细一点说，就是对产品、性能、可靠性、等各方面因素综合权衡，从而实现产品的最优设计，本章只对载人飞船产品的硬件可靠性设计进行阐述。

2.1 预防性设计

预防性设计是通过可靠性、维修性预计与分析手段发现薄弱环节，然后再设计上采取防止措施，从而提高载人航天产品的可靠性。

可靠性预计是在产品还处在设计阶段就要推算出产品可能达到的可靠性水平，以便对各种设计方案进行比较；或通过预计发现薄弱环节，以便加以改进。由于设计阶段产品的实体尚未形成，不可能依靠试验来了解产品的可靠性，另外，对于整船要在实际使用条件下作试验来了解可靠性也是不实现的，通常采取可靠性预计的方法。

2.2 冗余设计

系统发生故障，本质上就是存在某种错误，要做到容忍这种错误，不需采取消除错误后果的措施。常用的手段就是投入超过正常设计所需资源即外加资源来换取更高的可靠性与安全性，以实现系统符合容错准则：“故障-工作”或“故障-安全”。

在航天产品中，提高可靠性的最主要的方式就是采用冗余设计，而不同的冗余设计带来的效果也不一样，冗余设计的方式有：并联冗余、表决冗余和储备冗余。

2.3 可靠性试验

可靠性试验的根本目的主要是两个：一是增长，二是验证。

因此，所谓可靠性试验就是为了提高和验证产品可靠性所进行的试验，统称为可靠性试验。换言之，所谓可靠性试验就是能够定量的回答产品可靠性水平或可靠性增长程度的试验。可靠性试验可分为可靠性增长试验和可靠性验证试验。

2.4 可靠性增长试验

可靠性增长试验就是旨在暴露问题，验证改进措施，使可靠性获得增长的试验。可靠性增长试验可以归纳为3种典型方式。

（1）试验—改进—再试验。这种方法是通过试验来暴露问题，从而分析原因，然后立即着手改进，进而再通过试验验证，如此反复，也就是说边试边改，增长曲线近似为平滑上升曲线，如图2（a）所示。

（2）试验—发现问题—再试验。这种方法是通过试验发来现问题，发现问题后并不立即着手改进，继续试验，再发现问题，等到了一个阶段结束后，对问题一起进行改进。增长曲线为阶梯型曲线，如图2（b）。

（3）带延缓改进的试验—改进—再试验。这种方法是通过试验来暴露问题，对于试验发生的有些问题立即着手改进，而有些问题延缓到结算结束后再改进。增长曲线为阶跃形上升曲线，如图2（C）。它是前面2种曲线的叠加。

2.5 可靠性验证试验

可靠性验证试验通常是抽样试验，因此要求验证的产品技术状态，生产条件必须具备一致性与稳定性，从中抽样必须是随机的，试验条件必须与产品实际使用任务剖面所遇到的条件相一致或尽量模拟真实使用条件，这样才能保证抽样的代表性。考虑到一批产品内往往存在某些实际差异，因此原则上应当至少要抽取两个受试样品。

3 结语

载人飞船工程是我国迄今为止最复杂、最庞大的航天工程，载人飞船一期的圆满成功，为二期的交会对接打下了扎实的基础。载人飞船二期设备在延续一期设备的前提下，不断的改进以便提高产品的可靠性，从设计初期用元器件应力法对产品进行可靠性预计，到设计完成后对产品进行可靠性评估，再通过可靠性评估对一些产品进行可靠性增长试验。

在可靠性设计的道路上，我们要学习的还有很多，通过不同手段使产品的可靠性不断的提高，确保载人航天任务圆满完成，正是设计师们共同的愿望。