高分多模卫星产品保证工作实践

2021-11-25何正文郝志华王跃杨文涛

航天器工程 2021年3期

何正文郝志华王跃杨文涛

(中国空间技术研究院遥感卫星总体部，北京 100094)

高分多模卫星是一颗分辨率达到0.5 m且同时具有多种敏捷成像模式的综合光学遥感卫星，主要获取我国国土及周边区域全色0.5 m、多光谱2 m高分辨率图像，应用于国土资源、减灾、农业等多个行业。卫星任务特点主要包括：用户多，涉及国土资源、测绘、减灾、农业、环保、住建、林业，各用户对观测要素、观测性能、观测模式和实效性的要求不同，技术要求多；为实现高分辨率、高质量的敏捷成像，选用了首飞的中型敏捷遥感卫星公用平台和国内民用遥感领域口径最大、焦距最长的高分辨率相机，研制技术难度大；8年长寿命可靠性要求高等特点。如何针对这些特点采取有效控制措施，确保任务圆满成功，给卫星产品保证工作提出了严峻挑战。

产品保证是为使人们确信产品达到规定的质量要求，在产品研制、生产全过程所进行的一系列有计划、有组织的技术和管理活动[1-7]。高分多模卫星产品保证工作遵循“策划、实施、检查、改进”的基本策略，分阶段开展。方案阶段关注总体方案设计、卫星平台和有效载荷关键技术攻关；初样阶段关注鉴定产品过程管控，关键产品长寿命试验验证；正样阶段关注生产基线、技术状态控制，目录外元器件、首飞元器件选用、原材料使用，禁、限用工艺使用，以及质量问题“举一反三”；发射场阶段提前策划，将质量确认工作纳入流程，落实各级责任。本文分析了高分多模卫星的研制任务特点，总结了研制过程针对任务特点采取的主要产品保证措施，可为后续卫星研制开展相关产品保证工作提供参考。

1 研制任务特点

高分多模卫星主要研制特点如下。

(1)敏捷成像任务难。高分多模卫星的核心任务是实现高分辨率、高质量的敏捷成像，包括同轨多点目标成像、多条带拼幅成像、多角度成像、立体成像、动中成像的任意方向主动推扫成像等多种成像模式。每种敏捷成像模式都由一个或若干个条带成像任务组成，每个条带成像任务都包括成像和姿态敏捷机动两个过程，需要天地一体及星上多个分系统协同配合，实现难度大。

(2)中型敏捷遥感卫星公用平台首飞风险高。高分多模卫星选用的中型敏捷遥感卫星公用平台为首飞平台，平台设计状态及核心技术功能性能实现难，平台及有效载荷首飞产品、关键产品多，平台作为一个整体，未曾在轨飞行，因此，平台整体功能性能的在轨实现情况、单机产品稳定性、单机及分系统间接口匹配性、平台与有效载荷接口的匹配性等方面存在风险。

(3)设计寿命长、可靠性要求高。高分多模卫星设计寿命8年，相比多数低轨遥感卫星3～5年寿命要长，卫星工作模式多且需要在轨稳定运行8年，对平台、有效载荷各单机产品，尤其是影响寿命的关键新研产品可靠性要求高。

(4)发射场质量确认模式新。高分多模卫星是规范实施发射场质量确认制的卫星。以质量确认总结替代研制总结，以质量确认专家审查替代专家评审，与传统发射场研制与质量总结评审工作模式差别大。

2 产品保证工作实践

高分多模卫星的产品保证工作围绕研制任务特点开展，针对敏捷成像任务难、中型敏捷遥感卫星公用平台首飞，狠抓技术风险识别与控制；针对设计寿命长、可靠性要求高，开展长寿命专项试验验证和鉴定产品工艺检查，以及元器件、材料、工艺选用、空间环境适应性保证等过程管控；针对发射场质量确认模式新，压实质量确认责任。

2.1 狠抓技术风险识别与控制

高分多模卫星成立了由卫星两总、产品保证人员、设计师、物资保障人员组成的风险管理小组，从任务特点、产品基线、过程控制、“十新”(新技术、新状态、新材料、新工艺、新环境、新设备、新单位、新流程、新岗位、新人员)分析、技术状态更改、质量问题归零等方面深入开展技术风险分析工作。按照策划、识别与评价、应对、监控的步骤，开展技术风险分析与控制工作，并迭代进行，真正做到风险控制工作重心前移，实现无重大设计反复问题出现。出厂阶段，围绕技术风险专项总结，结合发射场风险分析与策划，以“风险交底”的形式邀请专家进行风险把关，确保技术风险识别全面、控制措施有效。针对敏捷任务实现、中型敏捷遥感卫星公用平台首飞、高分辨率高成像质量实现等重要系统级技术风险，制定相应的控制措施并组织落实。

2.1.1 敏捷任务实现风险及应对措施

高分多模卫星敏捷任务由星地任务系统实现，包括地面部分和星上部分。地面部分主要是地面任务规划软件，星上部分由星体及大型结构、测控、数管、控制、高分辨率相机、导航、数传(含星上数据处理)等分/子系统关键单机和软件组成，针对敏捷任务实现的应对措施如下。

(1)设置关键项目、关重件、关键强制检验点，加强过程管控措施落实。将涉及敏捷任务实现的关键单机，包括高刚度太阳翼、大量程三浮陀螺组件、125 N·m·s控制力矩陀螺、导航定位接收机、高分辨率相机主体设置成整星的关键项目。通过产品的特性分析确定关重件(如控制力矩陀螺的高速转子结构)、关键强制检验点(如大量程三浮陀螺组合件标定)。明确各关键项目、关重件、关键强制检验点控制措施和要求，总体研制单位在产品研制过程和验收时，对控制措施的落实情况进行检查，确认各项控制措施有效落实。

(2)组织专家审查把关，开展关键软件专项复查。对涉及敏捷任务的星上分系统，包含测控、数管、控制、高分辨率相机等分系统软件、硬件方案设计、地面任务规划方案设计、星上任务管理方案设计、星地任务体系方案设计等进行审查把关。针对影响敏捷任务实现的星地任务系统关键软件，组织软件专家对软件设计开发与任务需求的符合性开展专项复查，确保软件功能性能满足敏捷任务需求。

(3)加强测试覆盖性分析和检查，确保测试全面、验证充分。测试覆盖性分析和检查是加强研制过程质量控制的重要手段之一[8]，对影响敏捷任务的关键产品，包括125 N·m·s控制力矩陀螺、导航定位接收机、大量程三浮陀螺组件等单机和地面任务规划软件、星载自主任务管理软件等产品，开展测试覆盖性分析和检查，对各项试验中设备加电状态、测试项目、测试结果认真确认。结合设备软件版本和硬件状态，对所有指令执行验证情况进行检查，对总装厂、发射场测试历史数据进行一致性比对，同一数据纵向比，同类数据横向比，确保数据判读比对及时、全面、有效，无误判、漏判。

2.1.2 中型敏捷遥感卫星公用平台首飞风险及应对措施

(1)平台设计状态控制与核心功能性能实现。重点对未有飞行经历的统一S频段(USB)应答机、125 N·m·s控制力矩陀螺，以及对整星任务至关重要的甚高精度星敏感器、高稳定度太阳翼驱动机构(SADA)等进行风险管控。加强技术状态控制，在生产准备阶段对各种技术状态，包括产品鉴定状态、工艺鉴定状态、初样遗留问题、生产依据性文件等落实情况进行检查。加强生产过程控制，加强工艺和强制关键检验点检查。验收时，对产品测试数据、测试过程、研制过程数据包进行审查，重点检查正样相比鉴定件状态的变化及其验证情况。同时，关注在研、在轨卫星相同产品的质量问题情况并及时开展“举一反三”工作，对产品存在的薄弱环节进行处理，提升平台产品可靠性。

(2)针对平台系统测试不充分风险，加强测试验证。充分进行平台与有效载荷之间的接口测试，对供配电、数据、遥测遥控、热、机械等接口进行检查与测试，确保接口匹配；充分进行整星工作模式的地面测试，对各分系统、单机协同配合完成卫星典型工作模式，以及完成一天内连续复杂、大任务量工作过程的能力，进行充分的测试验证；对工作模式的各种可能组合情况进行测试，确保测试全面、充分，在轨所有情况都在地面得到遍历。

2.1.3 高分辨率高成像质量实现风险及应对措施

(1)有效载荷指标实现风险。设置关键工序，严控拼接过程和确认测试。将CCD拼接设定为关键工序，编制关键工序规程，采用高精度拼接设备，按工艺规程开展拼接工作；采用CCD线阵组装仪对拼接线阵长度、像元共面精度、重叠像元精度等指标进行测试确认。组织专家对光学零件加工与装调精度工艺保证及检验，以及装调工艺设计及检验等操作文件把关。将相机主镜、次镜、三镜设置为重要件加强过程控制和监督检查，确保相机镜头装调质量。加强在电子学系统装调过程中的质量控制，严格软件版本控制。进行充分测试与试验验证，加强全视场系统静态传递函数测试，在各种试验工况下测试相机功能性能。

(2)高图像定位精度实现风险。定位精度的实现涉及机电热多个方面,覆盖平台和有效载荷多项技术，需要天地一体配合的系统来完成。另外，在敏捷机动过程中，星敏感器不可用或是频繁切换，以及导航天线遮挡的现象，会引起定姿和定轨精度下降；外热流、内热流变化使温度场变化等，也会给图像定位精度指标的实现带来风险。针对高图像定位精度实现风险，项目办公室建立了以平台总体、测控、控制、结构机构、有效载荷为主的技术攻关队伍，从定位精度指标体系出发，对卫星研制过程中的姿态测量、轨道确定、结构设计、时统设计、内方位元素稳定性、地面标定等开展技术攻关。对影响高定位精度因素的相关方案设计、仿真分析和专项试验，由项目办公室组织评审，加强设计验证。组织开展的专项评审包括高定位精度总体方案设计，即高精度定轨设计、高精度定姿设计、高稳定性结构设计、高精度时统设计、有效载荷内方位元素稳定性分析、在轨定标方案；专项试验包括陀螺标定及定姿试验、星敏感器精度测试试验、相机(含柔性适配装置)-星敏组合体变形释放试验、全链路的时统精度测试、正样相机热平衡试验等。

(3)减隔振设计与验证风险。狠抓设计源头，确保固有质量。组织专家对减隔振方案设计进行专题评审，包括控制力矩陀螺(CMG)并联隔振装置设计，相机柔性适配装置设计，星体扰动源部件局部支撑结构频率设计、隔振装置局部连接结构刚度设计、有效载荷连接结构频率设计等。组织开展微振动专项试验验证工作，加强试验方案、大纲、细则、总结的审查及试验准备状态的确认，关注试验边界条件和极端工况，试验过程中严格按照试验大纲和细则组织实施，试验结束后及时分析、总结，保证试验数据真实、完整、准确，确保试验充分、有效及过程受控。开展的微振动专项试验包括：平台典型结构微振动传递特性试验、微动隔振器微振动试验、并联隔振装置微振动试验、中型敏捷遥感卫星公用平台微振动试验。

2.2 严格过程管控与试验验证

2.2.1 长寿命专项验证

针对高分多模卫星8年寿命要求，项目办公室在产品保证队伍建设时增设了8年寿命工作组，主要负责组织、制定平台8年寿命工作实施方案和评估方案，审查系统、分系统、关键单机8年寿命方案和试验验证方案。

对影响平台安全、敏捷性能的关键分系统、关键单机开展8年寿命专项设计验证工作，从平台、分系统和单机3个层次开展。采用自上向下分析的过程，对86种配套单机开展系统、全面的分析，论证寿命相关故障模式、薄弱环节、设计分析手段，结合分析出的薄弱环节和故障模式，自下而上开展平台寿命验证工作，确保寿命指标有效验证。平台核心产品开展的专项验证试验主要包括：锂离子蓄电池组、蓄电池单体的实时循环寿命试验和加速循环寿命试验；太阳电池电路互连材料原子氧试验和高低温循环试验；125 N·m·s控制力矩陀螺高速转子侧摆试验和结构寿命试验，导电环转速加速寿命试验和整机寿命试验；高稳定度太阳翼驱动机构整机转速加速寿命试验；大量程三浮陀螺组件平均无故障时间(MTBF)保证试验。

针对高分辨率相机和大气同步校正仪有效载荷，开展了寿命专项试验验证，主要包括高分辨率相机光学元件功能材料、镀膜、用胶，以及五谱集成探测器和四谱探测器抗辐照试验和电子学开关机次数寿命试验；大气同步校正仪的Si探测器和InGaAs探测器位移损伤试验、总剂量辐照试验，制冷器开关次数、继电器开关机次数寿命试验。

各项充分的试验验证工作，为高分多模卫星在轨稳定运行打下了坚实的基础，卫星在轨未发生质量问题。

2.2.2 加强鉴定产品工艺检查

项目办公室结合卫星的研制进展，制定了全面的工艺检查策划。在鉴定产品合盖前及鉴定试验后开盖时，组织进行工艺检查，对产品实物状态进行检查与确认。对电子产品重点检查印制电路板组装件上的元器件、焊点、涂层的完好性，绝缘导线的安全性，是否存在多余物，对高密度引脚器件、电连接器等无法直接观察部位进行X光检查。依据工艺检查策划，项目办公室组织工艺专家和总体、分系统设计人员对控制、测控、供配电、数管、相机、数传等所有分系统进行工艺检查，每次工艺检查都形成会议纪要，共检查29台单机鉴定产品，形成180余项待办事项，项目办公室组织对检查的问题进行跟踪和闭环，确保产品工艺实施合理可靠。

2.2.3 依托专业产品保证中心保证产品质量

依托专业产品保证中心，对卫星选用首飞元器件质量保证情况，目录外元器件履行“目录外”审批手续情况，以及试验验证情况进行确认。对选用的首飞材料委托物资部门进行材料认定，目录外材料(如硅油、润滑脂、润滑油和镁锂合金)履行目录外审批手续，并进行复验。对限用电装工艺，进行专项工艺鉴定；对没有明确抗辐射指标且无在轨飞行经验的元器件、功能材料，开展专项抗辐照试验，确保了元器件、原材料、工艺选用满足在轨使用要求。

2.3 压实发射场质量确认责任

为提升研制过程质量管理的效率和效果[9]，结合卫星发射场“四个流程”(技术、计划、产保、技安)，在高分多模卫星进场前，项目办公室编制了发射场质量确认策划，将质量确认纳入“四个流程”。策划围绕着技术安全、运输结果、发射场电测、发射场总装、大系统接口、质量问题归零与“举一反三”、技术状态变化、强制检验点、发射场技术风险控制、推进剂加注等17个确认项目，形成了93项质量确认内容，明确各确认项目的责任人。发射场产品保证工作以质量确认策划为依据开展，确认结果表明：卫星各项功能正常，性能指标满足要求，确保了卫星发射场工作零缺陷。相比以往卫星发射场产品保证工作，实施发射场质量确认后，产品保证的工作模式由原来先工作后总结，变为边工作、边确认、边签署确认表格；不再编制包含大量文字描述内容的发射场加注前研制与质量工作总结报告，而是仅有少量对确认结果的描述，但包含大量确认结果的发射场加注前质量确认工作总结报告；专家会议评审变为质量确认表的审查，提高了质量管理的针对性和有效性。后续可探索发射场质量确认向卫星出厂阶段延伸，分阶段、分层次推进，不断提升质量管理的效率。