來源：中國航天報 作者： 任悅鳴
與傳統航天防務裝備產業相比，空間產品的研制生產大有不同。
空間項目通常都會面臨研制周期短、關鍵技術多、在軌任務剖面內所經歷的環境更為復雜、產品的壽命和可靠性要求更高等特點。
而商業航天產品與傳統型號裝備及以往的空間項目又有所不同，其對可靠性與成本管控的雙重要求，促使各相關單位在科研生產中不斷展開探索與實踐。
01 體系：繼承與發展
“時間緊、任務難、成本控制嚴、可靠性要求高”是當前多家涉及空間工程研制單位的共同感受。因此，利用好已有的航天質量標準、各項試驗數據、團隊項目經驗等資源，是空間工程研制在短時間內快步向前的關鍵。
作為牽引中國航天科工空間產業的龍頭單位，二院空間工程公司不斷在繼承中改進、在借鑒中完善。項目團隊充分借鑒國內兄弟單位的成熟經驗，率先規范頂層各類文件，在方案階段就編制發布空間項目全套的產品保證系列大綱、標準化大綱等系列頂層文件。
與此同時，該公司積極創新、大膽突破，在二院傳統管理模式的基礎上，貫徹可靠性工程“1+6+2”專項設計要求，落實產品質量與可靠性數據包，通過總結空間項目近幾年的研制經驗，明確空間產品質量與可靠性數據包要求和內容。
2012年開始涉足空間領域的二院206所是中國航天科工空間工程項目的重要配套研制單位。206所產品保證處處長李曉輝介紹，承擔空間任務以來，各個團隊嚴格執行總體質量管理要求，逐步積累了空間研制過程的管理經驗，并結合206所實際形成了IDS（設備接口數據單）、可靠性數據包、工效學評價、產品保證要素、原材料工質相容性等方面的管理文件。
2020年，206所整合空間設計、工藝相關資源，成立了空間機電技術研究室。“今年，206所將在以往經驗的基礎上，進一步完善所級空間產品標準體系，包括產品設計規范、試驗規范、工藝規范和生產過程質量控制規范等。”李曉輝說。
■ 206所空間微動力團隊正在對相關問題進行探討
2020年9月，航天三江行云公司向相關用戶及社會各界發布了天基物聯網建設及行業示范應用的最新成果。這家注冊于2017年12月的公司從航天三江的團隊中走出，很好地延續并繼承了軍工行業的質量保障體系，為行云工程α階段的建設提供了基本質量標準。
空間飛行器的研制具有較強的探索性、先進性和復雜性，進入空間的產品，必須保證在惡劣的空間環境中，長時間在軌穩定運行。在空間工程公司副總經理武英看來，從方案階段就開始實施產品保證管理尤為重要，團隊從“橫向質量管理體系”和“縱向型號產品保證”這兩個維度去規范空間飛行器研制管理，以此保證空間工程任務的可靠性。
對此，行云公司有著相同的看法。行云公司副總經理項斌指出，產品設計的源頭會覆蓋整個衛星的全生命周期，必須盡早建立質量管理體系，采用全面質量管控法，通過頂層規范，將各個專業、單機的配套方統一到同一標準上來。
項斌認為，質量體系是在項目研制過程中逐步完善的，在此過程中，行云公司明確了衛星研制規范、制造規范以及可靠性設計標準，“團隊對常見的問題，比如元器件、材料和工藝的選用和控制要求，以及衛星運行常態化的薄弱環節等，通過故障模式影響分析，建立了一整套對策。”
■ 行云衛星星間激光通信模擬圖
02 管理提升，為可靠性“加碼”
通過近年來在空間領域的探索，很多相關單位充分認識到空間工程任務與傳統任務在質量要求上的區別，并通過質量提升工程，運用各種質量工具，更有針對性地提高空間產品可靠性。
作為空間工程抓總單位，為了適應任務周期短、難度大、系統復雜等特點，空間工程公司遵循“通用化、差異化、精細化”的質量管理理念，進一步確保空間產品的可靠性。研制團隊貫徹機、電、熱一體化設計理念，注重接口管理，嚴控狀態更改，確保空間產品接口要求及特性的規范化、集中化、可視化管理。
研制團隊不斷優化研制流程，縮短研制周期，合理分解地面仿真、測試和試驗驗證目標，實現差異管控、并行驗證，質量成本得到降低。在天鯤一號初樣衛星研制中，研制團隊改變串行試驗驗證的方式，并行投產結構熱控星和電性星，分別開展整星的力熱試驗、電性能測試及電磁兼容試驗，有效地縮短研制周期。研制團隊還建立系統試驗矩陣，提前進行試驗策劃，深入開展性能測試和試驗驗證工作，確保地面試驗得到充分驗證。
為了杜絕各類風險，公司還制定了質量走查制度，通過總體牽引和管控，構建和供方的共贏關系。通過走查制度，掌握外協產品研制情況，規范外協產品過程管理，及時解決了外協產品研制生產過程中出現的各類技術和管理問題，確保質量與可靠性信息的完整性與可追溯性。
■ 空間工程公司研發團隊開展質量復查
項斌指出，衛星總體單位要對每一個分系統的可靠性進行分析，假如有某個環節可能產生單點影響，就要從系統上增加冗余備份。“如果出現單機無法備份的情況，就要采取其他措施。”在資控系統設計中，為避免星敏設備失效，要在單機內部或不同類單機之間設計冗余備份，確保姿控系統高可靠工作。
206所在研制空間站環控生保系統的過程中，為確保產品可靠性，設計制造了5套結構熱控件和電性件同時參加試驗，以增加樣本子量，豐富試驗數據。李曉輝表示，為了加快驗證，有些項目會通過可靠性加速試驗驗證產品，但為了確保空間產品的可靠性，研制團隊都采用一比一等效試驗。“在軌試驗要求一年，那我們在地面上的試驗就做一年。”李曉輝說。
同樣經歷著等效試驗的空間產品還有206所近年來的明星產品——飛輪。根據任務要求，飛輪產品需在空間穩定運行一年半到兩年時間。李曉輝說：“當年在研制階段設計的初樣件，現在還在穩定運轉著，已經跑了5年左右，質量非常好。”
■ 206所電推進綜合試驗突擊隊驗證產品技術狀態
03 在創新與成熟度之間博弈
經過多年的探索與實踐，各相關單位意識到，商用衛星產品的特點與傳統型號裝備甚至以往的空間項目又有所不同。2020年4月，衛星互聯網被國家發改委劃定為“新基建”范疇，商業衛星產業迎來發展機遇期。為了推動商業航天高質量發展，適應商業空間產品研制生產需求，各個商業航天研制團隊均不斷在“降低成本、優化流程、快速形成能力”等方面下功夫。
即便是商業衛星，質量仍然是一切的前提。206所的高輝博士表示，未來，集團公司可能會在商業衛星星座組網時布局成百上千顆衛星。“如果產品質量不可靠，可能危害整個星座，誰都承擔不起這個風險，因此，商業衛星研制生產也必須加強可靠性。”
項斌認為，商業航天對可靠性的要求不是降低，而是更高。他進一步解釋道，傳統的航天工程會通過規范化的流程制度和質量管控機制去確保產品可靠性，但在發展商業航天的進程中，要考慮時間成本，往往會省略一些中間步驟。“商業航天對從業人員質量意識的要求更高，轉換思路是必要的，因為我們往往需要依靠設計師的經驗去識別和把控風險點。”項斌說。
■ 行云工程系統運行模擬圖
在探索商業衛星可靠性提升的過程中，各個研制團隊都在創新與成熟度之間博弈，試探著成本與可靠性的底線。“干商業航天，必須轉變研制思路。”武英說，空間公司的商業航天研制團隊通過“快速迭代、小步快走”的設計思路，在低成本衛星工程項目中，實施基于產品成熟度類別差異化設計方法和質量管控要求，開展最優化試驗驗證設計，制定面向“靈、快、好、廉”的產品保證體系。
為了實現這一目標，研制團隊從商用衛星的設計源頭就分為平臺設計和載荷設計兩階段，并把工作重點放在載荷研制、接口協調和軟件實現上。制定基于產品成熟度類別的設計方法和質量管控要求，本著“產品成熟度越高，設計評審程序越簡化，技術狀態更改越嚴格”的理念，針對貨架產品，研制團隊在質保環節上不斷弱化零件級、整器級驗證環節，強化部件級和組件級驗證環節。
04 成本管控也是挑戰
空間工程公司認為，商業衛星研制過程中降成本最有效的手段是注重元器件選用和試驗驗證。
在元器件選用上，研制團隊制定了商用衛星研制階段試驗管理要求，避免了“一刀切”模式，綜合考慮價格和風險，確定每個裝機元器件的應用等級，再實施差異化選用。“我們遵循‘限高控低趨中’的原則，確保單機產品在元器件選用的整體上沒有明顯的短板，且又不造成浪費。”二院空間工程發展有限公司質量技術部部長姚艷生說，“一切都為了在確保可靠性的前提下，降低成本。”在試驗驗證上，團隊結合產品類別，設計最優化試驗驗證體系，避免在不同層級上多次試驗造成的浪費。
此前，空間工程公司牽頭的項目包含了商業航天、載人航天等不同領域。不同的任務有不同的用戶需求，不同的項目有不同的任務剖面，研制團隊充分識別項目需求和產品特點，以系統風險總體可控為前提，針對不同項目、不同階段、不同產品規定必需動作和選做動作，實現項目差異化，以此減少“一刀切”的質量管理帶來不必要的管控成本。
■ 空間工程公司項目團隊在試驗現場留影
對于行云工程研制團隊而言，降成本主要降的是設計成本。在以往的產品設計中，設計師往往在滿足設計性能指標的前提下，采用高等級的器件方案，缺乏對成本的控制。但現在不同，他們不僅要在元器件、材料價格等方面“斤斤計較”，還要把成本作為設計要素進行充分考慮。這對設計師的成本意識和設計能力帶來了新的挑戰。
自去年以來，除設計成本之外，行云公司還引入了質量成本的概念。“質量成本就是所有與質量相關的成本，包括質量人員、質量評審、由于質量問題發生的“歸零”以及由于質量問題帶來的額外增加的成本，將各個環節中的質量成本進行統計分析，得出數據進行質量管控，并有針對性地采取措施。”項斌說。
用新技術去實現運力和成本的突破是未來進一步降低成本的有效方法。“技術創新看似與成熟度和低成本相矛盾，但實際上我們可以對商業空間工程中的核心要素進行識別，在保證產品任務可靠性的基礎上，通過前沿的技術，在商業航天中應用工業級驗證可靠的產品。”206所產品保證處副處長夏仲龍介紹，未來，將汽車行業中的優質產品運用在商業空間項目中的非核心部分，或將成為降低試驗和材料成本的有效方法。
但即便如此，商業航天對工業級產品可靠性的要求依然非常高。“前期技術創新的投入是必須要交的‘學費’，低成本研制生產方法也必將建立在可靠性設計的基礎上。”李曉輝說。
■ 每一件飛上太空的產品都要質量可靠
05 合作不能以犧牲質量為代價
項斌坦言，在商業航天的合作過程中，確實比以往傳統型號項目要困難一些。“做型號項目，在程序上有依據，合作雙方對質量要求認識很清晰，但交給個別商業航天企業，可能履約都存在問題。”
為了解決這些隱患，行云公司在質量要求上不斷提高，與外協單位溝通時，在合作的前期就把質量問題和商業合同履約風險一一識別。“在這樣嚴格的質量要求下，確實會給商業談判帶來一些困難，但是我們的合作不能以犧牲質量為代價。”項斌說。
針對商業衛星上使用的成熟貨架類產品，空間工程公司重點關注“選、篩、用”這3個環節。姚艷生說。“選”這一環節立足國內國際兩個市場，對供貨商提供的貨架產品開展充分調研和試驗摸底，一定要“選”到工藝可靠、有上天經歷的貨架產品。“篩”環節要制定貨架產品篩選方法，剔除缺陷、失效的產品，確保滿足要求的產品入庫存儲。“用”環節要明確貨架產品使用規范、抗空間環境的系統級設計方法，制定成熟貨架類產品質量管理要求。
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