熱真空試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與方法分析

劉中華

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，河北　石家莊　050051）

熱真空試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與方法分析

劉中華

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，河北石家莊050051）

熱真空試驗(yàn)是針對(duì)航天產(chǎn)品特有的試驗(yàn)項(xiàng)目，其一般參照相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行。但是，如果標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)條件過(guò)松，則有可能達(dá)不到檢測(cè)產(chǎn)品的真實(shí)性能的目的；如果試驗(yàn)條件過(guò)嚴(yán)，則又可能導(dǎo)致過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的性能。因此，對(duì)航天產(chǎn)品熱真空試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比分析,以期對(duì)該試驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的正確選擇和應(yīng)用提供一定的參考。

航天產(chǎn)品；熱真空試驗(yàn)；試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；試驗(yàn)方法

0　引言

航天產(chǎn)品在使用的過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)一般不能維修或極不易維修，因此，其一旦出現(xiàn)故障，就極易造成整體停止運(yùn)行的事故，從而帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和政治后果。同時(shí)，由于產(chǎn)品要求高可靠、長(zhǎng)壽命，因而有必要在產(chǎn)品投入使用前對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行檢驗(yàn)，以降低使用風(fēng)險(xiǎn)，保證產(chǎn)品安全、可靠地運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在科研和生產(chǎn)過(guò)程中一般廣泛地采用人工模擬環(huán)境試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行驗(yàn)證。熱真空試驗(yàn)屬于熱試驗(yàn)的一部分，是空間環(huán)境模擬試驗(yàn)中非常重要的試驗(yàn)之一，被廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星組件、分系統(tǒng)和整星的鑒定和驗(yàn)收中[1]。目前，航天產(chǎn)品的熱真空試驗(yàn)一般都參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法進(jìn)行，但是，不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)條件的要求又有細(xì)微的差別，因而本文對(duì)航天產(chǎn)品的熱真空試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與方法進(jìn)行了分析，以期為航天機(jī)構(gòu)合理地參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇適用的試驗(yàn)方法提供一定的借鑒。

1　熱真空試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與方法的作用

對(duì)太陽(yáng)幅射、冷黑環(huán)境和真空環(huán)境進(jìn)行的工作模擬試驗(yàn)被叫做熱真空試驗(yàn)。環(huán)境熱真空試驗(yàn)是指在規(guī)定的壓力與鑒定級(jí)或驗(yàn)收級(jí)熱真空試驗(yàn)溫度條件下，暴露航天產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與工藝問(wèn)題，評(píng)定其工作性能，驗(yàn)證其飛行功能的試驗(yàn)。過(guò)松的試驗(yàn)條件無(wú)法達(dá)到檢測(cè)產(chǎn)品的真正性能的目的，從而無(wú)法為航天產(chǎn)品的具體使用提供有效的依據(jù)，使得有質(zhì)量隱患的航天產(chǎn)品冒險(xiǎn)工作[2]；過(guò)嚴(yán)或不適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)條件與試驗(yàn)措施又會(huì)導(dǎo)致過(guò)試驗(yàn)，影響航天產(chǎn)品的性能，產(chǎn)生隱患，進(jìn)而影響航天產(chǎn)品的后續(xù)使用。因此，美國(guó)、歐洲和我國(guó)都頒布了一系列的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，各監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)單位也起草了各自的企標(biāo)與試驗(yàn)方法，以指導(dǎo)熱真空試驗(yàn)的順利開(kāi)展。

熱真空試驗(yàn)應(yīng)力條件是隨著社會(huì)科技水平、制造組裝工藝的發(fā)展和人們對(duì)空間試驗(yàn) （熱真空試驗(yàn)）的認(rèn)識(shí)的提高而不斷地發(fā)展的[3]，我國(guó)的熱真空試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與歐洲、美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)有一定的差別，這也是由于產(chǎn)品具體的工藝水平、各自對(duì)空間試驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境存在一定的差異所帶來(lái)的結(jié)果。此外，各種標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)一段時(shí)間后要進(jìn)行重新修正，頒布新的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，也是基于以上的原因。

2　各版熱真空試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的分析

目前，各國(guó)熱真空試驗(yàn)中常使用的標(biāo)準(zhǔn)有：歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)ECSS-E-10-03（1998）；美軍標(biāo)MIL-STD-1540B-1982、MIL-STD-1540C-1994、MIL-STD-1540d-1999和IL-STD-1540E-2002；我國(guó)的國(guó)軍標(biāo) GJB 1027-1990[4]與 GJB 1027A-2005。我國(guó)還有監(jiān)督單位或試驗(yàn)單位編制的部分企業(yè)熱真空試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，包括：QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》[5]《集成電路熱真空試驗(yàn)方法與和程序》《微波組件熱真空試驗(yàn)方法》《固態(tài)微波放大器熱真空試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》和 《空間行波管熱真空試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》等。

國(guó)軍標(biāo)GJB 1027-1990在編制過(guò)程中借鑒了MIL-STD-1540B-1982的部分內(nèi)容，后期頒布的GJB 1027A-2005在編制過(guò)程中也根據(jù)我國(guó)的國(guó)情參考了美軍標(biāo)MIL-STD-1540C-1994和MIL-STD-1540E-2002；此外，各個(gè)企標(biāo)編寫(xiě)時(shí)也參考了美軍標(biāo)MIL-STD-150B-1982、MIL-STD-1540C-1994和MIL-STD-1540E-2002與國(guó)軍標(biāo)GJB 1027-1990和GJB 1027A-2005。因此，這里我們著重討論MIL-STD-1540C-1994、MIL-STD-1540E-2002、GJB 1027-1990和GJB 1027A-2005，并簡(jiǎn)單地討論一下在空間試驗(yàn) （熱真空試驗(yàn)）中各試驗(yàn)單位較常使用的QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》。

2.1美軍標(biāo) MIL-STD-1540B-1982、MIL-STD-1540C-1994與MIL-STD-1540E-2002的比較

美軍標(biāo)MIL-STD-1540B-1982、MIL-STD-1540C-1994與MIL-STD-1540E-2002之間的差異如表1所示。

表1　美軍標(biāo)MIL-STD-1540B-1982、MIL-STD-1540C-1994與MIL-STD-1540E-2002的比較

對(duì)比美軍標(biāo)MIL-STD-1540B-1982、MILSTD-1540C-1994和MIL-STD-1540E-2002發(fā)現(xiàn)，這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，MIL-STD-1540C-1994規(guī)定的試驗(yàn)條件最為嚴(yán)格，但在使用了幾年后，頒布的MILSTD-1540E-2002的要求較MIL-STD-1540C-1994又有了一定程度的降低，有回歸MIL-STD-1540B-1982的跡象。究其原因，主要有3點(diǎn)：1）社會(huì)科技水平、制造組裝工藝有了一定的發(fā)展，因而試驗(yàn)要求可以相應(yīng)地降低；2）使用MIL-STD-1540C-1994后美國(guó)航天業(yè)出現(xiàn)了幾次航天事故[2]，這些事故與當(dāng)時(shí)所使用的MIL-STD-1540C-1994要求的試驗(yàn)嚴(yán)酷，造成過(guò)試驗(yàn)多少有些關(guān)聯(lián)；3）從表1的數(shù)據(jù)來(lái)分析，MIL-STD-1540C-1994的循環(huán)次數(shù)過(guò)多和總試驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成了試驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)芰Φ睦速M(fèi)，影響了整個(gè)產(chǎn)品的正式交貨周期。而MIL-STD-1540E-2002使用至今未改動(dòng)，已經(jīng)完全代替了先前使用的標(biāo)準(zhǔn)，且現(xiàn)在各國(guó)航天部門(mén)在編制各自的航天試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)均較多地參照了MILSTD-1540E-2002，這也說(shuō)明了MIL-STD-1540E-2002已是一部趨于成熟的航天產(chǎn)品的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2國(guó)軍標(biāo)GJB1027-1990與GJB1027A-2005的比較

GJB 1027-1990與GJB 1027A-2005的比較如表2所示。

表2　 GJB 1027-1990與GJB 1027A-2005的比較

GJB 1027-1990與GJB 1027A-2005的差別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a）循環(huán)次數(shù)不同

GJB 1027-1990是參考美軍標(biāo) MIL-STD-1540B-1982的部分內(nèi)容編寫(xiě)的，因此，其規(guī)定循環(huán)次數(shù)至少為3次；GJB 1027A-2005是參照MILSTD-1540C-1994與MIL-STD-1540E-2002，再結(jié)合國(guó)內(nèi)航天行業(yè)的實(shí)際情況編寫(xiě)的，因此，其規(guī)定循環(huán)次數(shù)最多為9次，鑒定試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)為6.5～8.5次，驗(yàn)收試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)是2.5～4.5次。0.5次是為了遵循航天產(chǎn)品的高進(jìn)高出 （高溫開(kāi)始高溫結(jié)束）原則，這也是人們對(duì)空間試驗(yàn)的認(rèn)識(shí)有所提高的結(jié)果。

b）循環(huán)時(shí)間不同

GJB 1027-1990中規(guī)定的保持時(shí)間為12 h，這是因?yàn)楹教炱魃咸旃ぷ鞯陌讜儠r(shí)間轉(zhuǎn)換為12 h[3]。但是，由于熱真空試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)水平與試驗(yàn)手段的提高， 1 h內(nèi)熱真空設(shè)備內(nèi)已經(jīng)基本能夠達(dá)到溫度平衡，工作4 h后航天器產(chǎn)品本身也達(dá)到了熱平衡狀態(tài)，因此4 h就已足夠考驗(yàn)航天器的性能。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一方面可能會(huì)造成過(guò)試驗(yàn)，對(duì)航天產(chǎn)品的性能產(chǎn)生隱患；另一方面則是會(huì)造成資源的浪費(fèi)，所以GJB 1027A-2005中將試驗(yàn)保持時(shí)間修改為了4 h。

c）試驗(yàn)壓力不同

GJB 1027-1990要求真空壓力≦1.3×10-3Pa[3]，而GJB 1027A-2005將這一要求降低到≦6.65×10-3Pa，這是因?yàn)?，在≦6.65×10-3Pa的真空環(huán)境下也足以考驗(yàn)航天器的性能；另外也是考慮到目前國(guó)內(nèi)熱真空設(shè)備的性能存在差異，降低真空壓力的要求能夠讓更多的試驗(yàn)單位進(jìn)行熱真空試驗(yàn)；再三，真空度的降低還可以節(jié)約整個(gè)試驗(yàn)的時(shí)間，保護(hù)試驗(yàn)資源等。

d）壓力誤差不同

GJB1027-1990與GJB1027A-2005對(duì)壓力誤差的規(guī)定的差異主要體現(xiàn)在當(dāng)施加的壓力小于0.133 Pa時(shí)，即：GJB 2027-1990規(guī)定，當(dāng)壓力＜0.133 Pa時(shí)，允許誤差為±50%；GJB 1027A-2005規(guī)定，當(dāng)壓力＜0.133 Pa時(shí)，允許誤差為±80%。原因同上，考慮到試驗(yàn)設(shè)備的要求，許多真空設(shè)備的真空檢測(cè)部件采用電離規(guī)或冷規(guī)，它們的誤差范圍是隨著真實(shí)度的提高而偏離增大的；而當(dāng)真空壓力≦6.65×10-2Pa后，真空微放電現(xiàn)象已經(jīng)趨于穩(wěn)定，現(xiàn)在使用的GJB 1027A-2005規(guī)定的真空壓力≦6.65×10-3Pa足夠檢驗(yàn)產(chǎn)品的性能，所以這時(shí)候 （＜0.133 Pa）的誤差范圍可以增大。

e）溫度誤差不同

GJB 1027-1990規(guī)定的溫度誤差是±3℃[3]，而GJB 1027A-2005則規(guī)定允許的溫度誤差為低溫（T+40）℃/高溫 （T0-4）℃，這與MIL-STD-1540E-2002替換MIL-STD-1540C-1994的目的一樣，都是為了避免過(guò)試驗(yàn)產(chǎn)生，以保證熱真空試驗(yàn)的安全與可靠。

GJB 1027A-2005與GJB 1027-1990相比，在試驗(yàn)時(shí)間、循環(huán)次數(shù)、首循環(huán)高 （低）溫開(kāi)始試驗(yàn)、試驗(yàn)容差和試驗(yàn)范圍等方面都有不小的改變，現(xiàn)在空間試驗(yàn)中，已基本不再使用GJB 1027-1990，而是選擇GJB 1027A-2005，這是產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進(jìn)步的結(jié)果，也是人們對(duì)空間試驗(yàn)認(rèn)識(shí)的提高的結(jié)果。

2.3 QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》

在企標(biāo)中，QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》對(duì)熱真空試驗(yàn)的闡述是比較詳細(xì)的，對(duì)試驗(yàn)的實(shí)際開(kāi)展具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，現(xiàn)在被國(guó)內(nèi)熱真空試驗(yàn)單位使用得較多，這里也對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》是一部專門(mén)關(guān)于熱真空試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，它闡述了熱真空試驗(yàn)的目的、試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)程序與方法、試驗(yàn)中斷處理和試驗(yàn)記錄等內(nèi)容，指導(dǎo)性與可操作性都較強(qiáng)。

例如：在QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》中，關(guān)于控溫傳感器的布置的規(guī)定如下所述。

1）產(chǎn)品的熱交換方式以傳導(dǎo)為主時(shí) （低溫），控溫傳感器安置在產(chǎn)品的底板上；

2）產(chǎn)品的熱交換方式以幅射為主時(shí) （高溫），控溫傳感器安置在產(chǎn)品外殼的熱平衡處[4]。

在實(shí)際操作時(shí)，熱真空循環(huán)既包括高溫循環(huán)也包括低溫循環(huán)，但是，目前許多熱真空設(shè)備并不具有雙控溫傳感器，在這種情況下，只能折中地布置控溫傳感器。在熱真空試驗(yàn)過(guò)程中，高溫更要求控溫精確，尤其是對(duì)于大功率產(chǎn)品而言，因此，從保護(hù)產(chǎn)品的目的出發(fā)，此時(shí)控溫傳感器應(yīng)安置在產(chǎn)品外殼的熱平衡點(diǎn)上。

在有了MIL-STD-1540E-2002與GJB 1027A-2005標(biāo)準(zhǔn)后，我們還要使用QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》，這主要是因?yàn)榍皟蓚€(gè)標(biāo)準(zhǔn)都只是對(duì)空間試驗(yàn)的要求作了定質(zhì)要求，由于航天產(chǎn)品的功率、頻率和噪聲等參數(shù)要求各不相同，因此，不同的產(chǎn)品的熱真空試驗(yàn)的方法或要求也就應(yīng)該有所區(qū)別，而這種區(qū)別在MIL-STD-1540E-2002與GJB 1027A-2005中并沒(méi)有得到體現(xiàn)。值得稱道的是QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》對(duì)熱真空試驗(yàn)的目的、環(huán)境、設(shè)備、試驗(yàn)程序和方法等都進(jìn)行了量化規(guī)定，這對(duì)于具體試驗(yàn)的實(shí)施有著極大的指導(dǎo)意義。

不同的航天產(chǎn)品的工作目的一般都是不同的，因而其功率、頻率和噪聲等參數(shù)也不盡相同。有些航天產(chǎn)品由于其自身的特點(diǎn)，其試驗(yàn)條件要求更高，已超出了現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)這些航天產(chǎn)品進(jìn)行熱真空試驗(yàn)時(shí)，可以在原有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，在補(bǔ)充協(xié)議中加以規(guī)定，但原則上不能降低要求。例如：功放產(chǎn)品對(duì)溫度變化率較為敏感，所以其熱真空試驗(yàn)要求其變溫速率大于1或1.5，甚至更高；且對(duì)工作溫度偏差要求較高，要求高溫 （T+40）℃，低溫 （T0-4）℃。這時(shí)按早期的MIL-STD-1540B-1982與 GJB 1027-1990或現(xiàn)在的 MIL-STD-1540E-2002與GJB 1027A-2005進(jìn)行試驗(yàn)都無(wú)法達(dá)到檢驗(yàn)?zāi)康?，由此就?yīng)該針對(duì)產(chǎn)品本身的特點(diǎn)來(lái)制定一些補(bǔ)充規(guī)定和要求，以保證達(dá)到檢驗(yàn)?zāi)康?。有些航天產(chǎn)品根據(jù)其自身的特點(diǎn)，其試驗(yàn)條件的要求可以降低，例如：在達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，非功率產(chǎn)品在熱真空試驗(yàn)中僅要求升降溫時(shí)變溫速率大于0.5，平均變溫速率大于或等于1即可。這些可以在其補(bǔ)充規(guī)定和要求中加以體現(xiàn)，這也是對(duì)試驗(yàn)資源的一種保護(hù)。

所以，現(xiàn)在熱真空試驗(yàn)也不是全部依照MILSTD-1540E-2002、GJB 1027A-2005和QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》等直接去進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中還根據(jù)航天產(chǎn)品自身的特點(diǎn)編制了許多的檢驗(yàn)驗(yàn)收技術(shù)要求 （或協(xié)議）與補(bǔ)充協(xié)議（或要求），這都是允許的。

3　結(jié)束語(yǔ)

GJB 1027A-2005從2006年頒布至今已有10年時(shí)間了，這10年也正是我國(guó)航天事業(yè)井噴的10年，并且還在持續(xù)地發(fā)展中。這也反映了GJB 1027A-2005的合理性，或是說(shuō)其較適合指導(dǎo)我國(guó)航天產(chǎn)品的熱真空試驗(yàn)[2]。QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》（中國(guó)航天工業(yè)總公司）從起草到現(xiàn)在已有20年的時(shí)間，但還在使用，許多監(jiān)督單位或試驗(yàn)單位在編制新的航天航空標(biāo)準(zhǔn)或試驗(yàn)方法的時(shí)候也在借鑒其部分內(nèi)容，說(shuō)明了其廣泛的適用性。

目前的做法是，進(jìn)行航天環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，其依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)較多地選擇了MIL-STD-1540E-2002與GJB1027A-2005；其試驗(yàn)方法則較多地選擇 QJ 2630.1-1994《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法》。這是因?yàn)?，前面兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是已經(jīng)趨于成熟的標(biāo)準(zhǔn)，適用于我們現(xiàn)在的工藝水平，反映了我們對(duì)空間試驗(yàn)的認(rèn)識(shí)程度；后面這個(gè)試驗(yàn)方法對(duì)于我們進(jìn)行具體的空間試驗(yàn)有著較高的指導(dǎo)價(jià)值。

[1]柯受全.衛(wèi)星環(huán)境工程和模擬試驗(yàn) [M].北京：中國(guó)宇航出版社，1993.

[2]中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所.運(yùn)載器、上面級(jí)和航天器試驗(yàn)要求：GJB 1027A-2005[S].北京：國(guó)防科委軍標(biāo)出版發(fā)行部，2005.

[3]劉中華，李樹(shù)杰，劉國(guó)強(qiáng).熱真空試驗(yàn)設(shè)備中的控溫方式研究 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2012，30（4）：7-11.

[4]航空航天工業(yè)部第五研究院.衛(wèi)星環(huán)境試驗(yàn)要求：GJB 1027-1990[S].

[5]中國(guó)航天工業(yè)公司五院.衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗(yàn)方法熱真空試驗(yàn)：QJ 2630.1-1994[S].

Analysis of the Standards and Methods of Thermal Vacuum Test

LIU Zhong-hua
（The 13th Research Institute of CETC，Shijiazhuang 05005，China）

Thermal vacuum test is a special test item for aerospace products，and it is generally carried out according to the corresponding test standards and test methods.However，if the test conditions specified in the standards are too inexactitude，the actual performance of products may not be detected.If the test conditions are too strict，it may lead to overtesting phenomenon，and then affect the performance of products.Therefore，the relevant standards of thermal vacuum test of aerospace products are analyzed，which will provide some reference for the correct selection and application of the corresponding test standards.

aerospace product；thermal vacuum test；test standard；test method

T-65

A

1672-5468（2016）04-0001-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-04-05

2016-07-12

劉中華 （1974-），男，江蘇淮安人，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所工程師，主要從事航空航天試驗(yàn)?zāi)M研究工作。