某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證工作實踐

徐菁宇 于松柏 鄧雅

（1 北京控制工程研究所，北京，100094；2 北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京，100094）

文 摘： 分析航天裝備衛(wèi)星產(chǎn)品特點，總結(jié)某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)特點的產(chǎn)品保證工作實踐。采取了從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品研制、測試驗證及驗收交付過程的質(zhì)量保證工作，在完成裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)常規(guī)產(chǎn)品保證工作的基礎(chǔ)上，提取該型號衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的狀態(tài)變化特點，重點放在該衛(wèi)星控制分系統(tǒng)狀態(tài)變化識別和驗證相關(guān)的產(chǎn)品保證工作實施上，提升產(chǎn)品保證工作效率，為其他裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的產(chǎn)品保證工作提供參考。

在型號研制過程中，為了達到規(guī)定的質(zhì)量要求，在產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品研制、產(chǎn)品測試、產(chǎn)品驗收等過程中進行的一系列有計劃、有組織的技術(shù)和管理活動稱為產(chǎn)品保證[1]。相比于傳統(tǒng)的質(zhì)量與可靠性工作，產(chǎn)品保證工作的體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)容要素更加完備，它包括產(chǎn)品保證管理、質(zhì)量保證管理、可靠性保證、安全性保證、軟件保證等，貫穿在產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品研制、產(chǎn)品測試、產(chǎn)品驗收的全過程中。在產(chǎn)品保證方法上，可以通過在各階段進行的產(chǎn)品保證工作，有效識別技術(shù)風(fēng)險，100%落實技術(shù)風(fēng)險，達到產(chǎn)品保證規(guī)定的任務(wù)目標(biāo)[2-4]。

裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的產(chǎn)品保證工作繼承了前一發(fā)衛(wèi)星成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)風(fēng)險識別與控制工作經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上，著重關(guān)注技術(shù)狀態(tài)更改風(fēng)險在設(shè)計階段、測試階段、驗收等階段的識別與落實[5]。本文總結(jié)了某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證控制措施，可為其他裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)研制過程的產(chǎn)品保證工作提供參考。

1 裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)特點

裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)研制過程如圖1 所示，其特點是以平臺前一發(fā)成功衛(wèi)星控制分系統(tǒng)為基線，其技術(shù)狀態(tài)常與前一發(fā)衛(wèi)星控制分系統(tǒng)有一定變化，如：用戶需求變化或產(chǎn)品升級換代要求等。相應(yīng)的產(chǎn)品保證工作應(yīng)針對這些差異性的變化，突出裝備衛(wèi)星的特點，提升研制過程中的產(chǎn)品保證工作效率。

2 確定某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)成熟度

在裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證工作中，首先要進行的是成熟度判定。根據(jù)成熟度判定結(jié)果，確定產(chǎn)品保證工作的總體思路。裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)成熟度定義見表1?？刂品窒到y(tǒng)的成熟度分為4 個等級，由高到低，分別為I 級、II級、III 級和IV 級，其中裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的成熟度等級為I 級和II 級。

圖1 裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)研制過程圖

表1 裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)成熟度定義

確定某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)。硬件產(chǎn)品配置的狀態(tài)變化：采用長壽命陀螺替代液浮陀螺；星敏感器和太陽敏感器采用升級換代產(chǎn)品；此外，控制分系統(tǒng)部分配置產(chǎn)品也進行了內(nèi)部升級，如更換元器件等產(chǎn)品化升級。

軟件狀態(tài)相對于前一發(fā)星有部分變化，主要包括：在原有基線衛(wèi)星控制分系統(tǒng)運行模式基礎(chǔ)上改進了陀螺的使用，增加在軌運行自主性，完善敏感器和執(zhí)行機構(gòu)的故障診斷和處理邏輯等。

根據(jù)成熟度定義，確定該裝備型號控制分系統(tǒng)成熟度為II 級，相應(yīng)的產(chǎn)品保證工作據(jù)此開展。

3 某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證要素分類及重點

按照裝備衛(wèi)星研制階段可以把裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)的產(chǎn)品保證要素分為6 大類：設(shè)計類產(chǎn)品保證要素、軟件類產(chǎn)品保證要素、測試驗證類產(chǎn)品保證要素、交付類產(chǎn)品保證要素、整星階段產(chǎn)品保證要素和在軌階段產(chǎn)品保證要素。

針對該裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)特點，確定開展產(chǎn)品保證工作的部分重點內(nèi)容。對硬件更改項在分系統(tǒng)層面從設(shè)計、軟件、試驗、驗收類產(chǎn)品保證要素進行復(fù)核驗證。依據(jù)單機的力、熱、空間環(huán)境適應(yīng)性等可靠性分析結(jié)果和測試驗證等方面的試驗結(jié)果，確認(rèn)更改產(chǎn)品在裝備衛(wèi)星上的環(huán)境適應(yīng)性[8]。針對硬件單機的更改，影響到分系統(tǒng)的接口特性、分系統(tǒng)的性能功能指標(biāo)，以及產(chǎn)品變化帶來的分系統(tǒng)極性相關(guān)復(fù)核確認(rèn)工作。對軟件更改項按軟件工程化進行管理。

4 某裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證工作實踐

4.1 硬件產(chǎn)品保證要素實施

4.1.1 環(huán)境適應(yīng)性保證

針對某型號的硬件配置變化情況，對硬件變化后的使用環(huán)境適應(yīng)性進行分析。包括：①對選用陀螺的最大動態(tài)機動環(huán)境進行分析，給出陀螺輸出飽和值及在軌溫度環(huán)境變化對陀螺零偏重復(fù)性和穩(wěn)定性的影響。②對選用敏感器的在軌動態(tài)機動環(huán)境進行分析，給出敏感器輸出姿態(tài)確定信息時的最大機動角速度，對敏感器能承受的角速度從分系統(tǒng)設(shè)計層面進行限幅。③對選用敏感器的視場影響進行分析。④對裸露在外的星敏感器、太陽敏感器可承受的輻照劑量進行分析。

4.1.2 分系統(tǒng)的極性保證

需要明確分系統(tǒng)選用改型后的星敏感器、太陽敏感器輸出通道連接關(guān)系；明確分系統(tǒng)選用陀螺三軸旋轉(zhuǎn)后的三軸指向與星本體系下三軸的對應(yīng)關(guān)系；針對某裝備衛(wèi)星所采用的奇數(shù)塊或偶數(shù)塊太陽帆板，明確太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)的安裝方式；明確地面設(shè)備、動力學(xué)、星上處理軟件等關(guān)于分系統(tǒng)極性設(shè)計的對應(yīng)關(guān)系。

4.2 軟件產(chǎn)品保證要素的實施

4.2.1 軟件配置項的控制保證

研制初期，確定該型號軟件配置項。結(jié)合裝備衛(wèi)星軟件狀態(tài)控制特點，在分系統(tǒng)層面對軟件配置項的制定和變更進行管理，軟件配置項的制定要合理。某型號軟件配置項為7 項，其中控制計算機有3 項軟件，單機軟件有4 項。明確各配置項下的軟件狀態(tài)。

4.2.2 軟件狀態(tài)變更控制保證

研制初期，確定型號控制分系統(tǒng)各軟件的成熟度。如果系統(tǒng)中軟件為II 類軟件，對軟件的配置參數(shù)進行變更。如果系統(tǒng)中軟件為III 類軟件，在基線軟件基礎(chǔ)上，分析軟件變更項對硬件接口、功能、性能的影響域。III 類軟件進行的狀態(tài)變更控制如下。

a）對該型號裝備星新增功能，如：提高在軌運行的自主性；完善敏感器和執(zhí)行機構(gòu)的故障診斷和處理邏輯等；梳理軟件版本中各升級項，明確軟件更改原因，并對軟件更改原因進行必要性分析。

b）對軟件變更項的更改內(nèi)容進行影響域分析，更改的內(nèi)容是否涉及多個軟件模塊，明確多模塊之間是否存在耦合關(guān)系。

c）對軟件變更項進行驗證，可通過數(shù)學(xué)仿真確認(rèn)更改項符合并覆蓋了更改內(nèi)容，也可通過軟件測試驗證升級內(nèi)容是否符合功能基線要求，同時軟件變更項須通過分系統(tǒng)測試驗證。

4.2.3 單機軟件和分系統(tǒng)軟件的驗收保證

在各軟件驗收時，確認(rèn)各軟件的版本是否在研制過程中進行了升級。驗收時，明確單機軟件和分系統(tǒng)軟件完成的功能，明確各軟件中的各版本測試的充分性、有效性。驗收時軟件是否存在遺留問題，最終版本軟件驗收時應(yīng)對所有軟件問題進行閉環(huán)。

4.2.4 分系統(tǒng)軟件編譯、落焊控制保證

對于基于控制分系統(tǒng)與外系統(tǒng)研制的單機，如綜合電子分系統(tǒng)單機，存在與外系統(tǒng)軟件聯(lián)合編譯的情況，聯(lián)合編譯之前需要體現(xiàn)參與聯(lián)合編譯的各軟件狀態(tài)；對控制分系統(tǒng)的7 項軟件進行落焊前最終狀態(tài)確認(rèn)，落焊軟件必須與最終參與測試的軟件及受控軟件進行比對，比對一致后才能燒寫落焊。

4.3 測試驗證產(chǎn)品保證要素的實施

該裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)單機28 臺套，所有分系統(tǒng)單機需經(jīng)歷包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等環(huán)境試驗驗證及接口的匹配性驗證。控制分系統(tǒng)產(chǎn)品配置上存在敏感器選型差異，因此須驗證系統(tǒng)下使用敏感器的功能、性能和該敏感器的故障診斷與處理情況。部分軟件進行了版本升級，分系統(tǒng)測試和整星測試時要覆蓋版本升級差異情況，明確并落實更改后的性能符合性。對所有測試數(shù)據(jù)進行全面判讀，測試完成后，進行單機、分系統(tǒng)等階段的測試數(shù)據(jù)一致性比對，不能存在趨勢性數(shù)據(jù)，并和理論分析結(jié)果一致。確實不能進行試驗驗證的數(shù)據(jù)，需要使用其他方法進行驗證?？沙浞掷美碚摲治龅姆椒ㄟM行模擬仿真、計算分析等方法確保設(shè)計更改的有效性、正確性并有足夠的設(shè)計余量。

4.4 驗收交付類保證要素實施

主要包括以下內(nèi)容：①單機及軟件交付前對

該裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)28 臺套單機在研制過程中的指標(biāo)符合性進行判讀。②對28 臺套單機及軟件接口匹配性進行確認(rèn)；對分系統(tǒng)的聯(lián)試數(shù)據(jù)進行有效判讀。③交付前明確審查問題和待辦事項（若有），保證交付狀態(tài)和最終使用狀態(tài)協(xié)調(diào)一致，審查問題及待辦事項（若有）均需閉環(huán)。④交付前控制分系統(tǒng)要形成交付相關(guān)文件。

4.5 產(chǎn)品保證實踐結(jié)果

根據(jù)上述產(chǎn)品保證工作安排，在較短的時間內(nèi)，按時完成該裝備衛(wèi)星的控制分系統(tǒng)研制工作，整個研制時間相比常規(guī)裝備衛(wèi)星研制時間縮短1 個半月?？刂品窒到y(tǒng)產(chǎn)品交付后，在整星條件下測試工作正常，在軌運行穩(wěn)定，實現(xiàn)的指標(biāo)滿足技術(shù)要求。該裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證工作實踐達到了預(yù)期目標(biāo)。

承擔(dān)航天型號控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證工作是航天型號控制分系統(tǒng)項目成敗的基礎(chǔ)。通常，系列衛(wèi)星的研制均以裝備衛(wèi)星的形式進行研制。本文總結(jié)了以某裝備衛(wèi)星為特點的控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證工作實踐。通過實施產(chǎn)品保證工作方法，實現(xiàn)了該裝備衛(wèi)星控制分系統(tǒng)產(chǎn)品保證質(zhì)量控制重心的前移。全面有效地落實產(chǎn)品保證工作，保證了控制分系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量。