航天驗收試驗標準現(xiàn)狀分析與問題研究

解爽 沈博 李文釗 馬一通

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所， 北京， 100076）

產(chǎn)品驗收試驗是把控交付產(chǎn)品質量的最重要技術手段， 在質量檢驗過程中， 驗收環(huán)節(jié)是必要的環(huán)節(jié)， 在每一道生產(chǎn)工序后實施驗收能夠在最大程度上確保產(chǎn)品質量， 并且還可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質量問題， 進而減少軍工產(chǎn)品企業(yè)的成本損失[1]。 高度復雜的航天系統(tǒng)包含的單機產(chǎn)品種類和數(shù)量非常龐大， 并且各產(chǎn)品之間相互關聯(lián)， 單機產(chǎn)品的一個小故障或者缺陷便可能導致整個系統(tǒng)功能的失效。 因此通過驗收試驗可以有效剔除有缺陷的產(chǎn)品， 是剔除產(chǎn)品早期缺陷的最經(jīng)濟的手段。 航天單機驗收試驗是否有效， 直接關系到航天型號的質量水平， 影響任務成敗。

中國運載火箭技術研究院依據(jù)國家軍用標準《裝備檢驗驗收程序》 制定了院標《型號產(chǎn)品驗收管理要求》。 通過建立完備的驗收體系、 全面的驗收依據(jù)、 科學的驗收程序、 量化的驗收內容以及規(guī)范的預驗收方法， 形成了合理有效的航天型號產(chǎn)品驗收管理工作要求， 并成功應用于多型號產(chǎn)品驗收工作， 為保證產(chǎn)品質量與可靠性奠定了基礎[2]。

航天型號產(chǎn)品驗收除了對產(chǎn)品功能、 性能指標的檢查之外， 通常還包括驗收試驗和生產(chǎn)過程、 關鍵過程及特殊過程等的檢查及確認[3]。 但技術關鍵要素的驗收試驗， 院標中并沒有具體規(guī)定。 近年來， 由于部分航天產(chǎn)品驗收試驗有效性不足， 制造缺陷未被發(fā)現(xiàn)和剔除， 導致后續(xù)靶場測試或飛行試驗發(fā)生質量問題， 甚至引發(fā)飛行失利， 代價巨大、教訓深刻。 同時， 型號工作中普遍存在同類產(chǎn)品驗收試驗橫向不一致， 部分產(chǎn)品驗收試驗項目不全、試驗方法無效果、 測試數(shù)據(jù)不充分等問題。

本文在調研國內外有關驗收和驗收試驗航天標準的基礎上， 對當前航天產(chǎn)品驗收試驗問題進行了分析和研究， 為提升型號產(chǎn)品驗收試驗有效性， 保證型號重點產(chǎn)品質量合格穩(wěn)定提供借鑒。

1 驗收試驗標準研究

1.1 與驗收試驗有關的國外標準

鑒于前文所述驗收試驗的重要性， 以NASA 提出SP-8045[4]專門針對結構類產(chǎn)品的驗收試驗標準為開端， 國際上各宇航機構均發(fā)展了適用于自身航天型號的驗收試驗方法， 并與鑒定試驗、 飛行試驗等整合形成了相應的試驗標準。 如美國國防部（DoD） 編制并多次修訂了 MIL-STD-1540 系列標準， 美國空軍空間和導彈系統(tǒng)中心 （SMC） 在此基礎上發(fā)展了SMCS-016 系列標準， 日本宇宙航空研究開發(fā)機構 （JAXA） 發(fā)展了 JERG-2-130 系列試驗標準， 歐洲空間標準化組織 （ECSS） 發(fā)展了ECSS-E-ST-10-03C 標 準 ， NASA 戈 達 德 中 心（GSFC） 發(fā)展了 GSFC-STD-7000A 系列標準。

隨著航天技術的高速發(fā)展， 為了應對新任務、 新工藝等特殊需求， 許多宇航機構還發(fā)展了針對特殊航天器、 特殊試驗類型的試驗標準。 如針對航天飛機的驗證標準JST-SP-ST-023， 針對國際空間站的鑒定和驗收試驗標準SSP 41172，針對星座計劃的試驗標準CxP 70036 等[6]。

以上國際標準均對航天產(chǎn)品驗收試驗的實施層級、 試驗基線和試驗量級進行了規(guī)定。 如國內航天器試驗借鑒最多的MIL-STD-1540 標準， 對組件、 分系統(tǒng)和飛行器有關驗收試驗基線、 試驗量級等要求進行了系統(tǒng)的規(guī)定。 SSP 41172 標準對元器件和飛行構件的驗收試驗、 量級以及例外情況等給出了細致的要求。

1.2 與驗收試驗有關的國內通用標準

國內航天標準編寫時經(jīng)常借鑒國外航天標準，將地面試驗區(qū)分為驗收試驗、 鑒定試驗和原型飛行試驗等類別， 而其他軍用試驗標準多是沿用我國原有的質量管理體系中關于試驗和試驗類別的規(guī)定， 所以與航天標準的試驗類別有所不同。

國家軍用標準 《裝備質量管理術語》 明確了驗收的概念： “顧客對提交的成品進行檢驗， 以確認接收或拒收的活動”。 國家軍用標準 《標準編寫規(guī)定》 將檢驗分類為鑒定 （定型） 檢驗、 首件檢驗、 質量一致性檢驗、 其他類別檢驗 （含型式檢驗、 出廠檢驗、 例行檢驗、 交收檢驗、 地面試驗和飛行試驗等） 和包裝檢驗。 國家軍用標準《軍用標準文件編制工作導則 第2 部分： 軍用規(guī)范編寫規(guī)定》 附錄C 只提及了質量一致性檢驗及分組原則。 國家軍用標準 《武器裝備研制項目專用規(guī)范編寫規(guī)定》 對檢驗分類也與 《標準編寫規(guī)定》 中的規(guī)定完全一致。 同時 GB/T 19000—2000 《質量管理體系 基礎和術語》、 國家軍用標準 《質量管理體系要求》 等適用范圍更廣泛的相關軍用標準也都只對驗收進行了明確。

1.3 驗收試驗與質量一致性檢驗的內涵

質量一致性檢驗是以逐批檢驗為基礎， 周期性地抽取樣品， 對所規(guī)定的檢驗項目進行檢驗，用以確定產(chǎn)品生產(chǎn)過程中能否保持質量持續(xù)穩(wěn)定。 近年來， 隨著 《武器裝備研制項目專用規(guī)范編寫規(guī)定》 的推廣， 質量一致性檢驗被逐漸引入到各軍品行業(yè)， 航天產(chǎn)品驗收試驗很大程度上與質量一致性檢驗的內涵相近。

首先， 從概念上看， 質量一致性檢驗更側重于產(chǎn)品批產(chǎn)或定型階段， 驗收試驗是在產(chǎn)品交付出廠時進行， 用以確認產(chǎn)品對任務書要求的符合性， 適用于所有產(chǎn)品的所有研制階段。 航天產(chǎn)品是沒有定型 （D） 及批產(chǎn) （P） 階段之分的運載領域， 驗收試驗相當于貫穿于整個階段， 因此驗收試驗這一術語比質量一致性檢驗更恰當。

其次， 從抽樣特性角度分析， 驗收試驗和質量一致性檢驗均有批次產(chǎn)品的抽樣特性。 若當前批次產(chǎn)品全部參加試驗， 則為全數(shù)抽樣試驗 （簡稱 “全檢”）。 若當前批次產(chǎn)品抽取部分樣品參加試驗， 則為抽樣試驗 （簡稱 “抽檢”）。 驗收試驗和質量一致性檢驗均可以分為全檢和抽檢， 如圖1所示。

再者， 就目的而言， 驗收試驗目的是為交付提供依據(jù)， 質量一致性檢驗目的是保證質量穩(wěn)定性。 盡管二者側重不同， 但最終都是為了證明產(chǎn)品飛行能力和剔除早期缺陷， 殊途同歸， 從這一角度也可將質量一致性檢驗稱為驗收試驗。

最后， 從批次使用角度分析， 質量一致性檢驗強調產(chǎn)品批次的概念， 而驗收試驗一般不強調批次。 航天型號產(chǎn)品大多為小批量生產(chǎn)， 因此會較多使用驗收試驗或批驗收試驗這一概念， 從該角度講質量一致性檢驗實質就是批驗收試驗。

綜上所述， 對航天產(chǎn)品而言， 驗收試驗這一術語更適用。 同時為了與武器裝備通用標準協(xié)調， 建議以質量一致性檢驗和驗收試驗為等價最大全集， 將 A 組～D 組檢驗、 交收檢驗、 型式檢驗、 出廠檢驗、 例行檢驗、 典試檢驗等試驗劃分為它們包含的子類試驗。 圖2 為劃分關系的3 個典型案例。

1.4 與驗收試驗有關的航天產(chǎn)品標準

國家軍用標準 《運載器、 上面級和航天器試驗要求》 是環(huán)境工程和可靠性工程與型號研制緊密結合的標準， 是航天環(huán)境工程的頂層標準和關鍵標準， 是制定航天產(chǎn)品試驗大綱的重要依據(jù)。 該標準修訂過程主要參考了MIL-STD-1540C 和MILHDBK-340A 等美軍標， 規(guī)定驗收試驗是 “通過對產(chǎn)品施加驗收級環(huán)境應力暴露產(chǎn)品由于元器件、 材料和制造工藝引入的潛在缺陷排除產(chǎn)品的早期失效， 證明驗收級環(huán)境下產(chǎn)品具有飛行能力”。

各航天型號和單機產(chǎn)品研制單位依據(jù)國家軍用標準及前述國外航天標準， 制定了大量用于指導驗收試驗的相關標準， 如 《運載火箭制造驗收通用技術條件》 《液體火箭發(fā)動機批生產(chǎn)驗收試驗規(guī)范》 《固體火箭發(fā)動機噴管制造、 驗收通用技術條件》 《傳感器與變換器通用驗收要求》 等。

這些標準大多以國家軍用標準為基礎， 將同類產(chǎn)品專用規(guī)范、 制造驗收技術條件等文件整合協(xié)調編制而成。 這些試驗規(guī)范、 通用要求標準稱為產(chǎn)品通用規(guī)范或通用試驗規(guī)范， 型號產(chǎn)品的產(chǎn)品規(guī)范、 制造驗收技術條件等文件則稱為產(chǎn)品專用規(guī)范。

2 通用試驗規(guī)范的驗收試驗問題

2.1 術語不一致

現(xiàn)有通用試驗規(guī)范中存在著驗收試驗相關術語嚴重不統(tǒng)一的現(xiàn)象， 出現(xiàn)了如樣品試驗與鑒定檢驗、 典試、 例試、 質量一致性檢驗和驗收試驗等多種類別， 但類別的劃分并不一致， 有些規(guī)范中試驗類別即使實質相同而名詞術語也不統(tǒng)一。

可以看出， 航天產(chǎn)品檢驗主要為鑒定檢驗、質量一致性檢驗和驗收檢驗這3 大類。 鑒定檢驗相對獨立且統(tǒng)一性較好， 無論是通用試驗規(guī)范中還是型號應用上， 設計人員的認知都較為統(tǒng)一。質量一致性檢驗和驗收檢驗與其子類混淆使用的情況比較嚴重， 如有些試驗實質為全樣驗收檢驗， 卻直接擴大名稱為驗收試驗。 還有些標準將驗收試驗作為質量一致性檢驗的一部分。 造成這一問題的原因主要是由于國外航天產(chǎn)品試驗規(guī)范分類慣例與國內武器裝備全面推廣的通用標準不一致。 在商業(yè)航天和軍事航天不同應用背景下，有些研制和批產(chǎn)流程有區(qū)別， 加之航天產(chǎn)品種類繁雜， 因此對不同類別的產(chǎn)品沒有必要過分強調在試驗類別上的統(tǒng)一。 但無論怎樣劃分， 對出廠交付飛行的產(chǎn)品質量管控措施都不能松懈， 必須確保驗收試驗 （或質量一致性檢驗） 的有效性，要做到應檢盡檢， 盡可能剔除早期缺陷。

對于同類產(chǎn)品不同規(guī)范中驗收試驗也常常不一致。 如航天科工三院編寫的 《電動伺服機構通用技術條件》 （以下簡稱 《技術條件》） 和航天科技八院編寫的 《運載火箭電動伺服機構試驗要求》 （以下簡稱 《試驗要求》） 對試驗類別劃分方式完全不同， 具體對比見表1。

表1 《技術條件》 與 《試驗要求》 試驗分類差異

2.2 驗收試驗量級制定方法無定論

當前產(chǎn)品驗收試驗規(guī)范中， 對一些典型試驗包絡條件的選取方法經(jīng)常無法統(tǒng)一， 如表2 所述2 種電動伺服機構的通用規(guī)范， 對絕緣電阻的指標要求、 性能指標測試項目和環(huán)境試驗項目均存在不小的差異。 這些不統(tǒng)一可能會直接影響產(chǎn)品化的推進和總體單位對產(chǎn)品質量把控效果， 不利于該類產(chǎn)品的研制水平提升。

表2 《技術條件》 與 《試驗要求》 部分差異

國際空間站的組件環(huán)境試驗技術參數(shù)大部分與國家軍用標準 《運載器、 上面級和航天器試驗要求》 規(guī)定的相同， 只有一小部分稍有差別， 以力學驗收試驗量級制定為例， SSP 41172 規(guī)定在所用情況下， 鑒定試驗量級和持續(xù)時間都應包含最壞情況下的使用壽命環(huán)境， 其中包括驗收試驗量級和持續(xù)時間 （含試驗公差）， 并確保驗收復驗。 對于所有試驗件， 都應在鑒定試驗之前或者與其同步進行驗收試驗 （包含功能和環(huán)境試驗）[7]。 《運載器、上面級和航天器試驗要求》 中規(guī)定振動、 聲和沖擊環(huán)境的是以統(tǒng)計預示譜值為依據(jù)。 驗收試驗用的是最高預示環(huán)境值， 該環(huán)境值在20 次飛行中有一次被超過的概率是50% （P95/50 值）。

《運載器、 上面級和航天器試驗要求》 的方法并不便于工程實施， 所以有些型號制定力學試驗條件時， 采用SSP 41172 方法， 先根據(jù)飛行試驗測試數(shù)據(jù)包絡確定鑒定量級條件， 如鑒定試驗條件在使用環(huán)境的基礎上通過增加時間和量級的余量后獲得， 以確保產(chǎn)品極端環(huán)境條件下的環(huán)境適應性， 然后在鑒定量級的基礎上對試驗曲線進行整體下移后獲得驗收量級試驗條件。 一些型號鑒定量級和驗收量級轉換關系見表3。 不同型號，驗收試驗量級的選取原則并不相同， 部分型號也不采用該方法制定， 同樣的， 有系統(tǒng)級轉換到單機產(chǎn)品驗收試驗量級的要求時方法也各有千秋。

表3 隨機振動驗收量級與鑒定量級的轉換關系示例

隨著越來越多的航天型號發(fā)射任務成功， 不同的試驗量級制定方法都經(jīng)過了飛行任務考核， 目前可能尚無法說明何種方法更有優(yōu)勢或更加準確。 越是如此， 更應督促相關專業(yè)對驗收試驗量級橫向一致性工作加強研究， 使試驗條件逐步細化， 提高對任務剖面環(huán)境的覆蓋性， 產(chǎn)品和分系統(tǒng)設計單位能夠以此為基礎更有效地開展環(huán)境適應性設計， 為確保驗收試驗有效實施， 型號成功提供基礎保障。

2.3 檢驗不分階段或階段混亂

各研制生產(chǎn)階段應合理開展不同類別的試驗， 但是目前航天產(chǎn)品通用規(guī)范中各種檢驗類別往往貫穿新研制產(chǎn)品的各個階段， 只是檢驗項目略有變化； 有些產(chǎn)品質量一致性檢驗甚至出現(xiàn)在新研制產(chǎn)品的試樣階段； 有些通用規(guī)范缺失對特殊階段的檢驗的規(guī)定； 甚至有些產(chǎn)品不加區(qū)分地進行驗收試驗和鑒定試驗， 出現(xiàn)驗收試驗與鑒定試驗項目完全相同的情況。 這些問題不僅是試驗資源的浪費， 不明確階段與檢驗類別的關系， 還容易造成檢驗項目的遺漏。

如貯存驗收試驗是 《運載器、 上面級和航天器試驗要求》 規(guī)定的特殊階段的檢驗。 對長時間貯存后關鍵指標可能發(fā)生漂移的產(chǎn)品， 應在通用規(guī)范中提出貯存驗收試驗的要求， 且應在貯存驗收試驗項目中明確受貯存影響較大指標的檢驗要求。 某型號導彈總裝后就存放于庫房內， 貯存了7 年半時間后于1977 年執(zhí)行飛行試驗任務。 該型號任務前進行技術陣地和發(fā)射陣地測試檢查時均符合設計文件要求， 但最終飛行試驗失敗。 失敗原因最后定位于彈上對速率陀螺只按照技術條件的要求進行了例行的靜態(tài)測試檢查， 而未在長期貯存后進行動態(tài)測試檢查， 致使發(fā)射前沒能發(fā)現(xiàn)該缺陷。 該類產(chǎn)品通用試驗規(guī)范如國家軍用標準 《速率陀螺儀通用規(guī)范》 至今沒有完善相關的內容， 那么依據(jù)其制定的型號產(chǎn)品制造驗收技術條件中自然也未落實該項要求， 這對其他長貯后使用的型號埋下了質量隱患。

2.4 修訂更新不及時

通用規(guī)范本身來源于研制實踐， 反過來又指導研制實踐。 應根據(jù)使用中所發(fā)現(xiàn)的設計、 生產(chǎn)和使用問題， 不斷修訂完善通用規(guī)范。 例如MIL-STD-1540 標準自 1974 年發(fā)布 A 版以來，分別于 1982 年、 1994 年、 1999 年、 2002 年進行了 修 訂 ， 發(fā) 布 其 B ～E 版 本 ， 又 于 2008 年 在MIL-STD-1540E 標準上修訂， 發(fā)布了 SMC-S-016 標準。 SSP 41172 標準從 1994 年 A 版初次頒布至今， 一共進行了20 多次修訂， 目前已修訂到U 版[8]， 為適應新的技術、 工藝和任務要求，國外航天產(chǎn)品通用規(guī)范不斷地改進和進步。

相比之下， 很多國內航天產(chǎn)品通用試驗規(guī)范還停留在十幾甚至二十年以前。 因此我們應結合型號實踐注重對產(chǎn)品通用試驗規(guī)范的修訂， 使之成為提升產(chǎn)品研制質量的重要管理工具， 同時依托通用試驗規(guī)范， 規(guī)范產(chǎn)品驗收試驗， 使之成為提升產(chǎn)品可靠性的有力工具。

2.5 交檢次數(shù)要求不明確

產(chǎn)品提交驗收試驗的次數(shù)也稱交檢次數(shù)， 產(chǎn)品經(jīng)裝配、 調試生產(chǎn)完成后， 第一次提交驗收試驗為一次交檢； 若一次交檢時試驗不通過， 可進行返修處理， 返修完成后， 再次提交檢驗， 為二次交檢。 依次類推， 第三次提交驗收為三次交檢。 當前很多規(guī)范， 缺少對交檢次數(shù)的規(guī)定。

產(chǎn)品若反復交檢不過， 一是證明產(chǎn)品質量水平不滿足要求， 二是多次交檢后有些驗收試驗會對產(chǎn)品造成疲勞損傷， 進而影響產(chǎn)品交付后的可靠性， 故通用試驗規(guī)范應明確規(guī)定可以提交驗收的次數(shù)。 產(chǎn)品設計特性不同或工藝水平不同， 驗收試驗時出的質量問題就不相同； 同時驗收試驗項目不同， 多次驗收的影響也不相同， 因此應根據(jù)產(chǎn)品類別去規(guī)定可交檢次數(shù)。

3 改進與建議

3.1 完善試驗標準體系

參照國外標準發(fā)展， 形成通用規(guī)范加專用標準相結合的驗收試驗標準體系。 隨著航天技術的發(fā)展， 運載火箭、 上面級、 衛(wèi)星和導彈等不同的航天型號存在截然不同的設計特性， 導致它們的驗收試驗有很大不同。 當前運載型號的驗收試驗相關要求與 《運載器、 上面級和航天器試驗要求》 存在不少區(qū)別， 應盡快構建型號產(chǎn)品驗收試驗規(guī)范體系框架， 為改進現(xiàn)有通用試驗標準的不足， 完善專用試驗規(guī)范， 有效整合這兩類標準提供支撐。

3.2 開展試驗基線研究

目前我國主要的試驗標準中基線的理論基本來源于美國MIL-STD-1540 標準， 我國產(chǎn)品通用規(guī)范中雖沒有試驗基線的概念， 但各標準關于檢驗項目和順序的匯總表與試驗基線異曲同工。 故應對驗收試驗的內涵進一步挖掘， 參考國外試驗基線， 如SSP 41172U， 對我國航天產(chǎn)品驗收試驗基線進一步細化， 使之更適合我國國情。 同時充分結合我國推廣質量一致性檢驗的經(jīng)驗，將試驗基線研究細化到每一類產(chǎn)品， 使試驗基線制定以及產(chǎn)品通用規(guī)范都更具可操作性。

3.3 充分結合實踐， 合理剪裁試驗

《武器裝備研制項目專用規(guī)范編寫規(guī)定》 對可能要包含的性能、 環(huán)境適應性、 可靠性等要素，系統(tǒng)規(guī)范給出了27 項、 研制規(guī)范給出了26 項、產(chǎn)品規(guī)范給出了32 項要素要求。 作為國家軍用標準， 需要給出更全面的要求要素， 以便適用于眾多的武器裝備研制項目。 但編寫具體的通用試驗規(guī)范時， 應根據(jù)實際情況適當剪裁。 通過表3 的對比， 不難發(fā)現(xiàn)對各要素的剪裁首先應涵蓋該類產(chǎn)品的關鍵指標以及使用要求， 優(yōu)先選擇可度量和可驗證的項目， 不能將關鍵指標遺漏的同時應充分權衡產(chǎn)品研制質量提升的需求和經(jīng)濟可行的限制。 尤其對新型產(chǎn)品， 應根據(jù)產(chǎn)品設計特性、研制風險、 費效比及批數(shù)量等因素進行分析研究，以確定開展驗收試驗及其他類別試驗的項目。

3.4 開展新型驗收試驗技術研究

當前高加速壽命試驗、 高加速應力篩選等新型試驗技術處于急需深入研究之際， 貯存驗收試驗、 返修后驗收試驗剪裁、 加嚴驗收項目選擇是工程上逃避不開卻飽受爭議的驗收試驗問題， 這些新型驗收試驗和特殊驗收試驗對于未來我國新型航天型號的地面驗證過程具有較高的參考價值， 應積極開展相關的研究。

此外， 對無法直接進行試驗的產(chǎn)品， 應注重仿真試驗的研究， 盡快將仿真試驗相關技術納入驗收試驗， 以提升驗收試驗的充分性。

3.5 制定驗收試驗專業(yè)標準

驗收試驗不僅是質量管理的有效手段， 更是科學問題。 當前航天通用標準、 產(chǎn)品通用規(guī)范、專用規(guī)范中對驗收試驗開展過程的控制要求， 如對驗收試驗的一般原則、 試驗基線制定原則、 應力制定原則、 試驗邊界確定、 測試數(shù)據(jù)要素、 被試品和陪試品要求、 實驗室要求以及貯存、 返修等均沒有系統(tǒng)的梳理和規(guī)定， 因此應盡快建立驗收試驗專業(yè)標準， 對上述內容進行規(guī)范。

航天型號具有系統(tǒng)體積龐大、 構型復雜、 接口眾多、 載荷種類不確定的特點， 其設計的正確性、工藝的合理性、 承受力熱環(huán)境的能力等均需要驗證， 這些驗證需求使得型號驗收試驗變得非常龐大、 復雜， 給驗收試驗的正確性和充分性帶來了巨大的挑戰(zhàn)。 本文在調研了當前航天產(chǎn)品驗收試驗相關標準現(xiàn)狀和型號應用情況的基礎上， 提出了當前驗收試驗相關標準中的問題， 給出了產(chǎn)品驗收試驗相關標準的改進建議， 指出了技術與管理的研究方向， 以期為航天型號的驗收試驗系統(tǒng)設計、 進一步規(guī)范型號產(chǎn)品驗收試驗工作提供參考。