（航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京100094）

在衛(wèi)星地面測(cè)試中，太陽電池方陣模擬器（以下簡稱“模擬器”）是為整星測(cè)試提供能源保障的重要設(shè)備之一，它的主要任務(wù)是真實(shí)地遵循太陽電池方陣在各種空間條件下的實(shí)際輸出特性曲線，在衛(wèi)星發(fā)射前的各測(cè)試階段替代真正的太陽電池方陣為星上各分系統(tǒng)供電。

由于模擬器是完全按照衛(wèi)星太陽電池方陣的真實(shí)分陣數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，各分陣相互隔離，并且都擁有獨(dú)立的調(diào)節(jié)單元，因此通過模擬器供電建立的衛(wèi)星母線具備優(yōu)良的負(fù)載端調(diào)整能力，能夠解決穩(wěn)壓源供電情況下可能出現(xiàn)的電壓上沖過大或浪涌沖擊過大的問題，特別是當(dāng)衛(wèi)星供配電回路中存在短路等安全隱患時(shí)，模擬器供電還能夠起到限流保護(hù)的作用，減少大電流對(duì)設(shè)備的沖擊，提高了測(cè)試的安全性。所以，地面測(cè)試中多采用模擬器來為整星供電。

然而在實(shí)際應(yīng)用中，我們也發(fā)現(xiàn)，模擬器供電啟動(dòng)時(shí)，部分星上設(shè)備有時(shí)會(huì)出現(xiàn)工作異常，設(shè)備內(nèi)部二次電源發(fā)生振蕩，嚴(yán)重影響了測(cè)試的安全性。

因此，為了更好地研究解決這種衛(wèi)星研制測(cè)試過程中出現(xiàn)的供配電異常情況，我單位決定成立磐石QC 小組，由在小衛(wèi)星供配電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、智能化控制與管理、軟件開發(fā)設(shè)計(jì)以及電源控制集成化設(shè)計(jì)等方面具有國內(nèi)領(lǐng)先實(shí)力和水平的研究人員組成，依托專業(yè)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合設(shè)備生產(chǎn)研制過程來開展研究，解決問題。

1 現(xiàn)狀與原因分析以及成因確定

在某些衛(wèi)星型號(hào)的地面測(cè)試中，模擬器供電建立母線時(shí)，星上部分設(shè)備出現(xiàn)了啟動(dòng)異常，表現(xiàn)為設(shè)備內(nèi)部接口處的二次電源發(fā)生振蕩，主備份自主切機(jī)等現(xiàn)象，見表1。雖然故障現(xiàn)象略有不同，但是通過故障樹的分析，排除設(shè)備軟硬件故障后，問題均定位在模擬器母線建立時(shí)間過長。經(jīng)過調(diào)整，縮短了母線建立的時(shí)間，于是故障現(xiàn)象消失。圖1是母線建立時(shí)間的長短對(duì)設(shè)備啟動(dòng)影響對(duì)比的柱狀圖，其中有斜紋的方柱表示發(fā)生故障時(shí)母線的建立時(shí)間，其他方柱則表示正常狀態(tài)時(shí)母線的建立時(shí)間。

表1 母線建立時(shí)間與故障現(xiàn)象對(duì)照

由于測(cè)試時(shí)母線建立時(shí)間過長，與設(shè)備器件輸入特性相沖突，造成設(shè)備啟動(dòng)異常。為了確保測(cè)試時(shí)的安全可靠性，需要將模擬器供電的母線建立時(shí)間控制在一定范圍之內(nèi)。

通過對(duì)故障的統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合整星測(cè)試需要，我們認(rèn)為：小于300ms 的母線建立時(shí)間能夠滿足測(cè)試和負(fù)載用電的安全性要求。換句話說，只有當(dāng)模擬器供電至母線電壓建立的時(shí)間小于300ms，各負(fù)載設(shè)備啟動(dòng)才不會(huì)發(fā)生異常。所以設(shè)定小組活動(dòng)目標(biāo)為：整星測(cè)試模擬器快速建立母線時(shí)間小于300ms。

1.1 原因分析

為了充分展示問題全貌，在“頭腦風(fēng)暴”會(huì)議上，全體小組成員集思廣益，分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)行分析討論，最終確定因果圖，如圖2所示，其中末端因素6 項(xiàng)。

1.2 確定主要原因

小組采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)證的方法，對(duì)影響模擬器母線建立時(shí)間的6 項(xiàng)末端因素逐條進(jìn)行了確認(rèn)，見表2。

表2 要因計(jì)劃確認(rèn)表

1.3 末端因素逐條確認(rèn)

a）操作人員上崗前是否經(jīng)過培訓(xùn)。復(fù)查了所有模擬器操作人員培訓(xùn)記錄，均滿足操作人員上崗培訓(xùn)40h 的要求，并現(xiàn)場(chǎng)抽查操作人員對(duì)工序的掌握程度，符合率為100%，則該因素不是導(dǎo)致問題發(fā)生的主要因素。

b）I-V 特性曲線輸出是否正常。復(fù)查模擬器的自檢記錄和測(cè)試數(shù)據(jù)，其輸出I-V 曲線設(shè)置格式為：工作電流/工作電壓//開路電流/短路電壓，所以現(xiàn)場(chǎng)在模擬器上設(shè)置I-V 曲線參數(shù)為1.5A/33V//1.65A/36V，其輸出電壓與設(shè)置數(shù)值一致，電流穩(wěn)定在1.5A～1.65A，說明輸出工作在恒流段，I-V 曲線輸出正常，則該因素不是導(dǎo)致問題發(fā)生的主要因素。

c）設(shè)備接口設(shè)計(jì)是否滿足要求?，F(xiàn)場(chǎng)復(fù)查了平臺(tái)中隨母線建立的相關(guān)設(shè)備供電接口驗(yàn)收數(shù)據(jù)，均與技術(shù)要求一致，則該類因素也不是導(dǎo)致問題發(fā)生的主要因素。

d）上電分陣數(shù)量是否過多。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置模擬器單陣1.3A 曲線，8 個(gè)陣同時(shí)上電，然后減小上電分陣的數(shù)量，改為只有4 個(gè)分陣和3 個(gè)分陣同時(shí)上電，記錄不同上電分陣數(shù)量下的母線建立時(shí)間，如圖3所示。由實(shí)測(cè)結(jié)果可知，上電分陣數(shù)量過多能夠造成母線建立時(shí)間過長，則該類因素是導(dǎo)致問題發(fā)生的主要因素。

圖3 上電分陣數(shù)量不同時(shí)的母線建立時(shí)間

e）單陣電流設(shè)置是否過小。小組分別對(duì)模擬器設(shè)置單陣1A、1.5A、2A 和3A 的曲線，并且8 個(gè)分陣同時(shí)上電，然后記錄不同曲線下的母線建立時(shí)間，如圖4所示。由實(shí)測(cè)結(jié)果可知，母線建立時(shí)間隨著單陣電流數(shù)值的增加而逐步減小，說明單陣電流設(shè)置過小能夠造成母線建立時(shí)間過長，則該類因素是造成問題的主要因素。

圖4 單陣設(shè)置不同電流時(shí)的母線建立時(shí)間

圖5 測(cè)試電纜長度不同時(shí)的母線建立時(shí)間

f）測(cè)試電纜是否過長。由于不同的測(cè)試環(huán)境所采用的電纜長度也不盡相同，小組發(fā)現(xiàn)在其他條件都相同的情況下，不同的電纜長度所對(duì)應(yīng)的母線建立時(shí)間也不一樣，如圖5所示。在滿足測(cè)試要求的前提下，電纜長度越長，其母線建立時(shí)間越緩慢，因此測(cè)試電纜過長也是導(dǎo)致問題發(fā)生的主要因素。

小組通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、復(fù)查等手段，對(duì)上述6項(xiàng)末端因素逐條進(jìn)行確認(rèn)，最終確認(rèn)：上電分陣數(shù)量過多、單陣電流設(shè)置過小以及測(cè)試電纜過長是導(dǎo)致模擬器母線建立時(shí)間過長的主要因素。

2 對(duì)策制定及實(shí)施

針對(duì)上述主要因素，制定了“5W1H”對(duì)策，見表3，并依據(jù)對(duì)策表進(jìn)行對(duì)策實(shí)施。

表3 “5W1H”對(duì)策實(shí)施表

實(shí)施一：減少上電分陣數(shù)量。在滿足測(cè)試要求的輸出總電流的情況下，依據(jù)衛(wèi)星不同平臺(tái)對(duì)分陣數(shù)量的要求，分別改變上電分陣數(shù)量為2～6，記錄驗(yàn)證不同上電分陣數(shù)量下的母線建立時(shí)間。

實(shí)施效果：驗(yàn)證結(jié)果如圖6所示，證明在保證測(cè)試供電的前提下，模擬器上電分陣數(shù)量為2～6 時(shí)，其母線建立時(shí)間均小于300ms，滿足目標(biāo)要求。

圖6 上電分陣數(shù)量不同時(shí)的母線建立時(shí)間

實(shí)施二：增加單陣設(shè)置電流數(shù)值。根據(jù)任務(wù)書以及測(cè)試技術(shù)要求，模擬器上電時(shí)其輸出總電流不小于12A，結(jié)合實(shí)施一的驗(yàn)證結(jié)論，則在模擬器軟件界面上設(shè)置單陣電流數(shù)值不小于2A、對(duì)策實(shí)施中設(shè)置單陣電流為2A，則母線建立時(shí)間為245ms，未發(fā)生設(shè)備啟動(dòng)異常。

實(shí)施效果：試驗(yàn)證明模擬器單陣電流的增加能夠減小母線建立的時(shí)間，所以當(dāng)模擬器單陣電流不小于2A 時(shí)，其母線建立時(shí)間均小于300ms，滿足目標(biāo)要求。

實(shí)施三：縮短測(cè)試電纜長度。電纜長度的影響歸根結(jié)底是體現(xiàn)在電纜線損對(duì)母線建立時(shí)間的影響上，若其他條件（如電纜半徑等）相同，電纜長度越長，其線損越大。但出于測(cè)試環(huán)境和成本的考慮，要想單純地縮短電纜長度并不實(shí)際，對(duì)于母線建立時(shí)間不滿足要求的電纜，將兩根相同長度的電纜并聯(lián)，其線損約為單根電纜的一半，也等同于電纜長度縮短一半。

實(shí)施效果：電纜經(jīng)過并聯(lián)處理以后，模擬器的母線建立時(shí)間有了明顯的縮短，如圖7所示。從而也證明了，在保證整星測(cè)試供電的前提下，通過并聯(lián)一根相同長度的電纜，達(dá)到縮短電纜有效長度的目的，能夠有效地縮短模擬器母線建立時(shí)間，使其小于300ms，滿足目標(biāo)要求。

圖7 電纜長度縮短后母線建立時(shí)間對(duì)比

3 效果檢查

對(duì)減少上電分陣數(shù)量、增加單陣設(shè)置電流數(shù)值和縮短測(cè)試電纜長度等3 項(xiàng)對(duì)策的實(shí)施結(jié)果表明：3 項(xiàng)對(duì)策均能有效解決母線建立時(shí)間過長的現(xiàn)象，滿足設(shè)定的模擬器母線建立時(shí)間小于300ms 的目標(biāo)要求。

通過小組活動(dòng)，對(duì)模擬器快速建立母線的方法進(jìn)行了改進(jìn)，并在目標(biāo)確認(rèn)的基礎(chǔ)上，整理出了一整套小衛(wèi)星不同太陽分陣配置和不同電纜使用狀態(tài)下的模擬器快速建立母線的方法，避免了因?yàn)槟妇€建立時(shí)間過長造成的部分設(shè)備啟動(dòng)異常，節(jié)省了大量的人力、物力成本，為整星測(cè)試提供了有力的安全保障。同時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)在質(zhì)量意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)及個(gè)人能力、解決問題的信心和團(tuán)隊(duì)精神上都得到了提高，也認(rèn)識(shí)到活動(dòng)過程中收集數(shù)據(jù)的重要性，它對(duì)方案的制定和實(shí)施起到了非常重要的作用。

4 標(biāo)準(zhǔn)化

為了更好地規(guī)范測(cè)試流程并且防止在今后的測(cè)試中再次出現(xiàn)由于母線建立時(shí)間過長造成星上設(shè)備啟動(dòng)異常的現(xiàn)象，我們?cè)诖罅烤C合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)部分電纜進(jìn)行并聯(lián)改造的基礎(chǔ)上，對(duì)本課題《整星模擬器快速建立母線方法》的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整理和歸納。

●對(duì)于功率在500W 以下和使用電纜在10m以內(nèi)的衛(wèi)星，采用分陣1 和分陣2 設(shè)置使用3.6A 曲線上電，當(dāng)母線建立之后，再按照型號(hào)設(shè)計(jì)的真實(shí)分陣數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

●對(duì)于功率在500W 以上和使用電纜在10m以內(nèi)的衛(wèi)星，上電分陣數(shù)量不超過6 個(gè)分陣，并且應(yīng)保證模擬器上電總電流不小于12A。

●對(duì)于使用10m～35m 電纜的衛(wèi)星，模擬器上電單陣電流應(yīng)在使用電纜10m 以內(nèi)的衛(wèi)星設(shè)置基礎(chǔ)上增加10%。

●對(duì)于使用35m～100m 電纜的衛(wèi)星，模擬器上電單陣電流應(yīng)在使用電纜10m 以內(nèi)的衛(wèi)星設(shè)置基礎(chǔ)上增加20%。

為了方便查閱和規(guī)范統(tǒng)一操作，我們按照不同電纜長度和太陽分陣配置進(jìn)行劃分，將上述整理確認(rèn)的內(nèi)容以表格的形式呈現(xiàn)，表4即為功率500W 以下且上電分陣為2 個(gè)陣的模擬器曲線設(shè)置的表格。所有表格化的內(nèi)容都一并納入公司的第三層次文件中，形成新版的DFH/C-DY-15《電源分系統(tǒng)對(duì)整星綜合測(cè)試要求》，并且要求在各型號(hào)編寫的“××衛(wèi)星電源分系統(tǒng)對(duì)綜合測(cè)試技術(shù)要求”中增加相關(guān)的內(nèi)容，將測(cè)試時(shí)模擬器的操作流程統(tǒng)一規(guī)范，后續(xù)的整星測(cè)試按照改進(jìn)后的模擬器母線建立方法執(zhí)行。

表4 功率500W 以下型號(hào)地面測(cè)試模擬器曲線設(shè)置

經(jīng)實(shí)踐證明，標(biāo)準(zhǔn)化后的模擬器母線建立方法對(duì)后續(xù)整星測(cè)試具有重要的指導(dǎo)意義，在后續(xù)測(cè)試中，模擬器母線建立時(shí)間均小于300ms，整個(gè)測(cè)試過程工作運(yùn)行正常，再未出現(xiàn)因?yàn)槟妇€建立時(shí)間過長造成的設(shè)備啟動(dòng)異常現(xiàn)象。

通過QC 活動(dòng)，我們對(duì)測(cè)試模擬器母線建立方法進(jìn)行了改造，解決了由于模擬器母線建立時(shí)間過長造成部分設(shè)備啟動(dòng)異常的問題。在活動(dòng)中，一方面加強(qiáng)了小組成員對(duì)業(yè)務(wù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高了理論分析水平和動(dòng)手試驗(yàn)的能力，充分發(fā)揮了小組的技術(shù)特長；另一方面增強(qiáng)了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神，科學(xué)地研究、解決問題，為今后更好地開展工作奠定了良好的基礎(chǔ)。下一步的打算：磐石小組將結(jié)合本專業(yè)，圍繞供配電系統(tǒng)在研制、測(cè)試等工作中發(fā)生的相關(guān)問題進(jìn)行研究，積極開展QC 活動(dòng)。

[1]李國欣.航天器電源系統(tǒng)技術(shù)概論[M].北京：中國宇航出版社，2008.

[2]帕特爾（美）著，韓波等譯.航天器電源系統(tǒng)[M].北京：中國宇航出版社，2010.