姜東升 付林春 杜紅 王磊

（1北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京，100094；2北京空間科技信息研究所，北京，100086）

為了落實(shí)中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱集團(tuán)公司）標(biāo)準(zhǔn)化工作的戰(zhàn)略部署和工作要求，貫徹“一個(gè)CASC，一套標(biāo)準(zhǔn)”工作要求，科學(xué)繼承航天標(biāo)準(zhǔn)化工程的成果和經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建與新的研制模式相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，航天科技五院總體設(shè)計(jì)部電源與供配電標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)組以“三個(gè)面向”（面向產(chǎn)品、面向流程、面向組織）為切入點(diǎn)，開展電源與供配電專業(yè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)。

航天型號(hào)工程實(shí)踐證明，標(biāo)準(zhǔn)化是統(tǒng)一技術(shù)狀態(tài)水平、規(guī)范設(shè)計(jì)和生產(chǎn)行為、確保航天電源與供配電系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)基礎(chǔ)。本文依據(jù)“系統(tǒng)規(guī)劃、提升能力、便于操作執(zhí)行”的原則，對(duì)電源與供配電專業(yè)技術(shù)產(chǎn)品體系進(jìn)行梳理，并對(duì)產(chǎn)品研制流程和組織開展“三個(gè)面向”的研究策劃，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行分析，結(jié)合未來(lái)專業(yè)技術(shù)發(fā)展需求，建立適應(yīng)我國(guó)航天器電源與供配電專業(yè)研發(fā)和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)模式的標(biāo)準(zhǔn)體系，提出開展標(biāo)準(zhǔn)研究和標(biāo)準(zhǔn)編制的方向和工作項(xiàng)目，做到推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)“橫向一致”和各級(jí)承研單位“縱向貫通”。

1 基于“三個(gè)面向”的電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范疇分析

1.1 電源與供配電專業(yè)技術(shù)體系研究

傳統(tǒng)的航天器電源與供配電專業(yè)技術(shù)體系分類包括供配電系統(tǒng)技術(shù)、一次電源技術(shù)和總體電路技術(shù)等3大方向，如圖1所示。需要針對(duì)每項(xiàng)專業(yè)技術(shù)的設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)和技術(shù)驗(yàn)證開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的研究工作，以適應(yīng)新技術(shù)和新產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用工作的開展。

圖1 傳統(tǒng)航天器電源與供配電專業(yè)技術(shù)方向框圖

a）供配電系統(tǒng)技術(shù)：

包括供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、供配電系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)、供配電系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)、供配電系統(tǒng)仿真技術(shù)等4個(gè)技術(shù)分支。

b）一次電源技術(shù)：

包括電源控制與管理技術(shù)、發(fā)電技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)等3個(gè)技術(shù)分支。其中，電源控制與管理技術(shù)包括：S3R功率調(diào)節(jié)技術(shù)、2S4R功率調(diào)節(jié)技術(shù)、MPPT功率調(diào)節(jié)技術(shù)、無(wú)線能量傳輸技術(shù)、BCR設(shè)計(jì)技術(shù)、BDR設(shè)計(jì)技術(shù)、高壓大功率電源系統(tǒng)技術(shù)、多器并網(wǎng)電源系統(tǒng)技術(shù)、多器多母線電源系統(tǒng)技術(shù)。發(fā)電技術(shù)包括：太陽(yáng)電池陣技術(shù)、核反應(yīng)堆技術(shù)、同位素溫差發(fā)電技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)包括：鋰離子蓄電池技術(shù)、一次電池儲(chǔ)能技術(shù)、超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)、燃料電池儲(chǔ)能技術(shù)。

c）總體電路技術(shù)：

包括配電控制技術(shù)、火工品控制技術(shù)、電纜網(wǎng)傳輸技術(shù)、電源變換技術(shù)等4個(gè)技術(shù)分支。配電控制技術(shù)包括：配電體系設(shè)計(jì)技術(shù)、固態(tài)/機(jī)械配電控制電路設(shè)計(jì)技術(shù)、配電安全性設(shè)計(jì)技術(shù)、智能配電管理技術(shù)。火工品控制技術(shù)包括：火工母線供電體系設(shè)計(jì)技術(shù)、火工控制電路設(shè)計(jì)技術(shù)、火工裝置地面可測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)、火工控制系統(tǒng)驗(yàn)證技術(shù)。電纜網(wǎng)傳輸技術(shù)包括：電連接器和導(dǎo)線規(guī)劃選型、匯流條/超導(dǎo)功率傳輸技術(shù)、線徑選擇技術(shù)、分支設(shè)計(jì)技術(shù)、大功率電纜熱設(shè)計(jì)技術(shù)、電纜EMC設(shè)計(jì)技術(shù)電纜網(wǎng)測(cè)試技術(shù)。電源變換技術(shù)包括電源變換設(shè)計(jì)技術(shù)和電源變換測(cè)試及驗(yàn)證技術(shù)。

1.2 電源與供配電專業(yè)產(chǎn)品體系研究

對(duì)航天器電源與供配電專業(yè)技術(shù)體系3大方向的產(chǎn)品，即供配電系統(tǒng)產(chǎn)品、一次電源產(chǎn)品和總體電路產(chǎn)品進(jìn)行梳理，共有17類產(chǎn)品，如圖2所示。其中，核心產(chǎn)品包括電源控制器、太陽(yáng)電池產(chǎn)品、一次蓄電池產(chǎn)品、二次蓄電池產(chǎn)品和電纜網(wǎng)，共計(jì)5類單機(jī)產(chǎn)品，有較為完善的設(shè)計(jì)、制造、裝配、測(cè)試、試驗(yàn)和產(chǎn)品規(guī)范。新技術(shù)研發(fā)產(chǎn)品包括無(wú)線能量傳輸裝置、核熱電產(chǎn)品、超級(jí)電容儲(chǔ)能產(chǎn)品、BUSBAR匯流條，共計(jì)4類，為了保證產(chǎn)品研制過(guò)程規(guī)范可控，需要重點(diǎn)開展設(shè)計(jì)、制造、裝配、測(cè)試、試驗(yàn)和產(chǎn)品規(guī)范的建設(shè)。

圖2 航天器電源與供配電專業(yè)產(chǎn)品

1.3 電源與供配電專業(yè)研制流程與研制組織研究

供配電業(yè)務(wù)一般包括分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功率平衡分析、電源產(chǎn)品研制與試驗(yàn)、電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)、整星供配電大圖繪制和接地設(shè)計(jì)、整星供配電可靠性安全性設(shè)計(jì)、AIT與發(fā)射場(chǎng)測(cè)試、飛控與在軌管理等。業(yè)務(wù)流程主要包括：方案設(shè)計(jì)、初樣詳細(xì)設(shè)計(jì)、電性產(chǎn)品投產(chǎn)和測(cè)試及試驗(yàn)驗(yàn)證、鑒定件投產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證（新產(chǎn)品）、正樣方案設(shè)計(jì)、正樣件產(chǎn)品投產(chǎn)和測(cè)試及試驗(yàn)驗(yàn)證、發(fā)射場(chǎng)電測(cè)、在軌管理與維護(hù)等。

電源與供配電分系統(tǒng)研制通常采取總體單位抓總，不同單機(jī)廠所設(shè)計(jì)、承研并提供合格單機(jī)設(shè)備，總體單位驗(yàn)收后在分系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)試，在整星階段進(jìn)行電測(cè)、環(huán)境試驗(yàn)和老練試驗(yàn)測(cè)試的研制模式。因此，必須加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的頂層設(shè)計(jì)，制定滿足專業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、試驗(yàn)要求等的科學(xué)、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品的研制流程，重點(diǎn)關(guān)注研制單位的技術(shù)界面和研制階段的質(zhì)量保證，提供通用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范用，為通用產(chǎn)品的研制提供統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、試驗(yàn)、鑒定和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，以提升專業(yè)設(shè)計(jì)能力，規(guī)范產(chǎn)品研制過(guò)程。

2 總體設(shè)計(jì)部電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系分析

2.1 電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系梳理

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的梳理，將標(biāo)準(zhǔn)分為系統(tǒng)級(jí) （A）、分系統(tǒng)級(jí) （B）、單機(jī)級(jí)（C）3個(gè)級(jí)別，如圖3所示。

圖3 總體設(shè)計(jì)部電源與供配電標(biāo)準(zhǔn)體系

● 系統(tǒng)級(jí) （A）：規(guī)范電源與供配電系統(tǒng)和整星其它分系統(tǒng)相關(guān)的接口、設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

● 分系統(tǒng)級(jí) （B）：電源與供配電分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分系統(tǒng)接口、可靠性安全性設(shè)計(jì)，以及生產(chǎn)、裝配、測(cè)試、試驗(yàn)、驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

● 單機(jī)級(jí) （C）：規(guī)范電源與供配電系統(tǒng)各類單機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、測(cè)試、試驗(yàn)、驗(yàn)收和產(chǎn)品保證的單機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量保證類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 與“一套CASC”標(biāo)準(zhǔn)體系銜接關(guān)系

2019年，集團(tuán)公司提出了“一個(gè)CASC，一套標(biāo)準(zhǔn)”的工作部署，目標(biāo)是建成集團(tuán)公司統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) “橫向一致”，實(shí)現(xiàn)由支撐精細(xì)到支撐精益升級(jí)，支撐高質(zhì)量保證成功。

總體設(shè)計(jì)部的電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系與集團(tuán)公司CASC標(biāo)準(zhǔn)體系高度契合，因此A類系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和B類分系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以直接歸入CASC標(biāo)準(zhǔn)體系的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分支中；C類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中電源控制器、太陽(yáng)翼、蓄電池、配電器、電纜網(wǎng)和火工品管理器這些產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、測(cè)試、試驗(yàn)、產(chǎn)品規(guī)范以及在軌健康管理標(biāo)準(zhǔn)可以劃分到CASC標(biāo)準(zhǔn)體系的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)分支；C類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的通用制造與裝配工藝類標(biāo)準(zhǔn)，可以嵌套進(jìn)CASC標(biāo)準(zhǔn)體系的生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)分支。

3 電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系運(yùn)行管理思路

按照我國(guó)航天領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)別分類，航天電源與供配電標(biāo)準(zhǔn)體系包括國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)、航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和航天企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4大類。其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）建議重點(diǎn)關(guān)注和統(tǒng)一航天器研制過(guò)程中的術(shù)語(yǔ)、接口要求和可靠性安全性等分系統(tǒng)級(jí)共性問(wèn)題的通用標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)軍標(biāo)（GJB）重點(diǎn)解決分系統(tǒng)級(jí)共性問(wèn)題的規(guī)范和統(tǒng)一，規(guī)定航天器電源與供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)過(guò)程的要求、程序和方法等內(nèi)容。同時(shí)對(duì)通用產(chǎn)品的型譜、產(chǎn)品規(guī)范、設(shè)計(jì)、標(biāo)定、試驗(yàn)、包裝和運(yùn)輸?shù)确矫孢M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ）屬于行業(yè)級(jí)的指導(dǎo)性技術(shù)文件類標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)行業(yè)內(nèi)部不同企業(yè)間形成統(tǒng)一的電源與供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)規(guī)范、接口要求、試驗(yàn)驗(yàn)證方法類標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品規(guī)范要求。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是航天企業(yè)根據(jù)自身承擔(dān)型號(hào)產(chǎn)品研制特點(diǎn)形成的，指導(dǎo)企業(yè)內(nèi)部分系統(tǒng)和單機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、調(diào)試、測(cè)試、試驗(yàn)、使用和管理的指導(dǎo)性技術(shù)文件。

航天器電源與供配電標(biāo)準(zhǔn)體系的建立是一個(gè)漫長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，需要不斷地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行補(bǔ)充和修正，以滿足新型號(hào)、新技術(shù)、新產(chǎn)品的需求。原則上航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)從穩(wěn)定運(yùn)行了多年的企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中篩選，推廣到全行業(yè)執(zhí)行。升級(jí)的航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ）一般涉及集團(tuán)內(nèi)部的不同研制單位的分工界面和供需交接，需要依據(jù)航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ）約束設(shè)計(jì)輸入、輸出、產(chǎn)品研制過(guò)程、測(cè)試方法、產(chǎn)品驗(yàn)收作為跨組織間產(chǎn)品研制工作開展的依據(jù)。對(duì)于一些新技術(shù)、新產(chǎn)品涉及院外單位協(xié)同研制，急需標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)解決型號(hào)研制問(wèn)題的可以直接申報(bào)航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ）、國(guó)軍標(biāo)（GJB）。體系內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建流程如圖4所示。

圖4 航天器電源與供配電標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建流程

本文通過(guò)對(duì)五院總體設(shè)計(jì)部的電源與供配電專業(yè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系的梳理研究，提出了后續(xù)電源與供配電專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)思路和運(yùn)行管理思路，對(duì)完成集團(tuán)公司提出了“一個(gè)CASC，一套標(biāo)準(zhǔn)”的工作部署，對(duì)確保航天器電源與供配電專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范、產(chǎn)品可靠，圓滿完成飛行任務(wù)具有重要意義。