李西園 ，尹曉芳 ，尚永紅 ，裴一飛 ，孫玉瑋 ，杜春林 ，劉守文

（1.北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094；2.航天機(jī)電產(chǎn)品環(huán)境可靠性試驗(yàn)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094；3.天津市空間環(huán)境模擬技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 330452）

0 引言

與一般的武器裝備不同，航天器具有研制首件數(shù)量少、長(zhǎng)壽命和發(fā)射后不可維修性等特點(diǎn)，充分的地面試驗(yàn)是航天器入軌后可靠運(yùn)行的必要保證[1]。一般而言，在不同研制階段對(duì)組件、系統(tǒng)進(jìn)行以力、熱試驗(yàn)為代表的大量試驗(yàn)是目前最為有效的方法之一[2]。根據(jù)研制階段、試驗(yàn)策略的不同，試驗(yàn)又可以分為研制試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)、準(zhǔn)鑒定試驗(yàn)和在軌試驗(yàn)等。其中在初樣、正樣階段進(jìn)行的鑒定試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)和準(zhǔn)鑒定試驗(yàn)是最重要的試驗(yàn)之一，其目的包括：通過(guò)鑒定級(jí)環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)，驗(yàn)證正樣或初樣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與工藝方案是否滿足要求，并具有規(guī)定的設(shè)計(jì)余量；通過(guò)驗(yàn)收級(jí)或準(zhǔn)鑒定級(jí)環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)，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，證明產(chǎn)品具有飛行能力等[3]。各航天組織均根據(jù)已有航天器的特點(diǎn)制定了相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了飛行器、分系統(tǒng)和組件在初樣、正樣等階段需要進(jìn)行的具體試驗(yàn)項(xiàng)目及要求。近10年來(lái)，為了適應(yīng)航天任務(wù)牽引以及航天器制造水平的提升，各航天組織均對(duì)航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，如美國(guó)空軍空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）在2014年修訂形成了SMCS-016（2014）《Test Requirements for Launch，Upper-Stage，and Space Vehicle》標(biāo)準(zhǔn)[4-5]；歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化組織（ECSS）在2020年修訂形成了ECSS-E-ST-10-03C Rev.1 DIR1《Space Engineering-Testing》標(biāo)準(zhǔn)草案[6-7]，并制定了相應(yīng)手冊(cè)[8]；日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）在2019年修訂形成了JERG-2-130B《宇宙機(jī)一般試験標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)[9-10]；NASA戈達(dá)德中心（Goddard）也分別于2013年和2021年更新了GSFCSTD-7000《General Environmental Verification Standard（GEVS）For GSFC Flight Programs and Projects》的A、B版本[11-12]。

航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)矩陣、量級(jí)等的修訂均代表了各航天組織在驗(yàn)證、試驗(yàn)上的新思路、新方法[13]，也體現(xiàn)了各國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)水平的提升。本文將研究2010-2020年各航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況，對(duì)比分析航天器、組件的試驗(yàn)矩陣的發(fā)展，以典型的力、熱試驗(yàn)為研究對(duì)象，整理不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不同對(duì)象的試驗(yàn)量級(jí)、時(shí)間上的修訂，并分析其修訂的具體原因，為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指定和修訂提供參考。

1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

1.1 SMC中心標(biāo)準(zhǔn)

早期美國(guó)航天器的軍用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)國(guó)防部（DoD）負(fù)責(zé)修訂，在1974年，DoD編制并公開(kāi)發(fā)布了首個(gè)航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-1540A《Test Requirements for Space Vehicle》，并于1984年發(fā)布了其配套手冊(cè)MIL-HDBK-340《Application Guidelines for 1540B》。在隨后的30年間，該標(biāo)準(zhǔn)共經(jīng)歷了A、B、C、D、E（草案）五個(gè)大版本，期間受國(guó)防部工作思路的變更，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)的范疇、內(nèi)容進(jìn)行了多次調(diào)整。2008年，美國(guó)SMC將航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)納入SMC標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)布了SMC-S-016《Test Requirements for Launch，Upper Stage，and Space Vehicle》，隨后NASA在對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估后認(rèn)為其可以替代MIL-STD-1540E標(biāo)準(zhǔn)作為航天任務(wù)中的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。2014年，SMC對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了少量修改，發(fā)布了SMCS-016（2014）。我國(guó)航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的編制也參考了多個(gè)版本的美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)[14]。圖1為美國(guó)航天器試驗(yàn)軍用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況[15]。

圖1 美國(guó)航天器試驗(yàn)軍用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況Fig.1 Development of U.S military standards for spacecraft test

相對(duì)于2008年發(fā)布的SMC-S-016標(biāo)準(zhǔn)，SMCS-016（2014）并無(wú)試驗(yàn)項(xiàng)目的增刪。組件級(jí)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比如圖2、圖3所示。其中R為必須進(jìn)行的試驗(yàn)，ER為經(jīng)評(píng)估后需進(jìn)行的試驗(yàn)，-為無(wú)需進(jìn)行的試驗(yàn)，↓為降低試驗(yàn)要求（如R調(diào)整為ER，ER調(diào)整為-），↑為提高試驗(yàn)要求（如ER調(diào)整R，-調(diào)整為ER）。

圖2 組件鑒定試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.2 Baseline comparison of unit qualification test

圖3 組件驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.3 Baseline comparison of unit acceptance test

如圖2、圖3所示，SMC-S-016（2014）對(duì)于組件級(jí)試驗(yàn)矩陣的調(diào)整非常小。在鑒定級(jí)試驗(yàn)中，試驗(yàn)矩陣調(diào)整均為R調(diào)整至ER。在驗(yàn)收級(jí)試驗(yàn)中，R調(diào)整為ER的項(xiàng)目為6項(xiàng)，其余5項(xiàng)是ER調(diào)整為-。對(duì)于系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣，僅有驗(yàn)收級(jí)試驗(yàn)項(xiàng)目存在調(diào)整，如圖4所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)收試驗(yàn)的兩項(xiàng)調(diào)整均為R調(diào)整到ER，表明SMC-S-016（2014）進(jìn)一步提高了試驗(yàn)項(xiàng)目的可選擇性。調(diào)整的原因主要是由于航天型號(hào)任務(wù)的復(fù)雜化，地面驗(yàn)證階段的需求逐漸多樣化，標(biāo)準(zhǔn)傾向于在驗(yàn)收階段提供更大的靈活性。

圖4 系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.4 Baseline comparison of system acceptance test

1.2 日本JAXA標(biāo)準(zhǔn)

1979年，日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)集團(tuán)（National Space Development Agency of Japan，NASDA）參考了Goddard中心標(biāo)準(zhǔn)制定了日本航天器試驗(yàn)規(guī)范NASDA-ESPC-7《試験共通仕様書（人工衛(wèi)星編）》，后續(xù)經(jīng)過(guò)多個(gè)版本迭代形成了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)NASDA-STD-15A《衛(wèi)星一般試験標(biāo)準(zhǔn)》[16]。2003年，NASDA并入JAXA后，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)合并入JAXA的JERG標(biāo)準(zhǔn)體系中。JAXA于2012年發(fā)布了JERG-2-130《宇宙機(jī)一般試験標(biāo)準(zhǔn)》，并分別于2017年、2019年修訂了A、B版本。該標(biāo)準(zhǔn)的修訂參考了SMC-S-016和ECSSE-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了對(duì)具體試驗(yàn)方法進(jìn)行補(bǔ)充，JERG-2-130B標(biāo)準(zhǔn)目前共配有JERG-2-130-HB（01～07）共計(jì)7份手冊(cè)，覆蓋具體試驗(yàn)方法、試驗(yàn)剪裁和詳細(xì)說(shuō)明等多種類別，圖5為日本航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況[17]。

圖5 日本航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況Fig.5 Development of Japanese spacecraft test standards

其中，JERG-2-130A對(duì)試驗(yàn)矩陣的劃分進(jìn)行了大量調(diào)整，包括：（1）增加了結(jié)構(gòu)件試驗(yàn)要求；（2）調(diào)整了試驗(yàn)的可替代性，如聲試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)可根據(jù)評(píng)估選取其中一項(xiàng)，靜載荷、正弦脈沖和加速度試驗(yàn)可根據(jù)需要選取等。此外，對(duì)于試驗(yàn)矩陣也存在少量的修訂，如圖6、圖7所示

圖6 組件鑒定試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.6 Baseline comparison of unit qualification test

圖7 組件驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.7 Baseline comparison of unit acceptance test

對(duì)于系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)，JERG-2-130A標(biāo)準(zhǔn)與JERG-2-130完全相同。JERG-2-130B僅對(duì)部分細(xì)節(jié)進(jìn)行微調(diào)，組件、系統(tǒng)試驗(yàn)矩陣與JERG-2-130A標(biāo)準(zhǔn)完全相同，未進(jìn)行調(diào)整。

1.3 歐洲ECSS標(biāo)準(zhǔn)

歐洲ECSS標(biāo)準(zhǔn)體系由歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化組織進(jìn)行修訂和維護(hù)，其中航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為制定于2002年的 ECSS-E-10-03A《Space Engineering-Testing》，其B版本未公開(kāi)發(fā)布，現(xiàn)行版本為2012年發(fā)布的ECSS-E-ST-10-03C。2020年10月，ECSS公開(kāi)了其最新版草案ECSS-E-ST-10-03C Rev.1 DIR1，并發(fā)布了其配套手冊(cè)草案ECSS-E-HB-10-03A DIR1《Space Engineering-Testing Guidelines》，圖 8為歐洲航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況。

圖8 歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展Fig.8 Development of ECSS standards for spacecraft test

由于ECSS-E-10-03A至ECSS-E-ST-10-03C的試驗(yàn)矩陣調(diào)整較大，試驗(yàn)項(xiàng)目存在多項(xiàng)分拆、合并和增加等調(diào)整，因此僅統(tǒng)計(jì)其中主要試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)矩陣調(diào)整。表1、表2分別為ECSS-E-ST-10-03C鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣調(diào)整表格，其中試驗(yàn)項(xiàng)目1～12分別為電工電子組件、天線、蓄電池、閥門、流體或推進(jìn)組件、壓力容器、推力器、熱學(xué)組件、光學(xué)組件、結(jié)構(gòu)件、太陽(yáng)電池陣和太陽(yáng)電池板?！?↓↓”表示由R調(diào)整為-，“R↑↑”表示由-調(diào)整為R，其中灰色項(xiàng)為量級(jí)存在修訂的試驗(yàn)項(xiàng)目。

表1 組件鑒定試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.1 Baseline comparison of unit qualification test

表2 組件驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.2 Baseline comparison of unit acceptance test

其中調(diào)整項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)如圖9、圖10所示。如圖可見(jiàn)，ECSS-E-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)矩陣上存在大量調(diào)整，其中鑒定級(jí)試驗(yàn)提高和降低試驗(yàn)要求各占總調(diào)整的50%左右。驗(yàn)收級(jí)試驗(yàn)的調(diào)整主要為降低試驗(yàn)要求，增加了標(biāo)準(zhǔn)的可選擇性，與SMC-S-016標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整趨勢(shì)相同。此外，標(biāo)準(zhǔn)中還增加了靜載荷、微振動(dòng)、PIM和二次電子效應(yīng)（微放電）等試驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，ECSS標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣也進(jìn)行了大量調(diào)整，主要試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)比如表3所列，其中QT、PFT、AT分別為鑒定試驗(yàn)、準(zhǔn)鑒定試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)。

圖9 組件鑒定試驗(yàn)矩陣調(diào)整統(tǒng)計(jì)Fig.9 Baseline adjustment statistics of unit qualification test

圖10 組件驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣調(diào)整統(tǒng)計(jì)Fig.10 Baseline adjustment statistics of unit acceptance test

表3 系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.3 Baseline comparison of system test

如圖中所見(jiàn)，ECSS標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)中存在大量調(diào)整，其中80%以上的調(diào)整項(xiàng)目為R調(diào)整至ER，增加了標(biāo)準(zhǔn)的可選擇性。在此基礎(chǔ)上，2020年更新的ECSS-E-ST-10-03C Rev.1 DIR1標(biāo)準(zhǔn)草案對(duì)部分試驗(yàn)的名稱和范疇進(jìn)行了修改，如將Thermal ambient（熱循環(huán)試驗(yàn)）修訂為Thermal ambient at mission pressure（任務(wù)壓力下的熱循環(huán)試驗(yàn)），并指出，對(duì)于金星、火星等大氣層內(nèi)的著陸任務(wù)，除熱真空試驗(yàn)外，也應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)氣壓下進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于試驗(yàn)矩陣的調(diào)整，主要集中于新環(huán)境、新試驗(yàn)方法上，如微振動(dòng)環(huán)境（Micro-vibration generated environment）、微振動(dòng)產(chǎn)生（Micro-vibration emission）、微振動(dòng)敏感性（Micro-vibration susceptibility）和正弦沖擊（Sine Burst）試驗(yàn)上。表4為組件驗(yàn)收級(jí)試驗(yàn)矩陣對(duì)比（鑒定級(jí)試驗(yàn)矩陣無(wú)調(diào)整），其中，試驗(yàn)項(xiàng)目1～12分別為電工電子組件、天線、蓄電池、閥門、流體或推進(jìn)設(shè)備、壓力容器、推力器、熱學(xué)組件、光學(xué)組件、機(jī)械活動(dòng)組件、太陽(yáng)電池陣和太陽(yáng)電池板。

表4 組件級(jí)驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.4 Baseline comparison of unit acceptance test

表5為系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)對(duì)比。如表中所見(jiàn)，該標(biāo)準(zhǔn)草案主要修訂均為調(diào)整至ER，針對(duì)新的環(huán)境（微振動(dòng)）提出了更多的可選擇項(xiàng)。

表5 系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.5 Baseline comparison of system test

2 對(duì)標(biāo)研究

2.1 試驗(yàn)矩陣

試驗(yàn)要求類標(biāo)準(zhǔn)往往形成一套通用的試驗(yàn)矩陣。試驗(yàn)矩陣包含了組件、分系統(tǒng)和系統(tǒng)在鑒定、驗(yàn)收階段的試驗(yàn)項(xiàng)目[18]。由于各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于部分試驗(yàn)、組件的劃分存在差異，且還存在一些特殊試驗(yàn)相關(guān)規(guī)定，因此試驗(yàn)矩陣的對(duì)標(biāo)主要針對(duì)以振動(dòng)、熱真空為代表的主要試驗(yàn)類型，以及系統(tǒng)級(jí)大型試驗(yàn)，表 6、表 7為 SMC-S-016（2014）、ECSS-E-ST-10-03C、JERG-2-130B標(biāo)準(zhǔn)的組件級(jí)試驗(yàn)矩陣對(duì)比，其中灰色項(xiàng)目為各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間存在差異的項(xiàng)目。

表6 組件級(jí)鑒定試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.6 Baseline comparison of unit qualification test

表7 組件級(jí)驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.7 Baseline comparison of unit qualification test

如表中所見(jiàn)，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組件級(jí)試驗(yàn)的要求存在較大的差異，其中原因包括：（1）各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，替代試驗(yàn)的表示方式不同（如SMC-S-016標(biāo)準(zhǔn)中，可根據(jù)產(chǎn)品特性選擇聲或振動(dòng)試驗(yàn)）；（2）各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定的理念存在一定差異，有的更傾向于給出必要的試驗(yàn)作為不同組織間合作的基礎(chǔ)，有的傾向于給出多種試驗(yàn)可選項(xiàng)作為單一組織內(nèi)的參考；（3）各個(gè)航天組織對(duì)于不同單機(jī)設(shè)備研制具有不同的特點(diǎn)，在試驗(yàn)中需要考慮不同的試驗(yàn)以充分暴露產(chǎn)品缺陷。

同時(shí)，試驗(yàn)有效性研究在支持標(biāo)準(zhǔn)修訂方面也起著直接作用。各個(gè)航天組織均基于現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以統(tǒng)計(jì)學(xué)方法評(píng)估了不同試驗(yàn)對(duì)于不同對(duì)象的有效性，以此為基礎(chǔ)對(duì)試驗(yàn)矩陣進(jìn)行了調(diào)整[19]。具體包括：SMC-S-016/MIL-STD-1540標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)矩陣、量級(jí)和時(shí)間的修訂往往依據(jù)Aerospace公司對(duì)大量型號(hào)試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[20-22]；ECSS基于自有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)MATED對(duì)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用于更新和維護(hù)ECSS試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[23]；JAXA在美國(guó)、歐洲試驗(yàn)有效性研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了試驗(yàn)有效性分析方法[24]，基于現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)試驗(yàn)量級(jí)、時(shí)間和試驗(yàn)順序等參數(shù)進(jìn)行了分析[25]；日本九州大學(xué)等機(jī)構(gòu)還基于蒙特卡洛仿真方法建立了微納衛(wèi)星可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用于?duì)微納衛(wèi)星的鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)量級(jí)進(jìn)行剪裁[26-27]。

圖11、圖12為組件級(jí)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)的試驗(yàn)矩陣統(tǒng)計(jì)。

圖11 組件鑒定試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.11 Baseline comparison of unit qualification test

圖12 組件驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣對(duì)比Fig.12 Baseline comparison of unit qualification test

如圖11～12所見(jiàn)，SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)在組件鑒定、驗(yàn)收階段的R項(xiàng)比例均高于JERG-2-130B和ECSS-E-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)，而-項(xiàng)目則明顯少于二者，這可能與該標(biāo)準(zhǔn)作為軍用標(biāo)準(zhǔn)的定位有關(guān)，主要給出了一般軍用航天器在研制階段的試驗(yàn)項(xiàng)目要求，不需要考慮其他航天器的試驗(yàn)需求，所以在標(biāo)準(zhǔn)中很少提及實(shí)施較少的試驗(yàn)項(xiàng)目，而JERG-2-130B、ECSS-E-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)涉及的試驗(yàn)項(xiàng)目則較為繁多，因此存在較多的-項(xiàng)。此外ECSS-E-ST-10-03C在鑒定、驗(yàn)收階段的ER、-項(xiàng)比例存在一定差異，主要原因是該標(biāo)準(zhǔn)傾向于在鑒定試驗(yàn)階段提供更多的可選項(xiàng)目，而在驗(yàn)收階段簡(jiǎn)化了相應(yīng)試驗(yàn)項(xiàng)目。

表8為系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣的對(duì)比。對(duì)于系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)而言，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的差異相對(duì)較小，其中SMC-S-016（2014）有更嚴(yán)格的要求，ECSS標(biāo)準(zhǔn)提供了更多的選擇，其中灰色項(xiàng)為不同標(biāo)準(zhǔn)間的差異項(xiàng)。

表8 系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣對(duì)比Tab.8 Baseline comparison of system test

2.2 試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間

試驗(yàn)量級(jí)即標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)環(huán)境條件[28]。表9為SMC-S-016（2014）、JERG-2-130B、ECSSE-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的組件級(jí)鑒定、準(zhǔn)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)的量級(jí)與時(shí)間[29]。其中MPE為最高預(yù)示環(huán)境（Maximum Predicted Environment），一般以統(tǒng)計(jì)預(yù)示譜值為依據(jù)，選擇P95/50值作為最高預(yù)示環(huán)境（即每20次飛行中出現(xiàn)超過(guò)該環(huán)境值一次的概率是50%）。MPT為最高和最低預(yù)示溫度，即產(chǎn)品在工作壽命期內(nèi)所有在軌工作模式下可能經(jīng)受的最高、最低溫度，分別為最高（最低）模型預(yù)示溫度加（減）熱不確定余量，灰色項(xiàng)為不同標(biāo)準(zhǔn)間的差異項(xiàng)。

表9 組件及系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間對(duì)比Tab.9 Level and duration comparison of unit and system test

由表9所見(jiàn)，在組件級(jí)試驗(yàn)上，歐洲ECSS-EST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)與日本JERG-2-130B具有接近的試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間要求，美國(guó)SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間則明顯高于二者。為了對(duì)試驗(yàn)的量級(jí)進(jìn)行直觀的比較，以熱試驗(yàn)為典型對(duì)象，采取低周疲勞等效方式對(duì)試件的總環(huán)境應(yīng)力篩選作用進(jìn)行等效。目前在標(biāo)準(zhǔn)中，往往采用式（1）進(jìn)行等效，或?qū)υ囼?yàn)條件進(jìn)行裁剪[30]：

式中：ΔT為溫度范圍，K，參照SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)將最高、最低預(yù)示溫度（即MPT）范圍選擇為358 K；N為循環(huán)數(shù)（次）。繪制三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的鑒定、準(zhǔn)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)NΔT1.4值如圖13所示，繪制不同標(biāo)準(zhǔn)的NΔT1.4值對(duì)比如圖14所示。

如圖 13所示，SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)在鑒定、準(zhǔn)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)上的NΔT1.4值均明顯高于ECSSE-ST-10-03C與JERG-2-130B標(biāo)準(zhǔn)，即組件在試驗(yàn)中經(jīng)歷了更高等級(jí)的環(huán)境應(yīng)力篩選。其主要原因在于SMC-S-016（2014）作為美國(guó)空軍軍用標(biāo)準(zhǔn)，傾向于對(duì)高價(jià)值軍用衛(wèi)星進(jìn)行充分的驗(yàn)證，而ECSSE-ST-10-03C和JERG-2-130B標(biāo)準(zhǔn)作為ESA和JAXA的通用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，兼顧了一般航天器的驗(yàn)證需求。對(duì)于NASA的一般公開(kāi)航天器而言，在試驗(yàn)中選擇具體參數(shù)仍有一定的靈活性，如文獻(xiàn)[31-32]中給出了星座計(jì)劃中組件熱真空試驗(yàn)要求，鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)循環(huán)數(shù)分別為8次、4次；文獻(xiàn)[33-34]給出了國(guó)際空間站項(xiàng)目中的組件熱真空試驗(yàn)要求，鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)最低循環(huán)數(shù)分別為24次、3次；文獻(xiàn)[35]指出GSFC-STD-7000標(biāo)準(zhǔn)已成為NASA內(nèi)部重要的參考系統(tǒng)級(jí)航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之一，要求組件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的最低循環(huán)數(shù)分別為8次、3次；文獻(xiàn)[36]作為NASA內(nèi)部的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，僅規(guī)定循環(huán)數(shù)由各個(gè)載荷研制組織按照驗(yàn)證策略確定，未給出數(shù)值參考。這說(shuō)明NASA在非軍用航天器的試驗(yàn)中，試驗(yàn)的循環(huán)數(shù)選取具有一定的靈活性，總體來(lái)看與ESA/JAXA標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。此外，ECSS-E-ST-10-03C在鑒定級(jí)試驗(yàn)上與JERG-2-130B相當(dāng)，但準(zhǔn)鑒定、驗(yàn)收級(jí)試驗(yàn)的要求相對(duì)較低。

圖13 組件試驗(yàn)NΔT1.4值對(duì)比Fig.13 Comparison of unit testNΔT1.4Value

圖14進(jìn)一步驗(yàn)證了美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)中環(huán)境應(yīng)力篩選量級(jí)較高的結(jié)論。在鑒定、準(zhǔn)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)中，以MIL-STD-1540和SMC-S-016為代表的軍用標(biāo)準(zhǔn)的NΔT1.4值均顯著高于ECSS-E-ST-10-03C與JERG-2-130B標(biāo)準(zhǔn)，其中MIL-STD-1540C標(biāo)準(zhǔn)的鑒定級(jí)試驗(yàn)要求為ΔT=398 K，N=78.5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，如表9所示，SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)級(jí)鑒定試驗(yàn)上具有高于ESA/JAXA標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間要求，在準(zhǔn)鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)上具有較為接近的試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間要求。

圖14 不同標(biāo)準(zhǔn)中組件試驗(yàn)NΔT1.4值Fig.14NΔT1.4value of unit test in different standards

綜上所述，由于試驗(yàn)對(duì)象的特性不同，國(guó)外軍用航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)傾向于以更高要求的試驗(yàn)量級(jí)與時(shí)間，篩除高價(jià)值主要軍用航天器的早期缺陷，而通用航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)則需要兼顧時(shí)間、經(jīng)費(fèi)等問(wèn)題，在可靠性和成本之間進(jìn)行取舍。因此NASA在型號(hào)開(kāi)展過(guò)程中，除參考軍用航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)外[37]，也編制了多項(xiàng)組織標(biāo)準(zhǔn)、型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，分別滿足不同航天器的驗(yàn)證需求。相應(yīng)的發(fā)展策略為我國(guó)航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展提供了參考。

3 總結(jié)

隨著基礎(chǔ)工業(yè)水平的提高和航天型號(hào)的牽引，在2010-2020年間，各大航天組織均對(duì)編制的航天器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂。本文以美國(guó)SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)、歐洲ECSS-E-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)和日本JERG-2-130B標(biāo)準(zhǔn)為研究對(duì)象，研究了標(biāo)準(zhǔn)在近些年的修訂情況，梳理了標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)矩陣上的調(diào)整情況，對(duì)比分析各標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)量級(jí)上的異同，得到了如下結(jié)論：

（1）在試驗(yàn)矩陣的修訂方面，SMC-S-016、JERG-2-130B和ECSS-E-ST-10-03C均進(jìn)行了一定的調(diào)整。SMC-S-016（2014）標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)矩陣進(jìn)行了少量調(diào)整，絕大部分調(diào)整項(xiàng)為更改至ER，提高了標(biāo)準(zhǔn)的可選擇性；JERG-2-130標(biāo)準(zhǔn)A版本對(duì)組件級(jí)試驗(yàn)矩陣進(jìn)行了微量調(diào)整，并參照SMC-S-016標(biāo)準(zhǔn)增加了多項(xiàng)試驗(yàn)的可替代性選項(xiàng)，B版本未進(jìn)行試驗(yàn)矩陣調(diào)整；ECSS-E-ST-10-03C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)矩陣進(jìn)行了大量調(diào)整，增加了多種新型試驗(yàn)項(xiàng)目，提高了驗(yàn)收試驗(yàn)的可選擇性，ECSSE-ST-10-03C Rev.1 DIR1草案主要調(diào)整新型試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)矩陣，不涉及傳統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目。

（2）在試驗(yàn)矩陣方面，SMC-S-016（2014）、JERG-2-130B和ECSS-E-ST-10-03C在系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)矩陣上差異很小，在組件級(jí)試驗(yàn)矩陣上差異較大。在試驗(yàn)量級(jí)和時(shí)間方面，JERG-2-130B、ECSSE-ST-10-03C基本相同，SMC-S-016（2014）顯著高于二者?？傮w而言，與提供更多選擇項(xiàng)的通用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不同，定位為軍用標(biāo)準(zhǔn)的SMC-S-016（2014）對(duì)試驗(yàn)矩陣、試驗(yàn)量級(jí)、時(shí)間上有更嚴(yán)格的要求。

（3）隨著航天任務(wù)的多樣化，單個(gè)試驗(yàn)要求類標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)難以兼顧不同類型航天器的驗(yàn)證需求。對(duì)于未來(lái)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)量級(jí)、時(shí)間的修訂，應(yīng)考慮具體對(duì)象的需求。軍用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮以較高量級(jí)的環(huán)境應(yīng)力篩選作用來(lái)盡可能篩除高價(jià)值軍用航天器的早期缺陷，而通用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為不同種類的航天器驗(yàn)證提供最低限度要求及多種可選擇項(xiàng)。

（4）隨著航天器發(fā)射數(shù)量的增加，各個(gè)航天組織均有一定量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，在現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)、蒙特卡洛仿真等手段進(jìn)行試驗(yàn)有效性分析，可為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂提供直觀的數(shù)據(jù)支撐。