CN108008211A - 微小卫星单机可靠性试验方法 - Google Patents

微小卫星单机可靠性试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微小卫星单机可靠性试验方法，包括如下步骤：步骤一：明确微小卫星单机可靠性试验的原则要求，包括：优化元器件级试验、强化单板级试验、简化单机级试验；步骤二，确定微小卫星单机可靠性试验的项目和顺序；步骤三，明确微小卫星单机可靠性试验的具体要求。本发明明确了微小卫星单机可靠性试验的原则问题，以及微小卫星单机可靠性试验的试验项目、试验顺序和试验要求的问题。

Description

微小卫星单机可靠性试验方法
技术领域
本发明涉及航天器技术领域，具体地，涉及一种微小卫星单机可靠性试验方法。
背景技术
试验是产品研制和生产过程中完善产品设计、评价和考核产品的各项质量特性的必要手段。而可靠性试验通过将产品暴露在一定的试验条件下，激发产品的薄弱环节，发现产品设计、材料和工艺方面的缺陷，是实现产品可靠性增长、验证产品可靠性水平的重要手段。
我国从二十世纪八十年代开始，在航天领域推广可靠性试验，积累了大量的试验信息，凝结形成了一套较为完整和规范的可靠性试验方法，并提炼成为GJB 450 《装备研制与生产的可靠性通用大纲》、QJ 1408A《航天产品可靠性保证要求》等标准规范，规定航天产品可靠性试验项目与要求。
以上的成熟经验和做法保证了卫星等航天器的地面研制和在轨可靠运行，但由于试验项目多、试验周期长，不能完全适用于的微小卫星研制需求。相比于传统卫星型号，微小卫星具有以下特点：
(1)研制周期短：一般地面研制周期为1～2年，部分快速响应卫星研制周期甚至低于1年；
(2)研制成本少：强调商业化和项目效益，卫星研制经费较传统卫星约低一个数量级；
(3)设计寿命不长：一般设计寿命为1～3年，部分微小卫星甚至为3～6个月，远低于长寿命卫星要求的8年以上设计寿命，但微小卫星对寿命期的可靠性仍有很高的要求，寿命末期可靠度一般不低于0.6。
微小卫星因其特点，具有巨大的市场价值和广阔的发展空间，国内的科研院所和高校纷纷介入，初创公司也层出不穷。但总体上对于卫星的设计方案及其技术实现的研究较多，而对于卫星产品可靠性试验技术的探索仍较少，且尚未有公开报告的适用微小卫星的可靠性试验技术。
没有发现同本方法类似的说明或报告，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微小卫星单机可靠性试验方法，其适应微小卫星低成本、短周期特点。
根据本发明的一个方面，提供一种微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：明确微小卫星单机可靠性试验的原则要求，包括：优化元器件级试验、强化单板级试验、简化单机级试验；
步骤二，确定微小卫星单机可靠性试验的项目和顺序；
步骤三，明确微小卫星单机可靠性试验的具体要求。
优选地所述步骤二包括如下步骤：
步骤二十一：单机可靠性试验包括筛选试验和环境试验两类，其中筛选试验包括元器件筛选、单板筛选和整机筛选，环境试验包括单机的正弦振动试验、随机振动试验、冲击试验和热真空试验；
步骤二十二：单机可靠性试验的顺序为先依次进行元器件筛选、单板筛选和整机筛选试验，再按顺序进行正弦振动、随机振动、冲击和热真空试验。
优选地，所述器件筛选包括外部目检和超声扫描，单板筛选为单板温度循环，整机筛选包括整机温度循环、整机随机振动和整机高温老炼。
优选地，所述超声扫描对于塑封元器件为必做项，其它元器件选做；环境试验应结合单机的投产配套来确定，对于具有初样和正样两个研制阶段的微小卫星，初样阶段单机完成鉴定级环境试验，正样阶段单机不单独做环境试验，直接随整星参加试验，对于直接进入正样阶段的微小卫星，一般应投产两套产品，一套完成准鉴定级环境试验并作为飞行备份，另一套完成验收级环境试验后装星随整星参加整星试验。
优选地，所述单板温度循环中单板应通电，或装入整机开盖通电进行；含工业级元器件的单板温度循环应进行加严考核，较一般单板需多完成十次单板温度循环试验；单板温度循环应尽可能保证105℃的温差范围，含大功耗元器件的单板可适当降低高温范围，但不能低于55℃，且温差范围不能少于85℃；降低温度范围，应增加循环次数，以保证筛选效率，一般单板的循环次数为NA＝10×(125/ΔTA)1.4-2，含低等级元器件单板的循环次数为NA＝10×(125/ΔTA)1.4+8，其中ΔTA为温差范围。
优选地，所述整机随机振动采用支架或外减震器的单机应去除支架和外减震器。
优选地，所述整机温度循环应尽可能保证85℃的温差范围，含大功耗元器件的单板可适当降低高温范围，但不能低于45℃，且温差范围不能少于65℃；降低温度范围，应增加循环次数，以保证筛选效率，循环次数NA＝10×(105/ΔTA)1.4-3，其中ΔTA为温差范围。
优选地，所述环境试验的正弦振动和随机振动试验中，带支架或外减震器的单机应带支架或外减震器一起试验，并在振动试验中进行通电监测主要性能参数。
优选地，所述步骤三包括以下步骤：
步骤三十一：明确微小卫星单机筛选试验的具体要求；
步骤三十二：明确微小卫星单机环境试验的具体要求。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明明确了微小卫星单机可靠性试验的原则要求问题；本发明解决了微小卫星单机可靠性试验的试验项目与试验顺序问题，并明确了各项试验的具体要求，为微小卫星单机可靠性试验提供参考。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中可靠性试验项目组成示意图；
图2为本发明中筛选试验顺序示意图；
图3为本发明中环境试验顺序示意图；
图4为本发明中热真空试验剖面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明微小卫星单机可靠性试验方法包括如下步骤：
步骤一：明确微小卫星单机可靠性试验的原则要求，包括：优化元器件级试验、强化单板级试验、简化单机级试验。
(1)优化元器件级试验
低等级元器件不由专业元器件质保机构进行完整的升级筛选试验，由承制单位开展必要的检查筛选，仅针对塑封等个别类型低等级元器件的失效特点，进行专项筛选试验，将其余的筛选项目合并到单板级进行强化筛选。
(2)强化单板级产品筛选试验
综合考虑效益和可操作性，在单板级以及整机级早期(封盖前)进行强化筛选试验，尤其对于低等级元器件，在试验温度范围、试验次数和加电状态上进行明确，有利于尽早发现并剔除产品的薄弱环节，提高筛选效率。
(3)简化单机级试验
在传统单机环境试验的基础上，裁剪筛选度低、发现问题少的试验项目，如加速度试验；合并部分单机试验与整星试验，如部分单机级冲击试验与整星冲击试验合并进行，验收产品的单机级正弦振动和热真空试验合并到整星振动试验和整星热真空试验完成等，以提高试验效率、缩短试验时间。
步骤二：确定微小卫星单机可靠性试验的项目和顺序。
具体为：步骤二十一：微小卫星单机可靠性试验包括筛选试验和环境试验两类，其中筛选试验包括元器件筛选、单板筛选和整机筛选，环境试验包括单机的正弦振动、随机振动、冲击和热真空。具体如图1所示。
步骤二十二：元器件筛选包括外部目检和超声扫描，单板筛选为单板温度循环，整机筛选包括整机温度循环、整机随机振动和整机高温老炼。筛选试验的顺序建议如图2 所示。
超声扫描为塑封元器件的必做试验，其它元器件选做。
步骤二十三：单机环境试验应结合投产配套来确定，对于具有初样和正样两个研制阶段的微小卫星，初样阶段单机完成鉴定级环境试验，正样阶段单机不单独做环境试验，直接随整星参加试验；对于直接进入正样阶段的微小卫星，一般应投产两套产品，一套完成准鉴定级环境试验并作为飞行备份，另一套完成验收级环境试验后装星随整星参加整星试验。环境试验的顺序建议如图3所示。
步骤三：明确微小卫星单机可靠性试验的具体要求。
具体为：步骤三十一：明确微小卫星单机筛选试验的具体要求。
(1)外部目检
采用十倍放大镜或显微镜检查已封装器件的工艺质量是否符合要求。如果呈现下面的任何一种情况，器件应视为失效。
元器件的外引线有机械损伤、断裂、锈蚀等现象；
元器件的主体有变形、颈缩、严重掉漆、开裂等现象；
元器件型号、极性等标志不清楚、不正确。
(2)超声扫描
采用超声扫描显微镜，利用超声波在行经介质时，遇到不同密度或弹性系数物质时产生的发射回波会有差异的特性，检出材料内部的缺陷并成像。检查出的不合格元器件直接剔除。
(3)单板温度循环
单板温度循环的试验要求如下：
产品状态：单板通电，或装入整机开盖通电。
温度范围：-35～70℃(优选)或-44～61℃，含微波铁氧体单板的温度范围为-25～45℃。无特殊限制的组件，在不损伤产品情况下，应尽可能保证105℃的温差范围；大功耗单板可适当降低高温范围，但不能低于55℃，且温差范围不能少于85℃。
循环次数：10.5次，含低等级元器件单板为20.5次。降低温度范围，应增加循环次数，以保证筛选效率，公式参考如下：
一般单板：NA＝10×(125/ΔTA)1.4-2
含低等级元器件单板：NA＝10×(125/ΔTA)1.4+8
式中：NA为循环次数，ΔTA为温差范围。
温变速率：≥7℃/min。
(4)整机随机振动
整机随机振动的试验量级为总均方根加速度6.06gr.m.s，试验时间为每个方向4min，有支架或外减震器的单机应去除支架和外减震器。振动过程中应通电并进行性能监测。具体条件如表1所示。
表1整机随机振动试验条件
(5)整机温度循环
整机温度循环的试验要求如下：
产品状态：通电。
温度范围：-25～60℃，含微波铁氧体单板的温度范围为-25～45℃。无特殊限制的组件，在不损伤产品情况下，应尽可能保证85℃的温差范围；大功耗单板可适当降低高温范围，但不能低于45℃，且温差范围不能少于65℃。
循环次数：10.5次。降低温度范围，应增加循环次数，以保证筛选效率，公式如下：
NA＝10×(105/ΔTA)1.4-3
式中：NA为循环次数，ΔTA为温差范围。
温变速率：≥7℃/min。
(6)整机高温老炼
整机高温老炼的试验温度为45℃；连续通电时间为144小时，含冷备份的单机，主、备份各连续通电72小时。含有继电器、开关等动作部件的单机应至少模拟工作状态通断或切换20次，火工品控制电路建议按限流电阻熔断电流的5％～10％通断20次。
步骤三十二：明确微小卫星单机环境试验的具体要求。
(1)正弦振动
单机的正弦振动试验条件根据运载的力学输入进行仿真分析，考虑卫星各处的响应放大情况，选取包络条件并考虑不确定性余量，确定单机的正弦振动试验条件。
带支架或外减震器的单机应带支架或外减震器一起试验；在试验中应予以通电并对其主要性能参数进行监测；对于含有冷备份的单机，在试验中主份通电监测。
(2)随机振动
随机振动条件一般直接选用运载给出的星箭分离面的随机振动环境。
带支架或外减震器的单机应带支架或外减震器一起试验；在试验中应予以通电并对其主要性能参数进行监测；对于含有冷备份的单机，在试验中主份通电监测。
(3)冲击
单机冲击试验条件如表2所示。
有支架或外减震器的单机冲击试验控制点应选在支架或外减震器与试验夹具或冲击试验单机的对接面上，无支架或外减震器的单机冲击试验控制点应选在单机与试验夹具或冲击试验单机的对接面上；试验过程中不通电。
表2冲击试验条件
(4)热真空试验
单机鉴定级热真空试验的温度为工作温度外扩10℃，试验次数9.5次；单机准鉴定级热真空试验的温度为其工作温度外扩5℃，试验次数6.5次；单机验收级热真空试验的温度为其工作温度外扩5℃，试验次数3.5次。
一个完整的热真空循环工况见图4。极端高低温保持时间为：第一个和最后一个循环的高低温保持时间至少6h，中间循环的高低温保持时间至少2h，持续时间从温度达到试验温度允许偏差范围内并保持稳定算起(可参照表3)。
表3不同质量的产品温度稳定时间
试件质量(kg) 温度稳定时间(h)
≤2 0.5
2～8 1.0
8～15 1.5
>15 >1.5(具体按温度稳定判据确定)
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：明确微小卫星单机可靠性试验的原则要求，包括：优化元器件级试验、强化单板级试验、简化单机级试验；
步骤二，确定微小卫星单机可靠性试验的项目和顺序；
步骤三，明确微小卫星单机可靠性试验的具体要求。
2.根据权利要求1所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：
步骤二十一：单机可靠性试验包括筛选试验和环境试验两类，其中筛选试验包括元器件筛选、单板筛选和整机筛选，环境试验包括单机的正弦振动试验、随机振动试验、冲击试验和热真空试验；
步骤二十二：单机可靠性试验的顺序为先依次进行元器件筛选、单板筛选和整机筛选试验，再按顺序进行正弦振动、随机振动、冲击和热真空试验。
3.根据权利要求2所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述器件筛选包括外部目检和超声扫描，单板筛选为单板温度循环，整机筛选包括整机温度循环、整机随机振动和整机高温老炼。
4.根据权利要求3所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述超声扫描对于塑封元器件为必做项，其它元器件选做；环境试验应结合单机的投产配套来确定，对于具有初样和正样两个研制阶段的微小卫星，初样阶段单机完成鉴定级环境试验，正样阶段单机不单独做环境试验，直接随整星参加试验，对于直接进入正样阶段的微小卫星，一般应投产两套产品，一套完成准鉴定级环境试验并作为飞行备份，另一套完成验收级环境试验后装星随整星参加整星试验。
5.根据权利要求3所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述单板温度循环中单板应通电，或装入整机开盖通电进行；含工业级元器件的单板温度循环应进行加严考核，较一般单板需多完成十次单板温度循环试验；单板温度循环应尽可能保证105℃的温差范围，含大功耗元器件的单板可适当降低高温范围，但不能低于55℃，且温差范围不能少于85℃；降低温度范围，应增加循环次数，以保证筛选效率，一般单板的循环次数为NA＝10×(125/ΔTA)1.4-2，含低等级元器件单板的循环次数为NA＝10×(125/ΔTA)1.4+8，其中ΔTA为温差范围。
6.根据权利要求3所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述整机随机振动采用支架或外减震器的单机应去除支架和外减震器。
7.根据权利要求3所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述整机温度循环应尽可能保证85℃的温差范围，含大功耗元器件的单板可适当降低高温范围，但不能低于45℃，且温差范围不能少于65℃；降低温度范围，应增加循环次数，以保证筛选效率，循环次数NA＝10×(105/ΔTA)1.4-3，其中ΔTA为温差范围。
8.根据权利要求3所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述环境试验的正弦振动和随机振动试验中，带支架或外减震器的单机应带支架或外减震器一起试验，并在振动试验中进行通电监测主要性能参数。
9.根据权利要求1所述的微小卫星单机可靠性试验方法，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤：
步骤三十一：明确微小卫星单机筛选试验的具体要求；
步骤三十二：明确微小卫星单机环境试验的具体要求。
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