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详解卫星环境试验,确保“万无一失”的基石

卫星出厂后,要经历运输、发射、入轨及轨道运行等多个环节,每个环节都要经受各种各样环境的影响和作用。而且,卫星一旦发射上天,以后出了问题极难补救,这就要求卫星要有充分承受各种预期的发射环境和空间轨道环境的能力,并通过在发射前采取各种措施,尽量在地面把卫星存在的潜在缺陷减至最少。而要实现这一目标,除了精心设计和制造,在研制过程中进行大量的环境试验,也是非常重要的手段。因此,环境试验要贯穿卫星的整个研制过程,从材料、元器件、零部件、组件、分系统到整星逐级进行,一环扣一环,只有通过了一项规定的试验,研制工作才能继续往下进行。

在实际开展环境试验时,首先要做的是搞清楚产品要经受的环境,因为如果环境试验条件制定得太严,就会造成过试验,如果制定的太宽,就会造成欠试验,这对产品都是不利的。过试验会导致产品在试验中受到不应有的损坏,后果是增加了研制费用、时间,延误了进度。而欠试验会使产品得不到应有的考核和验证,增加卫星上天后的风险。因此,为保证环境试验的有效性,在卫星研制的开始阶段,就要制定一项全面、充分考虑型号特点的环境试验计划。在制定计划时,一是要尽量把问题暴露和排除在研制阶段的早期,只有当一个阶段的试验目的达到以后才能转入下一阶段的研制工作。二是要把问题暴露和排除在尽可能低的装配级,电子元器件和材料开始,逐级检验,不把低装配级的问题遗留到高装配级。三是要在进行充分的环境预示工作的基础上,确定环境试验条件,包括试验量级、持续时间、循环次数、试验余量等,使之尽量合理。四是进行环境试验的顺序一般要遵循卫星在飞行时所经受的环境载荷的顺序,如声、振动等动力学试验应该放在热试验之前。五是环境试验前应该对被试产品进行全面的功能试验和检测,提前发现和排除产品存在的缺陷,确认产品是合格的,同时提供基线数据用于试验过程和试验后的性能比较。

按照卫星研制的特点,卫星环境试验主要分为三个阶段。阶段一是初样阶段的研制试验,主要目的是验证产品的设计、制造工艺方案的正确性,在转入正样产品设计和制造前将可能存在的问题和产品缺陷暴露出来,并采取改正措施,尽量不把隐患留到正样阶段。初样阶段的做法没有固定的方式,要做的项目和具体要求主要取决于卫星所采用的分系统及组件的成熟程度和继承性。二是正样阶段的鉴定试验,主要目的是验证产品设计符合要求并有足够的余量,产品通过鉴定试验后,可以认为它的设计已经得到充分考核,能够经受预计的最恶劣环境而正常工作。三是验收试验,主要目的是要暴露产品制造中的潜在缺陷(包括工艺、装配、所用元器件及材料的缺陷),尽量排除早期失效。验收试验的条件既要足够严格以暴露这些缺陷,又不至于削弱被试产品的有效寿命。

在开展具体的环境试验项目时,一般是按照卫星在其寿命期各阶段所经受的环境来考虑开展哪些试验项目。在地面贮存和运输阶段,主要需要考虑的试验项目包括温度试验、湿度试验、运输试验、振动试验等;在发射入轨阶段,主要需要考虑的试验项目包括加速度试验、振动试验、噪声试验、冲击试验、真空放电(电晕、电弧放电、微放电)、压力剖面试验等;在轨运行阶段,主要需要考虑的试验项目包括热平衡试验、热真空试验、热循环试验、原子氧试验、充放电试验、磁试验、失重模拟试验等。

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