[科普中国]-航天器环境工程

发展回顾

在 20世纪 , 随着航天技术发展的需求 , 航天器环境工程得到了巨大的发展动力。这首先表现在包括中国在内的世界各发展航天技术的国家都建起了试验设备齐全、 规模巨大的环境试验中心和试验设施 , 足以满足各种型号航天器研制的需要; 同时 , 在航天器研制的长期过程中形成了一整套较完整的试验理论和做法 ,并总结在有关的航天器试验标准中。航天环境工程的发展还表现在以下几个方面:

1、明确和突出了航天器研制中环境验证工作的重要性

航天器多年研制工作经验证明 , 为了保证所研制的航天器满足预定的性能要求和使用寿命 , 虽然精心设计和制造是关键 , 然而全面、 严格的验证工作也是绝对不可少的 , 为此 ,各国都十分重视航天器的验证工作 , 并制定了相应的标准。 1999年1月 , 美国军方发布了MIL-STD-1540D“运载器、 顶级飞行器和航天器产品验证要求”。欧空局 ( ESA) 很早就制定了标准 ESA-PSS-01-80“ ESA载人和无人航天器验证指南”。在此基础上 , 后来成立的欧洲空间标准化合作组织 ( ECSS) 在工程系列 ( E系列 ) 标准中有一个详细规定如何进行航天产品验证的标准 ECSS-E-10-02A“ Space Engineering: Verification” ( 1998年 11月颁布 )。验证工作不仅是航天器研制单位所必须重视的 , 同时也是定货方通过研制过程中的各项验证工作来监督航天器研制进程和质量的重要环节。验证工作有多种形式 ,如 M IL-STD-1540D指出的: 验证可以通过分析、试验、 检验、演示、相似性等方法或它们的组合来实现。由上述标准可以看出 , 验证工作实质上是环境验证工作 , 即验证航天器的设计和制造质量是否能够经受住各种环境的考验 , 并满足合同规定的性能和寿命要求。 它是以环境工程为基础 , 而环境试验是环境验证工作的主要内容和重要手段。2

关于环境工程在航天产品研制中的作用与任务 ,在 1996年 4月颁布的欧洲空间工程系列标准 ECSS-E-10A“系统工程” 中作了明确的规定。它指出环境工程是整个系统工程工作的一部分 , 必须充分考虑航天器寿命期间所经受的各种自然的和诱发的环境条件 , 并在研制计划的早期就开始 , 同时要有环境工程专家来实施该项工作。

十多年来 , 欧空局 AIV (组装、 总装、 验证 ) /AIT (组装、 总装、 试验 ) 已经在各个航天型号研制中得到广泛的应用。 在标准 ECSS-E-10-02A中把 AIV计划规定为型号项目验证过程中的主要计划。 AIV /AIT的提出并不是最近的事 , 欧空局早在 1984年就发布了一个文件: ESA TF /DM /9352“ ESA无人航天器组装、 总装和验证指南”。由于验证工作的主要内容是试验 (测试 ) , 所以又称 AIT, 但是直到 90年代 , 才逐渐形成了一套较系统的做法。 ECSS-E-10-02A指出: AIV计划包括总的验证途径、 模型原理、 硬件矩阵、 各类要求的验证策略、 分析 /设计评审 /检验大纲、 装配、 总装与试验大纲、 AIV工作清单与相关的计划、 选用的试验设施、 验证工具、 验证控制方法、 有关文件、 验证工作的管理与组织等。 AIV /AIT是一种工作方法和程序 , 是产品研制工作和验证工作的有机结合 , 也是并行工程在航天器研制中的具体运用。2

在美国 , 虽然没有 AIV提法 , 但是在 NASA的各中心建立了安全和任务保证部门 , 对各个型号提出全面的任务保证要求 , 而验证工作则是任务保证要求中的重要组成部分。 例如 , NASA的哥达德航天中心 ( GSFC) 在 1996年颁布的 《轨道项目任务保证指南》 (草案 )中对如何保证一个航天型号完成预定的任务要求给出了全面和详细的规定 ,其中对验证工作做了详细的阐述。 该指南指出 , 验证工作的主要内容是试验验证 , 并要求环境试验验证工作按中心制定的标准 “航天飞机和一次使用运载器有效载荷及组件通用环境验证规范” ( GEVS-SE) 来进行。

在产品研制中 , 常听到 “可靠性试验” 这个词。 若把环境试验理解为仅仅解决 “环境适应性” 问题 , 而可靠性试验才解决产品的可靠性 , 则是一种模糊的认识。 环境试验和可靠性试验都是广义的概念 , 前者是从环境工程的角度来看产品研制中所要做的试验 , 后者是从可靠性工程的角度来看待这些试验 , 两者的内容虽然有一些差别 , 但在实质上是一致的和统一的。 不论是什么名称的试验 , 都是为了提高和保证产品的可靠性 , 而环境作用(环境应力和载荷 ) 则是主要手段 , 因此 , 在航天器研制中 , 应该从可靠性保证的要求出发 ,以有关的试验标准为依据 , 制定完整的环境管理计划和包括研制过程各阶段的试验大纲和试验计划 , 并认真实施 , 来确保产品的可靠性要求。2

2、环境试验技术水平进一步提高

如果说在航天器研制早期 , 在环境工程方面首先关注的是动力学环境和热 -真空环境 ,那么通过航天器研制和轨道运行中暴露的问题对其它空间环境及其效应有了进一步的认识 , 发现了许多在设计中必须重视的其它空间环境和环境效应 , 如空间辐射、 表面充放电、原子氧、 空间碎片等 , 开展了许多研究工作 , 建成了相应的试验设备。 此外 , 通过实验室试验和实测对空间环境的长期、 综合效应也有了较深入的认识。 在这些研究工作的基础上建立了各种环境模型、 数据库和分析软件来为型号研制服务。 在这方面各国都投入了很大的力量 , 例如 , 自 1995年起 , 美国 NASA开始了一项 “空间环境及其效应” ( SEE) 计划 ,针对电磁效应、 电离辐射、 材料及工艺、 微流星及轨道碎片、 中性外污染、 等离子体及热层等方面问题 , 组织了国内一百多家公司和科研机构 , 开展了多项课题研究 , 获得了许多成果。 利用卫星、 载人飞船和空间站进行空间环境探测和效应研究也是其重要方面。

与此同时 , 为了使环境试验能更真实地模拟航天器的环境 , 多年来各国对环境模拟方法和试验技术进行了不断的研究和改进。 这些工作的重点首先是针对最重要和数量最大的两类试验 , 即振动、 声和冲击等动力学环境试验和各种不同类型的热试验。 例如 , 在航天型号的振动试验中已经使用了力控技术 , 同时用多轴 (多自由度 ) 振动试验部分地代替单轴振动试验; 爆炸冲击环境与声振环境的模拟和试验技术也有了很大的发展; 在热试验方面 , 将热分析和试验相结合以及瞬态热流模拟技术的采用提高了热模拟技术的正确性并减少了试验的工况、 缩短了试验时间; 将热真空试验和常压热试验结合来提高航天产品的可靠性以及在环境应力筛选的应用等方面也取得很大进展。 同时 , 考虑航天器的长寿命和高可靠要求 , 在空间辐射和特殊环境的长期、 综合效应模拟与试验方法 , 包括加速试验方法等方面也开展了大量的试验研究工作 , 取得很大进步。2

3、计算机技术和数字技术得到了广泛的应用

为了使环境工程更好地为航天器研制服务 , 环境工程必须在各方面充分利用新技术来满足型号研制需求。 在环境工程领域 , 计算机和数字技术有着广泛的应用场所 , 对促进环境工程的发展 , 提高试验技术水平起了巨大的推动作用。2

首先 , 将计算机和数字技术用于环境试验的实时控制、 设备管理和数据采集处理等方面取得很大进展 , 大大提高了环境模拟试验的正确性与安全实施 , 提高了试验水平和效果并缩短了试验时间; 否则 , 许多试验技术 , 如声振和冲击环境模拟等都不易实现 , 大型试件或系统级的力学环境试验和热环境试验难以想象。

另一方面 , 建立各种环境和环境试验数据库系统 , 并配以各种分析软件来利用已有的各个型号的试验数据和实测数据于新型号研制也有了很大发展。 最近十多年来 , 国内外已经建立了或正在建立各种类型的环境数据库及分析预示系统 , 例如美国 NASA建立的VAPEPS (有效载荷声振环境预示系统 )已经在美国航天领域广泛使用 , 它大大方便了对新的航天型号给出较为合理可信的声振等动力学环境预示结果。2

将分析和试验相结合 , 利用计算机仿真技术来进行环境试验的设计 , 包括确定试验参数、 控制点位置的选择和试件可试验性的研究等 , 从而优化试验方案 , 减少试验次数并增加安全性 , 也是计算机和数字技术用于环境工程的重要方面。例如美国 Sandia公司开发了一套试验仿真工具称为振动试验优化虚拟环境 (VETO)就是为达到上述目的而研制的。

总而言之 , 到 20世纪末 , 航天器环境工程的发展已经基本满足了航天器研制的需要;在航天器研制中如何应用环境工程和环境试验也已经有了一套较为完整的理论和做法; 环境工程在航天器研制中的作用与重要性已经很明显。2

作用与任务环境工程在各种产品研制中所起的作用越来越被人们所重视。例如 , 2000年发布的美军标 MIL-STD-801F “环境工程考虑和实验室试验” 对环境工程的重要性及其内涵作了清楚的阐述。 在它的第一部分 “环境工程大纲指南” 中 , 对环境工程在武器装备研制中的作用作了进一步的说明 , 对环境工程专家的作用和任务也作了明确的规定。在航天器研制中 ,环境工程主要解决如下任务:2

1) 确定航天产品在整个寿命期将要经受的环境 (寿命期环境剖面 ) 及其严酷程度 , 即进行环境预示工作 , 并研究这些环境对产品 (包括材料、 元器件、 组件、 分系统直至整个系统 ) 产生的效应和影响;

2) 制定整个产品研制过程中有关环境的工作计划和环境试验大纲 , 规定在研制各阶段所要进行的环境试验项目 , 提出产品的环境设计要求与试验要求;2

3) 进行产品的环境设计、 控制和防护 , 选择适用的材料和电子元器件 , 确保产品在预定的寿命期内正常工作;

4) 在研制过程各阶段对产品进行环境试验 , 检验产品的设计和制造质量 , 包括所用的电子元器件、 材料及制造工艺等 , 暴露产品中潜在的缺陷 , 排除早期失效 , 使其可靠性达到预定的要求。2

5) 对环境试验结果进行分析评估 , 对产品的环境可靠性和试验有效性作出评价。由于航天器所经受的环境十分复杂和多样化 , 同时对航天器的寿命要求不断延长 , 空间环境的长期和综合作用更不能忽视。加之航天器的研制费用昂贵 , 要求极高的可靠性 ,因此在航天器研制中环境工程和环境试验的任务十分繁重。

环境试验是环境工程的重要组成部分 , 它不仅是产品研制、鉴定和验收的重要手段 ,也是产品环境预示、 环境效应研究和解决环境设计及防护等方面问题必不可少的工具。同时 ,环境工程是充分和正确发挥环境试验在产品研制中的作用的基础 ,没有环境工程的支撑 ,环境试验的有效性就不能得到保证。2

重要性众所周知，航天器是由多个分系统、数万个零部件组成的极为复杂的产品，在轨道运行期间 一旦出现故障，除了航天飞机和空间站外，一般 都不能直接维修，因此要求有很高的可靠性；由 于生产批量小，难以实现自动化加工，'产品质量 和稳定性难以保证，研制周期长、协作面广，给 产品质量控制增添了难度，航天器研制、发射耗 资巨大，一般都以数亿元甚至数十亿元人民币计, 因此必须做充分的环境试验。充分的地面环境模 拟试验，还可以使航天器得到合理的设计，避免 过厚的屏蔽与结构，减少备用燃料，降低研制成 本，节省经费。所以“航天器环境工程”的研究 和试验是航天器设计研制过程中的重要环节。1

40多年的航天技术的发展实践证明：几乎所 有的航天器环境参数，对航天器都有不可忽视的 影响。环境导致的航天器事故举不胜举，据统计， 其中空间环境占70%,力学环境占20%,其它环 境为10%。因此，世界各航天国家都重视航天器 环境工程的发展，作为航天技术的重点来进行研 究，它也是发展航天技术的重大基础学科。1

与可靠性工程的关系环境工程是为产品可靠性服务的。由于产品的可靠性与它所经受的环境密切相关，为了保证产品的可靠性，一系列有关环境的问题需要环境工程来解 决，大量的环境试验是验证产品设计和制造质量，提高和保证产品可靠性的重要手段.环 境工程，正如许多其它的工程学科如：质量保证、人机工程、系统安全性、元件、材料和 工艺控制、维修性等，对可靠性工程起着重要的支撑作用，同时它们之间都有着接口关系。 忽视了环境工程，就会使产品的可靠性问题得不到很好的解决。3

从环境工程的角度来看，在产品的研制过程中，要做各种类型的环境试 验，而从可靠性工程的角度来看，要做所谓可靠性试验。环境试验和可靠性试验是什么关 系？对这个问题似乎有许多不同的看法。其实，它们在目的和手段上是一致的。从环境工 程的角度来看，环境试验是为产品可靠性服务的手段，在产品研制过程中要进行大量各种 类型的环境试验，由于不同阶段试验目的不一样，环境试验条件和要求都不相同，试验冠 以不同的名称，如研制试验、寿命试验、鉴定试验和验收试验等；另一方面，可靠性标准 中提出要进行的各类可靠性试验，如可靠性研制增长试验和环境应力筛选、可靠性鉴定试 验和可靠性验收试验，实质上也都是环境试验的应用，二者没有本质的区别。3

关于环境试验和可靠性试验的关系和差别有许多不同的看法，这并不奇怪，因为不同 部门，由于所研制产品的特点不同或其它原因，如何在产品研制过程中应用试验这一手段 来提高和保证产品的可靠性，必然会有很大的差别.这里对此不作详细讨论，但应该指出 的是：

1)应广义地来理解环境试验和可靠性试验，它们都是为了保证和提高产品的可靠 性，目的是可靠性，手段主要是环境载荷或环境应力（包括电应力），就试验类型和使用的 设备来看，二者并无差别。产品研制过程中的试验既可称为可靠性试验，也可称为环境试 验，但是这两个名词都应看作是泛指的，而不是特定的某项试验。由于在研制过程不同阶 段进行试验的目的不同，因而往往取不同的名称，试验要求和条件都不一样。但归根到底， 试验的目的首先是验证设计的正确性和检验产品的制造质量，通过试验揭露出产品潜在的 缺陷并加以排除来提高产品的可靠性；试验的第二个目的是要验证产品的可靠性指标是否 达到合同要求。而不同的产品研制部门如何应用环境试验这一手段，在研制过程中要做哪 些试验，这些试验叫什么名称，是有很大差别的，它取决于不同产品的特点和研制过程, 不可能也不必要强求一律，关键是如何更合理而有效地应用环境试验这一手段。3

2)可靠性试验和环境试验都是贯穿在产品的整个研制过程中.二者都是为产品可靠 性服务，它们应该统一在一个试验大纲中，而不应将它们割裂或对立。有一种看法认为： 环境试验是解决产品的环境适应性问题，可靠性试验才解决可靠性问题，这种说法值得商 榷.“环境适应性”的含义是什么？如果说环境试验就是为了解决产品的环境适应性问题, 它对产品的可靠性起什么作用？其具体目的和试验条件是什么？它是否包括在可靠性标准所规定的可靠性工程试验中？事实上，国内外可靠性保证标准如美军标MIL-STD-785B 或国军标GJB 450-88中规定的产品研制过程中的可靠性试验，包含了两部分试验：可靠 性工程试验(即可靠性研制增长试验和环境应力筛选)及可靠性统计试验(可靠性鉴定试验 和可靠性验收试验），而前一类试验对保证产品的可靠性更为重要，是基本的。而可靠性 统计试验是着重于可靠性指标的验证。3

3)不同的产品研制部门，对环境试验这一手段的应用有各自的认识和发展过程，在 试验内容和方法上都有很大的差别，对环境和环境试验问题重要性的认识过程也不同。试 验所用的名称也不同。例如，舰船或其它产品在环境试验应用上具有其自己的特点，不能 强求一律。对小批量生产的产品如卫星和载人飞船等各类航天器，上述两个标准即MIL-STD-785B和GJB 450-88是不适用的，适用于航天器的是美军标MIL-STD-1543B “航天器 和运载器可靠性大纲的要求”和相应的国军标GJB 1408-94 “航天器和导弹武器系统可靠 性大纲要求”。在这两个标准中，可靠性统计试验是不适用的。对航天器进行“可靠性研 制增长试验”和“环境应力筛选”与其它产品也有所不同。在MIL-STD-1543B中就其已经 阐述得很清楚。航天器的可靠性试验应与美军标MIL-STD-1540规定的环境试验合在一 起，航天器的可靠性提高和保证实际上是通过MIL-STD-1540中规定的试验来达到的，而 不是依据美军标MIL-STD_781、国军标GJB 899-90或MIL-STD-810等来进行试验。3

因此，在一项产品研制中，应该从可靠性保证的要求出发，制定完整的环境管理计划 并制定统一的包括研制过程各阶段的试验大纲和试验计划，认真实施，来确保产品的可靠 性要求。可靠性试验和环境试验应该统一起来，它们是质量保证工作或任务保证工作的一 部分。最近国外有人把产品研制中的各项试验统称为环境可靠性试验，这也许更恰当。3

发展趋势和其它先进复杂的武器装备研制一样，航天器研制也是一项庞大的系统工程。在当前 市场竞争激烈的时代，为了提高工作效率，使研制的产品高质量和高可靠性、研制成本低 而周期短，充分调动和发挥各有关部门(设计、制造、试验及后勤支持等)的力量协调工作 是十分必要的。在产品研制过程中进行全面质量管理，且同时应用并行工程的工作方法是 当前产品研制工作的特点。其中，环境工程是不可或缺的重要部分，它也将必然越来越受 到重视。

应该充分认识到航天器环境问题的重要性和复杂性，即使精心设计和制造，并在地面 做了大量环境试验，仍难保证航天器上天后一点问题都不出现。就以美国来说，尽管在航 天器研制方面积累了大量的经验，情况也是如此。美国NASA的哥达德航天中心近年来所 发射的卫星在轨道运行中仍然发生了许多问题，称为“异常”（anormaly),它包括工作不正常及故障，对任务完成有不同程度的影响。

幸而其中绝大部分异常不很严重，对卫星的飞行任务没有造成严重损害。这些问题的 出现在一定程度上说明了人们对航天器所处空间环境的复杂性及其综合长期的影响还认 识不足，设计上还考虑得不够全面；而另一个原因，地面试验，特别是环境试验做得不够 充分或效果有问题，未能暴露应暴露的产品潜在缺陷。由于航天器构造精密复杂，所经受 环境十分复杂而且还难以完全掌握，入轨后在其长期运行过程中出现这样那样的问题，越 是新的型号，问题可能越多。因此，决不能对环境问题掉以轻心。在环境工程和环境试验 方面多投入些，努力提高环境工程和环境试验的水平，比起航天器研制费用或发射上天后 出问题所化的代价要小得多。3

在21世纪，环境工程发展的趋势可以从以下几个方面来看：

1)环境工程是武器装备研制工作的重要组成部分，必须将它贯穿在整个产品研制过 程。从国外的经验来看，对这个问题已有了明确的认识。最明显的例子就是，美军标 MIL-STD-810原来仅是军用产品的环境试验方法标准，但自MIL-STD-810D开始，提出要 对所研制的产品进行环境剪裁，要在军用产品研制初期制定环境管理计划，其中包括： 确定产品寿命期环境剖面或环境条件；规定环境设计和试验要求，包括制定试验计划；制 定工作环境验证计划，收集和分析现场数据来验证环境设计和试验准则等。同时指出，需 要有所谓环境工程专家来承担该工作·到MIL-STD-8Q1F，在第一部分“环境工程大纲指 南”中，对上述问题作了进一步细化和发展，并且明确地定义了环境工程专家的作用。这 表明，问题不是在于做试验，而是怎样来从环境工程的角度出发，来计划和设计整个环境 试验工作，确定要做哪些试验，试验条件如何制定等.显然，该标准将在21世纪对美国 武器装备研制中加强有关环境工程的工作起重要的指导作用，对航天器的研制工作也有参 考价值，有利于更快、更好、更省地研制航天器。3

2)国外在航天器和其它产品研制中正大力推行并行工程，目的是要使产品研制生产 的各有关部门和技术领域更好地协调一致地工作，群策群力，把问题尽早地和及时地暴露 和解决。欧空局自90年代初开始在航天器研制工作中推行所谓AIT或AIV。把设计、制 造、总装、测试和验证(试验)结合在一起，从而提高产品的可靠性并降低研制费用。把环 境工程纳入整个产品研制工作中，把环境试验作为产品保证工作和性能验证工作的重要部分，是必然的趋势。例如，在哥达德航天中心编写的“轨道项目任务保证指南”（草案） 中就明确地规定，在产品性能验证要求中，要按照环境验证规范GEVS-SE来对产品进行环 境验证工作。在航天器研制中，为了进行环境验证工作，必须有经过认证的专门的试验中 心来承担这一任务。3

3)环境工程的重要任务之一就是深入了解航天器所经受的空间环境以及它们所产生 的各种效应，特别是长期和综合的效应。这对于保证航天器的长寿命和高可靠性有着极重 要的影响。为此，美国、俄罗斯和欧空局都在这方面开展了大量的研究探测工作。开展国 际大协作是当前的重要趋势，这方面的例子十分多。已经回收的LDEF获得了大量宝贵的 资料。将在1999年初发射为研究每11年发生的太阳高峰期的空间技术研究飞行器(STRV) 搭载许多空间环境探测和试验装置。在此航天器上有由NASA若干个中心协作研制的太空 辐射及电子学试验台(NASRET),它包含了五项实验装置。由美国研制的光学性能检测器 (OPM),目的是研究空间环境对多种材料性能的影响。它已由航天飞机的STS-81次飞行送 上和平号空间站，并已经获得了一些资料和数琚。利用美国的航天飞机和俄罗斯的空间站 来进行太空环境及其效应的探测和研究，最后在国际空间站上开展这些实验研究工作，是 21世纪国际协作的主要方面。我国要发展航天事业，怎样加入到国际协作的行列中，获 得更多的有用的空间环境资料，是个值得认真研究的问题。3

4)为了使环境工程更好地为航天器研制服务，环境工程必须在各方面充分利用新技 术来使之能满足型号研制需求。这里，计算机技术应用于环境预示、确定产品的寿命期环 境剖面和试验条件的制定等十分必要，而建立各种与之有关的数据库系统，利用已有的各 个型号的试验数据更是不可少的。它是为了更好地进行环境工作的管理、对产品进行环境 剪裁、加快研制进程和对产品的可靠性评估的重要工具。国外现在已经充分地认识到，多 年积累的大量地面试验数据十分宝贵，利用这些数据来为新的型号服务，提高产品的可靠 性，是省钱、省力、省时的好办法。因此，最近十多年来，国外已经建立了或正在建立各 种类型的环境数据库及分析预示管理系统。例如：美国NASA的VAPEPS (有效载荷声振环 境预示系统），欧空局(ESA)的TDAS (试验数据分析系统)，美空军的MERIT (任务环境要求 一体化技术系统)以及美国Aerospace公司的STAC (进度、试验、工作异常、构型)系统等。 其中，有效并充分地利用大量的环境试验数据、实现资源共享十分关键。在这些数据库中， 除了大量的试验和实测数据，还需要有相对应的型号结构和性能数据和为进行分析所必要 的软件。这样才能有效地利用这些数据库。这方面我国做得还很不够，多年来，我们发射 了多个型号的航天器，进行了大量的环境试验，获得了大量宝贵的信息，但是未能很好地 保存和整理，而时过境迁已经有大量数据难以利用，资源无法共享，这是十分可惜的。应 将这项工作看作是一项战略措施，花钱不多，但却是一本万利之事。建立和充分利用这种 数据库，才能使环境工程发挥更大的作用，也只有这样，环境工程才是真正进人了计算机 信息时代。3

国内发展展望使环境工程更好地为航天器研制服务 , 进一步提高环境试验的技术水平 , 使试验条件制定得更合理 , 更真实地模拟实际的航天环境 , 并努力在缩短试验时间、 降低试验成本的同时提高试验的有效性 , 将继续是本世纪航天器环境工程发展的努力方向。 中国对航天器的环境可靠性问题和环境试验从一开始就相当重视。 到目前 , 中国已经建起了环境试验设备基本配套实验中心和实验室 , 包括试验控制和数据采集的计算机化 , 其规模和水平都是世界一流的 , 已经基本上满足了各类航天器研制的需要。 经过多年的实践 , 在航天器研制中应用环境试验手段已经积累了许多经验 , 有了自己的一套做法并制定了相应的标准。 实践证明 , 通过环境试验 , 暴露和检测出了不少设计和制造质量中的缺陷 , 对保证卫星的正常工作和可靠性起了重要的作用。2

21世纪将是中国航天事业进一步发展的时代。应该认真总结中国在各型号研制中环境工程应用的经验和教训 , 更好了解世界各国在这方面的经验和发展趋势 , 提出我们自己的奋斗目标和规划 , 在降低环境试验的费用和时间的同时 , 提高环境试验的效果 , 为此 , 应在以下几个方面作出努力:2

1) 认真总结各个型号研制过程中环境工程和环境试验应用的经验和教训。

2) 在载人空间环境试验方面有许多新的技术问题要研究 , 包括如何设法缩小试验的规模 , 以舱段试验来代替整船试验从而节约试验经费和时间; 在小卫星试验方面要有一套符合小卫星特点的试验原理和方针。

3) 要充分利用分析手段和计算机仿真技术来进行环境试验的设计和试验方案的优化。

4) 加强空间环境各领域的研究工作 , 增加研究的深度和广度 , 特别是空间环境对各类航天器长期综合效应和模拟试验方法及技术的研究 , 开展各种材料和产品的空间环境试验和积累有用的数据来为航天器的研制服务。

5) 在力学环境预示和试验条件制定方面投入更多的力量 , 使制定试验条件有更可靠的依据。

6) 充分利用多年来积累的环境试验数据 , 建立为航天器研制服务的各种环境试验数据库 , 用于动力学环境预示; 建立环境工程管理数据库 , 将地面试验和空间运行数据结合分析来改进环境试验和设计工作。

7) 继续在各种环境试验模拟技术和试验方法方面开展研究工作 , 对试验设备作必要的增添和更新 , 提高试验的效果 , 降低试验费用 , 例如多轴的振动试验方法和力控振动试验技术、 大型试件的常压热循环试验技术、 综合环境试验和加速试验方法等。2

8) 加强和国外的合作与交流 , 更有效地学习和借鉴其它国家的经验与教训。

总结应该充分认识到航天器环境问题的重要性和复杂性 , 即使精心设计和制造 , 并在地面作了大量环境试验 , 仍难保证航天器上天后一点问题都不出现。 这些问题的出现一方面说明了人们对航天器所经受环境的复杂性及其综合长期影响还认识不足 , 设计上还考虑得不全面; 另一方面 , 地面环境试验做得不够充分或效果有问题 , 未能暴露出应能暴露的产品潜在缺陷也是重要原因。 由于航天器构造精密复杂 , 所经受环境及其长期综合效应十分复杂而且难以完全掌握 , 入轨后在其长期运行过程中会出现这样那样的问题 , 因此 , 决不能对环境问题掉以轻心。2

环境试验的费用是相当巨大的。 国外估计 , 对高可靠性航天型号计划 , 试验的费用可以占到整个航天器费用的 35%, 这里还不包括实验室建设和环境效应及模拟研究方面的专门投入。 现在看来 , 还需要在航天器环境工程包括空间环境效应及其模拟、 试验方法研究和试验技术的提高等方面投入更多经费 , 增加研究工作的深度和广度 , 努力提高环境工程和环境试验的水平 , 这对中国航天技术的发展有长远影响。2

整个环境工程和环境试验工作需要人来完成 ,而且它涉及产品研制的各方面 ,因此 ,一方面需要培养更多环境工程专家参与航天型号研制工作 , 管理、 协调和解决型号研制中有关环境方面的工作; 另一方面 , 从事环境工程和环境试验的专业部门和单位应努力提高自身的技术水平。 除了很好完成各项试验任务 , 还要努力开展必要的预研工作。 试验部门要和设计部门合作 , 利用拥有的试验手段和经验 , 参与环境预示和试验条件的制定、 参与环境验证结果的评估 , 在产品的环境验证工作中充分发挥其作用。2