計量促進航天器產業(yè)發(fā)展經驗思考和發(fā)展展望
發(fā)布時間: 2021-03-31
一、引言
我國航天事業(yè)經過半個多世紀發(fā)展,經歷了以兩彈一星、載人航天和深空探測為里程碑的輝煌,實現了從無到有,從小到大的自主創(chuàng)新發(fā)展。2020年是全面啟動航天強國建設的關鍵之年,北斗導航、探月三期、高分專項三個國家重大工程完美收官;天問一號火星探測器踏上征程,承載著中華民族探火的希望與夢想;嫦娥五號探測器發(fā)射成功,將實現我國首次月球采樣返回。
航天計量是航天科技工業(yè)發(fā)展的重要技術基礎,是航天產品從研制、生產,到試驗和使用各個環(huán)節(jié)不可或缺的重要組成部分。中國無產階級革命家聶榮臻元帥指出:科技要發(fā)展,計量須先行。航天事業(yè)的長期實踐證明,計量工作在確保航天器產品質量可靠性、支撐航天技術發(fā)展和重大型號研制等方
面發(fā)揮了不可替代的技術支持與技術保障作用。目前,航天器產業(yè)計量發(fā)展正在實現從建立量值溯源體系向注重產業(yè)的全產業(yè)鏈、全壽命周期、全溯源鏈和前瞻性建設的重大轉變,從而更好地讓計量在提升航天型號產品質量和服務國家經濟建設等方面發(fā)揮重要作用。

長征三號乙運載火箭點火升空圖
二、航天器產業(yè)發(fā)展的形勢和需求
隨著國際形勢的變化和航天技術的飛速發(fā)展,我國將不斷開發(fā)新技術,研制新一代飛船,提高進入空間、利用空間、控制空間的能力。航天器產業(yè)計量作為支撐武器裝備發(fā)展的基石,必須以問題為導向,圍繞新一代飛船跨越式發(fā)展對計量提出的新需求,不斷強化體系建設,持續(xù)提高最高計量標準器具準確度,擴展量程范圍,繼續(xù)加強現場和特殊環(huán)境下的計量校準技術研究和專用測試設備研制,為提升航天器性能和質量提供強有力的保障。
中國航天已經進入由航天大國向航天強國邁進的歷史征程,在航天器產品研制過程中,更高的準確度、更遠的距離、更加復雜的空間環(huán)境適應性、更高的可靠性、更快的反應速度、更強的機動性、更長的壽命、更便于維護使用等要求,使得航天器產業(yè)對計量的需求呈現出如下特點:
(一)應用領域新
在中國航天強國建設的背景下,拓展臨近空間、空間攻防、天地信息一體化應用等新領域,突破航天重大新技術,確立創(chuàng)新技術領先優(yōu)勢成為航天領域的關注重點。隨之而來的是新技術、新領域對航天器產業(yè)計量提出的更高要求。比如: 提出空間計量概念,開展空間天文、空間物理、微重力科學和空間生命科學的基礎研究以及長期在軌計量校準技術研究;開展衛(wèi)星地線系統(tǒng)特征矩陣參數校準技術等方面的研究,保障航天器的供配電系統(tǒng)質量;開展等離子體計量校準技術研究,支撐衛(wèi)星姿態(tài)控制的微波等離子發(fā)動機運行。同時,隨著航天科學技術的高速發(fā)展,航天型號呈現出信息化、智能化、一體化的發(fā)展趨勢,為了滿足新一代航天型號發(fā)展的計量保證需求,航天器產業(yè)計量必須開展前瞻性研究,解決關鍵計量校準測試技術問題,增強技術儲備,提高航天器產業(yè)計量的研發(fā)能力和自主創(chuàng)新能力。
(二)技術水平高
隨著航天技術的快速發(fā)展,原有計量校準能力覆蓋范圍、參數的測量范圍、測量準確度、測量方法已經不能完全滿足當前的型號需求,甚至可能影響到航天型號發(fā)展。比如隨著空間站、遙感等型號的發(fā)展需要,急需建立空間計量與標定能力,以滿足多種復雜環(huán)境、全方位全天候的在軌測量要求。面對航天器急需的計量技術,航天計量校準測試研究如何快速融入型號,第一時間了解型號需求;加強預先研究投入,研究與型號相適應的新測量方法;拓展技術能力,實現極值參數的測量;滿足航天型號新出現參數的計量要求,不斷提高航天器計量標準的技術水平,確保航天科技工業(yè)量值準確可靠,強航天計量對型號工程的支撐保障能力。
(三)綜合性強
航天器計量測試具有復雜性、系統(tǒng)性、動態(tài)性等特點,裝置、設備大多集成化、模塊化、大型化。傳統(tǒng)計量校準方式已經不能完全適應需求,航天器產業(yè)計量要由傳統(tǒng)的實驗室測量向現場、在線測量轉變;由靜態(tài)校準向動態(tài)實時校準轉變;由單一參數測量向多參數綜合測量轉變;由獨立的儀器、設備計量校準向系統(tǒng)綜合計量校準轉變;由真實物理量校準向模型化仿真的虛擬量校準,及其邏輯標準溯源性轉變。大力發(fā)展現場、在線、動態(tài)、綜合、半實物仿真計量測試技術,促進計量工作走出實驗室、貼近實際工況、走向研制生產和試驗等航天器研制產業(yè)一線。此外,隨著航天任務的快速增長和相應技術難度、技術跨度要求的不斷增大,其對型號部組件、單機、整星產品、數字仿真平臺的質量與可靠性要求越來越高,計量作為支撐現代產業(yè)發(fā)展和型號產品質量控制的重要技術基礎,相應技術能力提升迫在眉睫。
(四)測試設備專
航天型號工程研究、試驗中,采用了大量的專用測試設備和高性能傳感器,其量值的準確可靠是型號工程質量的重要保證。美國航天飛機上使用的傳感器約100多種4000多個,其中溫度傳感器1300多個,壓力傳感器1200多個,其余為轉速、流量、紅外等傳感器;美國土星SA525運載火箭部分所用傳感器數量達到2077只;阿波羅10號各艙用傳感器數量達到1218只。因此,航天計量發(fā)展要著力圍繞重大型號工程,突破關鍵技術,開展專用測試設備校準研究,研制熱電、應變、光纖等高性能傳感器校準裝置,編制專用測試設備、傳感器校準規(guī)范。

中心承擔雙曲線一號遙一歐尚號運載火箭發(fā)射角瞄準任務
三、航天器產業(yè)計量工作成效
2017年,原質檢總局批準依托北京東方計量測試研究所成立國家航天器產業(yè)計量校準測試中心。中心成立三年多來,以國家航天器產業(yè)發(fā)展技術需求為牽引,積極發(fā)揮計量校準測試技術優(yōu)勢,將計量技術融入航天器設計、研制、生產、試驗和應用全過程,為航天器產業(yè)發(fā)展提供計量測試技術和計量科技創(chuàng)新服務;以航天器研制量值傳遞體系建設、航天計量校準測試技術基礎研究、航天專用計量校準測試設備研制為主要任務,整合航天器產業(yè)領域優(yōu)勢計量資源,構建國家航天器產業(yè)計量校準測試服務體系;通過計量科技創(chuàng)新服務,為解決產業(yè)關鍵共性技術難題提供支持,提高航天產業(yè)計量核心競爭力,助力我國由航天大國向航天強國轉變。
(一)廣泛開展產業(yè)計量服務
中心堅持秉承全溯源鏈、全壽命周期、全產業(yè)鏈、前瞻性的要求,積極融入產業(yè),履行中心職責,發(fā)揮中心作用,引領產業(yè)計量校準測試技術發(fā)展,創(chuàng)新計量校準技術服務理念與模式,解決產業(yè)內多個計量校準測試難題,支撐國家航天器產業(yè)升級發(fā)展,促進國家高技術產業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新,推動國家計量體系完善。截至2020年9月,中心為航天器產業(yè)相關單位計量儀器設備共計約4萬臺套,完成航天器專用測試設備檢測850臺套,完成衛(wèi)星發(fā)射場計量保障任務6次,完成型號測試設備產品單機56臺,板卡及模塊205塊的設計與交付工作。全年并行開展產品研制、生產各類任務共計42項,形成高精度恒流源板卡、大電壓采集板卡、供配電測試產品、開關矩陣測試產品、多通道電參數測試產品等多個成熟產品。在開展測試設備單機研制業(yè)務的基礎上,進一步提升測試產品研制能力,由單機研制能力向系統(tǒng)服務能力方向轉變,由點及面,將航天器測試產品線提升為針對整星測試、試驗領域的整包測試服務能力,提供系統(tǒng)解決方案,實現測試整包服務。
(二)大力提升技術創(chuàng)新水平
中心技術創(chuàng)新成果顯著,編制科研項目成果轉化方案,發(fā)布成果轉化專項自研項目指南,引入第三方科技成果轉化評價機制;完成脈沖太陽電池模擬器、超聲探傷儀校準裝置、空氣凈化系列產品等23款產品研發(fā)定型;完成搭載實踐二十號開展標準太陽電池空間標定試驗。其中,寬量程高準確度交流電流校準裝置項目獲國防科技進步一等獎和航天科技集團有限公司科技進步一等獎。中心計量科技創(chuàng)新項目緊密跟蹤產業(yè)發(fā)展重大技術需求,積極將計量測試融入產業(yè)的關鍵領域、關鍵環(huán)節(jié)、關鍵產品和關鍵參數測量方面,立足于在航天器研制全過程中發(fā)揮積極支撐作用。
四、發(fā)展展望
國家航天器產業(yè)計量校準測試中心建設以國家航天器產業(yè)發(fā)展為導向,積極發(fā)揮計量測試技術優(yōu)勢,以產業(yè)量值傳遞服務、計量測試技術研究、專用計量測試設備以及其大型設備研制為主要突破口,助力航天器產業(yè)發(fā)展。隨著國家航天科技產業(yè)不斷發(fā)展,國家對航天器型號產品質量要求越來越高,計量校準測試技術發(fā)展模式也向以產業(yè)需求為主導轉型。中心將繼續(xù)按照建中心、搭平臺、建聯盟的戰(zhàn)略步伐,集合產業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)的資源和力量,本著來自于產業(yè)、服務于產業(yè),合作共贏的宗旨,建立起國家航天器產業(yè)的計量校準測試標準體系、示范效應、合作機制等,為國家航天器產業(yè)升級發(fā)展做出更大的貢獻。