国际空间站工程标准构建模式初探

'国外力限振动试验标准浅析·吴永亮/李小龙/卫巍国外标准化力传感器类型上，推荐使用压电石英力传感器。动试验技术的应用与发展，进一步提升我国航天b）力传感器安装要求。ＩSＯ17762在力传感器试验水平，加快促进我国航天器总体设计能力器安装位置上，规定了压电力传感器不应影响试的提高。为满足试验的实际需要，确保标准具有验台的动态特性，但未说明如何不影响其动态特较强的实用性，对我国制定力限振动试验方法标性。NASA-HDBK-7004B在力传感器安装要求上，准提出以下几点建议。国国国际际际空空空间间间站站站工工工程程程标标标准准准构构构建建建模模模式式式初初初探探探说明了压电石英力传感器必须嵌入在试验件和振a）标准的引言部分建议给出实施力限振动动台之间（串联），并且需要特殊的固定件，加试验的目的及其优缺点，供工程单位试验时进行速度计需安装在试验件或振动台的上面（平行）。裁剪。ＩSＯ17762对此部分内容进行了详细的叙c）力传感器预紧力。ＩSＯ17762对此方面内述，建议参考、转化此部分内容。孙晓君李富军容没有要求，而NASA-HDBK-7004B对测力传b）建议明确力限试验的定义和具体控制方（北京空间科技信息研究所，北京，100086）感器预紧力进行了详细规定，如通过螺纹螺钉或法。NASA-HDBK-7004B对此部分内容作出了明者柱头螺栓施加预应力，这样传感器总在紧压状确的规定，在制定力限振动试验方法标准时可以态，换能器上的静态紧压力是通过螺栓的静态拉借鉴参考。文摘：以国际空间站标准（SSP标准）的基础要素为出发点，结合具体案例，分析SSP力来平衡的。c）建议对力限条件的确定方法以及各种方标准的以实用性、继承性、协调性为代表的构建原则，介绍SSP标准具有的系统规划下的“自d）ＩSＯ17762中说明了当使用传统的力传法的适用范围作出详细说明，可以将ＩSＯ17762上而下”和在标准化政策方向指导下的“自下而上”的构建特点。递部件时，需要由螺栓或螺丝固定，但未说明如和NASA-RP-1403的相关内容作为参考依据。关键词：国际空间站（SSP）；空间站标准；工程标准化。何校准，以及校准计算方法。NASA-HDBK-d）建议规定力传感器的选型、安装、校准、7004B给出了力传感器校准的原因以及方法。施加预紧力等内容，以及力限振动试验夹具的性经过以上对比分析可以得出：①在目的与适能要求、安装和使用要求等内容。NASA-国际空间站（SSP）上的各种构件、舱体、2SSP标准的构建原则用性方面，ＩSＯ17762对力限振动试验的背景、HDBK-7004B及ＩSＯ17762对该部分内容有较为设备和供给由航天器多次运往轨道，然后由站上目的以及优缺点等内容进行了详细介绍，而详细的描述，可以借鉴。的航天员和遥控机械臂在轨道上进行组装，逐步2.1标准的实用性NASA-HDBK-7004侧重于对标准自身制定情况形成规模庞大、结构完善的空间站[1]。国际空间为了保证国际空间站项目的顺利高效开展，参考文献的介绍；②控制方法方面，NASA-HDBK-7004站各种部件是由参与合作的多个国家分别研制各有关参与方制定了空间站标准。该标准应用于对控制策略规定比ＩSＯ17762更为具体；③在力[1]马兴瑞，于登云，韩增尧，等.星箭力学环的，包含了多个承制方。其中，美国和俄罗斯提国际空间站项目，由主要承包商和所有产品承包限条件制定方法方面，ＩSＯ17762对三种力限条境分析与试验技术研究进展[J].宇航学报，供的部件最多，其次是欧空局、日本、加拿大和商来实施。在标准适用范围内，为了给项目的参件制定方法的规定较为全面、详细；④对于力传2006，27（3）.意大利。如此多的舱段结构，为了保证顺利地组与方实现目标提供最大支持，保证项目参与方能感器规范，NASA-HDBK-7004的本部分内容参[2]SchartonTD.Force-limitedvibrationtesting装和对接，需要大量的制造类与生产类标准，才够及时的以最佳费效比完成合作，保证项目的高考性强，有借鉴意义，而ＩSＯ17762对此部分内monogragh[R].NASAReport，1997.能实现共性的约束。国际空间站标准（SSP标可靠性和安全性，实现并满足国际空间站功能。容规定较简略。[3]李正举，马兴瑞，韩增尧.振动试验力限条准）作为以美国为主体、其他国家参与的工程标在标准构建和管理过程中，标准需要能直接的解件设计复杂二自由度方法研究[J].宇航学准，其目的在于确保各参与国之间空间站工程的决问题，因此具有极强的目标导向性。4我国力限振动试验标准制定建议报，2011，32（1）.合作协调顺利进行，以促进多边工程项目的有效SSP标准本着需求牵引的原则，充分体现了未来随着技术的进步以及应用范围的增加，[4]张俊刚，刘大志，方贵前.力限控制缓解研制和管理。“标准适用范围明确，谁使用、谁制定”，以及力限振动试验将应用于更多的振动试验领域。我“过试验”原理分析与试验验证[J].航天器“需要什么标准，就制修订什么标准”的特点。1SSP标准文本信息国航天部门已经认识到力限振动试验的优越性和环境工程，2008，25（6）.首先，在封面列出标准的执行方。如，为保重要性，开展了大量的力限振动技术研究，取得笔者通过国际空间站各个参与组织的官方网证和便于宇宙开发事业团（NASDA）、欧空局了积极成果，航天科技集团公司已经发布了企业作者简介：站、标准查询网站以及国外研究报告数据库等途（ESA）、美国航空航天局（NASA）等三方协调级标准《航天器系统级力限振动试验方法》。为吴永亮（1987年—），男，硕士，工程师，径，获得了一系列与国际空间站相关的SSP标准开展国际空间站项目，制定了三方执行的标准了推广力限振动试验技术，应在我国力限振动试现主要从事航天总体、航天产品试验技术标准化完整文本的样本。通过对SSP标准文本的阅读，SSP5700.1《密封式有效载荷硬件接口控制文档验技术研究成果的基础上，借鉴国外力限振动试工作。统计出其标准文本中包含的几类标准化信息，涉模板》；为保证和便于NASA、NASDA、加拿大验技术标准的有益经验和先进内容，制定行业级李小龙（1982年—），男，硕士，高级工程及管理、信息、时间以及与其他文件关联等多个航天局（CSA）、意大利航天局（ＩSA）等四方协以上的力限振动试验标准，从而推动我国力限振师/副所长，现主要从事航天总体标准化工作。维度，见表1。调开展国际空间站项目，制定了SSP30312《空-12-《航天标准化》2016年第1期《航天标准化》2016年第1期-33- 国际空间站工程标准构建模式初探·孙晓君/李富军表1SSP标准文本中的标准化相关信息标准要素要素性质出现位置说明及示例标准编号及版本号标准的唯一编号，标在封面的右上角如：SSP57000版本E标准内容的提炼说明，以粗体标在封面文标准名称密封式有效载荷接口要求文档（SSP57000）字的最上方以月/日/年的形式表示，标在封面标准名发布时间—必备要素称的下方，其下方再标出该标准的版本号标准发布方标在标准封面的左下角如：美国航空航天局，约翰逊空间中心由于标准最终的发布方是NASA，故标准如：SSP57000封面标明了NASDA、ESA、标准执行方最少执行机构就是NASA，但一些标准具有NASA多个标准执行方一般标在标准封面左下角、标准发布方信如：SSP57000的编号为：NＯ.NAS15-相关合同编号可选要素息下面，但不是所有标准都包含这一信息10000（DRPA06）；SSP30512则没有标准版本变更历史必备要素标准正文之前版本和历史信息页如：SSP57000中，说明该标准的管理机标准引言中进行说明，同时说明标准内容构是ＩSS（国际空间站项目）多边有效载荷标准管理机构可选要素或版本的改变应满足的条件管理控制委员会（MPCB），而任何内容和版本的改变都需要通过MPCB的审核标准的正文部分，说明标准的适用范围和标准内容必备要素—主要内容涵盖SSP标准以及其他机构发布的标准标准引用文件可选要素标准的引用文件和参考文件等，如美军标、约翰逊空间中心标准等间站项目的电气、电子、机电（EEE）和机械零标准需求时，如何减少标准的制修订工作量、且部件管理和执行方案》。不同执行方的适用范围使其具有良好的使用性是十分重要的。是不同的，通用性强的标准或适用于一系列型号SSP标准充分体现了“选用现有标准进行修研制的标准，涉及执行方的数量较多，专项性强订”以及“尽量适用国际空间站”、“以参与方的标准则适用范围较小。现有标准为基础”的特点。每提出一个新的需其次，针对某一型号/项目提出特定的要求求，涉及一个新的项目，或新增一个成员国，都而制定的标准，从标准封面上标明的合同编号可需要相应的标准来约束和规范。但第一步都是观以明确看出该标准是应用于哪一次的合作计划，察是否存在现有标准，若有就先修订现有标准同一合同编号来源于同一项目/同一任务。例如，（包括内容和适用范围等）。如，SSP30599《安合同NAS15-10000对应的总规范标准SSP41000全评审方法》，其版本A仅适用于NASA，而经中提出的一些工作模式和性能要求，在相关具体过几次修订后的版本D则适用于俄罗斯、加拿标准中，则有对应的标准内容，包含人员、接大、欧空局、日本、NASA等多个参与方；而口、软硬件、试验等一系列内容。而SSP41000SSP50481《废弃物管理方案》则在标准前言中对于外部操作相关的工作模式明确提出支持出舱说明了是以俄罗斯的标准为基础制定的。活动（EＶA）操作，在其对应的标准中就有相关SSP标准的制修订流程如图1所示。可以看的SSP30256《舱外活动（EＶA）的标准接口控出，在最终的5种国际空间站适用标准的来源方制文件》。式中，只有一种方式是制定全新的标准，其余42.2标准的继承性种方式都是在已有标准的基础上进行制修订，或由于国际空间站项目参与范围广，为空间站直接使用已有标准。这样做，大大减少了标准制项目单独制定一套详细完整的、细化到具体操作修订的工作量，却提高了标准的效率。点的标准架构需要很长时间。在国际空间站有新●多个参与方要执行和遵守的标准。若针对-34-《航天标准化》2016年第1期 国外力限振动试验标准浅析·吴永亮/李小龙/卫巍国际空间站工程标准构建模式初探·孙晓君/李富军振动试验）；1996年11月进行了整星级的随机方式描述了试验件、试验台、力传感器与安装支振动试验（卡西尼航天器系统级力限振动试验），架之间的安装结构，逐条详细介绍了力限振动试如图1所示。验流程。ＩSＯ17762适用于任何航天硬件力限振动试验，也同时适用于阻尼情况对结果影响较大的振动试验，例如飞行、铁路或汽车运输中的振动。在其内容中介绍了力限振动试验的作用以及意义，力限振动试验的优缺点，特别是对比传统振动试验，给出了力限振动试验可以降低共振载荷的量级参数，直观具体说明了进行力限振动试验的目的。2.2NASA-RP-1403《力限振动试验专论》NASA-RP-1403是由NASA喷气动力试验室（JPL）的动态环境工作组在1997年5月完成的，图1正在进行垂向随机力限振动试验的是关于力限振动试验技术的发展史、理论以及方卡西尼航天器法应用的详细报告。1993年，NASA建立了一项图1SSP标准制修订流程这些系统级、设备级和组件级力限振动试验力限控制试验方法基金，该基金旨在推动建立力空间站的且原来各参与方都没有相关的标准时，接口要求文档》版本E的引用文件和参考文件都取得了良好的试验效果，特别是力限条件的预限控制方法的技术标准、手册和报告，而使该方那么必然要制定新标准。若参与方有自身执行的中，就涉及了大量美国国家标准学会、国际空间示和振动控制技术取得了相当大的进步。法能够在NASA各个研发中心及相关组织采用。独立标准时，则需要对各参与方标准进行评估，数据系统咨询委员会、美国电子工业协会、国际该基金的主要成果便是NASA-RP-1403。当存在某参与方的标准可以实现统一时，则以该标准化组织、国际电工委员会、约翰逊空间中心2国外主要力限振动试验标准NASA-RP-1403介绍了力限振动试验技术的标准为基础，制定相应的SSP标准；当不存在可等多个协会和组织的标准以及美国军用标准、马针对力限振动试验，国外制定了一些重要标历史发展概况，从理论上详细叙述了力限振动试以实现统一的某参与方的标准时，则需协调所有歇尔中心标准；SSP30423《空间站认可的电气、准，而这些标准由于适用范围、条件确定、控制验的相关技术背景，介绍了力和加速度双重控制参与方标准来制定相应的标准。电子、机电零部件清单》中，引用了与EEE器方法以及力传感器要求等内容不同，各标准之间理论，阐述了视在质量、有效质量和剩余质量的●单个参与方要执行和遵守的标准。若标准件相关的美国军用标准、戈达德航天中心标准等存在着差异。物理含义及计算公式，分类介绍了力限条件的制不是所有国家都要遵守的，而是针对某一个参与一系列标准。SSP标准就在其他标准体系的支持目前，国外重要的力限振动试验相关标准主定方法及计算公式，给出了力限振动试验的真实方的，且对其他参与方无影响（如某一舱段的内下，既满足了空间站标准需求，也满足了与参与要有：国际标准化组织（ＩSＯ）标准ＩSＯ17762试验数据。NASA-RP-1403是力限振动试验技术部设计），则可以采用相应参与方所在国的标准，方原有标准的协调性。《空间系统力限振动试验》；美国航空航天局技的专题研究，其理论研究成果是力限振动试验技不需要制定SSP标准。因此，在SSP标准架构而对于空间站工程中需要广泛采用的元器术报告NASA-RP-1403《力限振动试验专论》和术手册（NASA-HDBK-7004）的理论依据。中，存在大量的其他协会的引用标准。只有当某件、零部件标准，这是所有参与方都需要遵守的技术手册NASA-HDBK-7004B《力限振动试验》。NASA-RP-1403侧重于理论分析和原理说一执行方的标准与其他参与方中间存在相互影响基础标准，这类标准体现在SSP标准的引用文件2.1ISO17762《空间系统力限振动试验》明。从理论上叙述了力和加速度双重控制方法，时，才统一制定标准。SSQ标准中，如SSQ21005《电阻固定阻值ＩSＯ17762是由德国起草的国际标准，从属给出了理论基础———戴维南和诺顿方程，推导出2.3标准的协调性薄膜芯片空间特性》等。于空间系统及其技术应用分技术委员会的接口综力和加速度双重控制方程，但是未对力和加速度国际空间站项目涉及面广，参与组织机构较3SSP标准的构建模式合与试验工作组（SC14/WG2）。ＩSＯ17762编写双重控制方法的应用给出说明。多，并且各参与成员机构都具有独立与完整的管的目的是：为各国进行空间航天器硬件设备振动2.3NASA-HDBK-7004B《力限振动试验》理、研制、生产相关的标准和标准架构。现在的SSP标准源于自由号空间站。1984试验，提供力限振动试验的方法，以及提供确定NASA-HDBK-7004发布于1996年5月16SSP标准不但要保证其标准之间的协调性，年，美国正式确立了研制永久载人轨道站的目力限条件的方法。该标准主要规定了力限振动试日，后经过两次修订。其7004A版于2002年5还要保证与参与方已有执行标准之间的协调。在标，后称“自由号空间站”，并邀请加拿大、欧验相关技术方法，主要包括：①力限振动试验的月11日发布，对比原有版本，增加了新章节SSP标准中，采用“引用和参考其他体系的标洲和日本参加这一计划，先后与加拿大航天局、目标与特点；②力限振动试验控制的方法；③力“6.0飞行与地面振动试验数据对比”，新章节里准”的方式，保证参与方在最短时间就能最高效欧空局、日本政府达成协议。1993年，美国重限条件的制定方法；④力限振动试验规范。在附包括2次实际飞行的测力数据。实际飞行的测量的开展空间站项目，同时要保证对参与方自身标新审查空间站计划，并重新进行设计，最终选中录中给出了不同控制方法的试验示例，用图示的数据确认了力限的方法论，支持了力限方法的有准的协调性。如：SSP57000《密封式有效载荷“阿尔法方案”，这样就变成了阿尔法国际空间站-10-《航天标准化》2016年第1期《航天标准化》2016年第1期-35- 国际空间站工程标准构建模式初探·孙晓君/李富军（ＩnternationalSpaceStationAlphaProgram，以外，还存在一些工程特有的标准，如，SSPＩSSA），其基本准则是：尽可能多的使用自由号50094《关于ＩSS俄罗斯舱段的NASA/RSA联合空间站的硬件和系统（约75%的自由号设计注入规范标准文件》和SSP42007《美国在轨舱段与ＩSSA）；继续促成所有国际合作伙伴的加入，尽意大利迷你密封式后勤舱段接口控制文件》等。量减少冲突。与此同时，美国扩大了与俄罗斯在这些标准并不在原有的国际空间站系统规划框架载人航天领域的合作，并在1994年签署协议，内，都是在国际空间站工程逐渐开展后，根据发俄罗斯与其他合作伙伴一样，加入空间站的工展方向需要，重新规划、审批、组织制定的。这作。样类似的标准，经过不断长期积累，逐渐形成了由此可见，国际空间站在建立之初就具有较一定的规模。强的继承性，而在之后随着工程的逐渐开展，逐由上述可知，SSP标准架构的建设是在具有渐调整以满足实际需求。SSP标准架构按照系统一个初步规划的基础上，基于实际需求，逐渐制规划下的“自上而下”以及在标准化政策方向指定新的标准，而后再加入原有的规划中。导下的“自下而上”两种模式建立。SSP标准作为国际合作的代表性工程标准，所谓“自上而下”就是指：在设计之初就进在标准规划过程中，前期继承了美国阿尔法空间行全局的、总体的策划，系统、全面地考虑标准站的全局和总体策划，很快构成了系统的、全面的目标、功能和范围，先勾画出标准的范围，规的标准基础需求。对于工程基础设计类标准，则划出标准发展蓝图，然后再根据实际需求和技术沿用前期成熟标准、移植或继承相关领域或国发展开展具体标准的编制等工作。对于SSP标家/协会完善标准的方式，快速统一了国际合作准，由于空间站本身具有较高的继承性，标准也的基础需求。随着国际空间站项目的不断发展，具有一定的继承性，如管理系列相关标准、产品重新规划、审批、组织制定一些新增项目的专项保证相关标准、美国舱段的相关标准等，而这些标准，并不断扩大标准的覆盖范围和结构。这样标准之间的相互关系及结构也是有继承性的，这形成的SSP标准具有强大的实用性，对工程有着点从查到标准的要素中就能显示出来。如，SSP充分目标的指导作用。30695《验收数据包要求规范》，该标准的版本A对于我国空间站而言，从顶层统筹的规划和由NASA于1994年颁布（国际空间站计划正式管理的角度，考虑到未来国际合作、军民协调等实施的前1年），标准要素中还标明了该标准适发展需求，应充分借鉴国际空间站的标准建设经用于阿尔法国际空间站，而相关的部分引用和参验，在工程建设初期，以载人航天前期工程固化考文件来源于国际空间站项目（ＩSS）。再如，的国家标准、国家军用标准、行业标准等为基SSP30599《安全评审方法》，该标准的版本A于础，加强基础设计要求类标准、接口统一性标准等1995年发布，标明适用于ＩSSA，而发布于2000的建设，从工程总体设计的顶层开始自上而下进行年的修订后的版本B则标明适用于ＩSS。这说明，推广，避免研制过程中的反复修改，提高效率，为在SSP标准架构构建之初沿用了前期的标准架未来合作扩展与对外接口的统一打下标准化基础。构，或者说是标准规划，并由此提供给了SSP标参考文献准架构一个雏形。所谓“自下而上”就是指：在不具备标准规[1]庞之浩.国际空间站现状概述.载人航天[J].划蓝图的情况下，依据标准化主持单位或相关专2006（3）.业的技术委员会确定的标准化工作方向，编制方结合实际需求，申报标准编制项目，由标准化主作者简介：持单位或相关的专业技术委员会予以批准，并对孙晓君（1986年—），女，工程师，硕士研标准进行管理。在国际空间站的建设过程中，除究生，主要研究方向为航天器标准规划、标准制了一些具有共同性的标准需要合作伙伴共同遵守修订管理等。-36-《航天标准化》2016年第1期'