【航天甲子年50讲】 27 卫星研制流程

【航天甲子年50讲】 27 卫星研制流程



文:晟宇(视频讲解)

本文图片来源于网络

转载请联系


本文主要参考文献:NASA Systems Engineering Handbook


https://www.zhihu.com/video/974771389789700096

前言


接着上一次我们聊过的卫星平台,再回顾一下曾经讲过的卫星设计过程,今天我们就来说说卫星的研制流程。看看设计蓝图有了,卫星的研制还要经过哪些过程。


当然了不同国家,不同的航天机构其实在这一过程中还是有很多不同的地方,我们就挑一些差不多的,共性比较强的过程来聊聊。


如果说卫星的设计是把一个梦变成了一个摸得着的计划,那么卫星的研制就是把梦按照图纸造出来的过程。聪明如我读者应该知道这里面横躺着无数的理想和现实间差距,这些差距阻挡着一颗卫星的顺利诞生。


好在这个梦我们反反复复地做也一次又一次地实现(虽然也经历了很多失败),因此积累下了不少经验,这些经验慢慢地进凝练成了我们现在这些航天工业系统所遵循的研制流程。






如果参照NASA的航天任务阶段划分来说,卫星的研制流程可以理解为Phase C和Phase D阶段,接近我国的初样和正样阶段。


Phase C是设计形成基线后的研制阶段,在这个阶段里面不可能完全按照设计的方案百分百的完成,因为总有些设计是存在问题的,这个阶段需要在实际过程中发现设计存在的问题并进行解决。


在Phase C结束之后就会形成一个新的基线,一般来说这个时候没有出现重大的问题,设计是不能接受变动的。剩下来的工作就是将要上天的所有部分制造出来,装到一起,照着设计的要求通过测试试验一个个地打勾,确定后就等着飞天开始干活。



化整为零、化零为整


设计确定后,实际上Phase C是一个分头干活的过程。上一次我们讲了卫星平台包含了什么姿控啊、通信啊、能源之类的分系统,这些分系统又包含很多的单机部件,同样载荷也是一样的情况。


所以一开始就是分头干活了呗,该造部组件的造部组件,该做结构的搭结构,大家一起并行干活。


活干好了就一层层的集成,一个一个单机集成好了,就来进行平台的集成,最后再进行平台和载荷的集成。


当然事实是每次集成都会面临很多未预见的问题,由于大家都是分头干活难免把一些理解上的偏差放大,导致系统没法工作,所以会有一些重复。







在制造的过程中也面临着一些实际的问题,就是不同的单机部组件可能要通过不同方法来实现。这些情况可以大致分为这些部组件或者单机要买,或者没法买要自己研制、或者是复用。那么不同的选择也面临着不同的境况。






通过购买可能会遇到一些渠道的问题,比如进出口的限制啊,运输环境带来的影响啊等等;自己制造的话就需要进行更细致的安排,提高了管理的负担,但也可提高对于节奏的把握度。


乐高时间(把它们装起来)


单机部组件,卫星平台的结构和载荷都有了,接下来就是把所有东西装起来的过程了。这个过程看起来和乐高搭积木的过程很像,手边一大堆积木,然后要拼出一个庞然大物。虽然实际的总转要比拼乐高难得多,但是还是有很多相似的地方。





首先,如果我们拼过乐高的话,对于复杂的模型我们需要参照盒子里那本厚厚的手册一步步地来组装了。那么对于卫星来说,我们也需要这样的一本手册,来以此进行卫星总装工作。这就是卫星的总装设计流程,我们得按照卫星的设计要求,设计出来进行总装的这本手册。


在卫星的具体安装过程中,有一些安装是有很高要求的,所以我们又需要非常精密的仪器来辅助我们的安装过程,例如经纬仪什么的。那么这些具体的技术过程的要求和实施方法的就要形成一个总装技术流程,来保证装的是对的更是准的


是骡子是马拉出来溜溜-测试试验


卫星设计出来都是为了满足特定的任务要求的,同时卫星从制造、存储、运输到发射、再到在轨工作都要经历不同的环境等等,为了验证卫星是否具备适应不同环境并最终正常工作,就需要经历一系列的测试的试验。行不行要先验证了才能上天工作。







卫星是一个复杂的系统工程,需要开展的测试试验非常之多,如果是载人航天等更复杂的项目,这些测试的种类还将更加惊人。这也是卫星造价很难降低的原因之一,毕竟小心驶得万年船,航天里再小的失误都可能是致命的。


一般来说这些测试也是逐层开展的,从早期的一些测试功能的电测试,到集成后的环境试验,和针对特殊空间任务的测试,和游戏通关一样,要逐个通过才能最终进入发射状态,即便到了发射架上还有一些最后的简单测试。


一些工具


和其他的工程管理类似的,管理卫星这种系统工程也会用到一些工具。例如甘特图来进行整个研制进度的规划与把控,找到关键点并进行有效及时干预。


还有工作分解结构(WBS Work Breakdown Structure),将任务更具可分解的小单元进行拆分和管理。





卫星的研制流程在如今越来越短的时间线变化过程中,完成了很多优化,也面临着越来越多的挑战,OneWeb和SpaceX从流程方面的创新也在冲击着传统的制造流程,相信这会带来更多更好的变化。


下一次我们再跳跃一下话题,聊聊一些运载器,欢迎大家继续关注。


同时也欢迎大家关注我的公众号:宇聊


能看到晟宇其他方面的一些分享。


[航天甲子年五十讲] 往期回顾

张晟宇:【航天甲子年50讲】 01 飞天zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 02 轨道力学zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 03 轨道摄动zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 04 奔月:从地球到月球zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 05 空间任务几何zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 06 空间环境zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 07 卫星设计流程zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 08 载人航天zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 09 空间机器人zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 10 空间望远镜zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 11 微小卫星zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 12 空间分布式系统zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 13 深空探测史zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 14 深空探测器zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 15 星际”WiFi“深空网zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 16 通信卫星zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 17 同步轨道通信卫星zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 18 NGSO 通信卫星zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 19 空间组网技术zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 20 卫星自组织网络zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 21 LEO星座网络zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 22 导航卫星发展史zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 23 导航卫星定位原理zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 24 导航卫星误差分析zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 25 北斗导航卫星发展历程zhuanlan.zhihu.com图标张晟宇:【航天甲子年50讲】 26 卫星平台zhuanlan.zhihu.com图标

如果想和晟宇在商业航天领域深入交流,从【在行】里相约吧~

张晟宇- 中科院微小卫星创新研究院高级主管 | 到「在行」来约见我www.zaih.com图标