航天器用固态功率放大器加速寿命试验方法研究

针对航天器电子产品的寿命预示问题,文章指出对航天器电子产品开展加速寿命试验(ALT)研究,首先要利用故障模式、机理及影响分析(FMMEA),确定产品的主要失效机理和敏感应力;然后利用理论分析或可靠性强化试验确定产品的工作极限;最后设计出完整的试验方案。针对航天器固态功率放大器进行试验,验证了加速寿命试验在航天器电子产品中的适用性。     

天线指向微调机构寿命分析及试验验证

考虑到各种环境因素可能对天线波束指向产生影响以及星载天线在轨服务区重置的需求,越来越多的星载天线要求具有在轨指向微调功能。文章针对一种天线微调机构,利用磨损程度评估技术开展了其寿命预估,同时使用加速寿命试验完成了其寿命试验考核工作。     

高分三号卫星X频段固放寿命试验方案设计与验证

首先对X频段固态功率放大器(简称固放)的寿命进行了相关分析。针对高分三号(GF-3)卫星的在轨使用工况,分析出其寿命期内关键验证项目,并分别对设计试验进行验证。包含开关机电路的寿命分析及验证、大功率放大电路的寿命分析及验证、典型工艺的寿命分析及验证三个方面。其中大功率放大电路的寿命验证使用经典的Arrhenius模型,以热应力作为加速因子,进行加速验证。典型工艺选取导电胶粘接工艺,疲劳失效采用Confin-Manson模型进行分析验证。通过相关寿命试验验证,证明X频段10 W固放可以满足8年寿命要求。     

星上产品温度循环加速寿命试验模型及试验设计方法研究

航天产品加速寿命试验一般都采用高温应力,加速模型应用阿伦尼斯模型。但除了受高温影响之外,星上产品在轨还长期受到温度循环应力的作用。目前国内航天产品开展温度循环应力加速寿命试验缺乏相关理论模型支持,本文针对温度循环加速寿命模型和试验设计开展了研究,可为星上产品开展温度循环加速寿命试验提供理论支持。     

星上典型耗损失效单机寿命评估研究

围绕卫星长寿命的需求,针对锂电池、飞轮、太阳电池阵、半液浮陀螺4类具有典型耗损失效特征的寿命关键单机,在失效机理分析的基础上提出了相应的寿命评估方法,利用产品地面试验和在轨飞行数据,得到了4类产品的寿命预测曲线和寿命评估值。本文提出的寿命评估方法符合工程实际,对有关单位具有重要的参考价值。     

基于多元性能加速退化的航天器DC/DC电源寿命评估方法研究

文章针对航天器DC/DC电源多性能退化的特征,利用Wiener过程结合加速模型建立产品的加速性能退化模型,采用计及相关性的Copula函数对不同性能的退化数据进行融合,提出一种基于多元性能加速退化的寿命评估方法。以某型号产品作为研究对象,对通过步进应力加速退化试验获得的多元性能退化数据进行建模评估,得到产品的失效激活能与使用寿命的评估结果。该方法可缩短产品寿命评估试验的时间,合理评价不同性能退化过程之间的相关性,充分利用有限的试验数据,为具有多性能退化特征的航天小子样产品寿命评估工作提供了一种解决思路。     

中型敏捷遥感卫星公用平台寿命工作研究与实践

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称"平台")是我国首个寿命要求8年的低轨卫星平台,相对于之前国内低轨卫星设计寿命一般为3～5年,技术跨越很大。为确保各项工作的系统性和规范化,开展平台寿命工作。文章介绍了平台寿命工作策划、设计分析、试验、评估等内容,以及寿命指标分配、寿命故障模式与影响分析(FMEA)和寿命建模等关键技术研究及应用情况。通过平台寿命工作,识别了锂电池等51种有限寿命单机,并获得了量化的寿命评估结果,提出了后续卫星利用在轨飞行数据修正模型、完善技术方法的工作建议。     

两种工程化的航天器用滚动轴承加速寿命试验方法

滚动轴承是航天器转动类产品的关键零部件,对其开展寿命和可靠性评估的重要方式之一是加速寿命试验。文章提出两种工程化的航天器用滚动轴承加速寿命试验方法,介绍在加速应力、加速模型、样本量、试验时间方面的选取思路和依据,以及模型参数的估计方法;以具体的航天型号产品为对象,进行这两种方法的算例对比分析。结果表明:鉴定性试验（方案1）成本低廉,操作难度较低,但只能给出定性结论;摸底性试验（方案2）能够提供寿命、可靠度等定量结果,但所需样本量较大,试验时间较长,试验成本较高,参数估计计算过程较复杂。     

谐波减速器空间润滑及性能研究

谐波减速器采用的润滑技术是影响其在轨运动性能和服役寿命的主要因素。以XB40-200型谐波减速器为研究对象,刚轮-柔轮传动副采用油脂润滑,柔性轴承采用固体润滑,在优于1×10 -3Pa真空环境中进行了减速器传动效率和工作负载、工作温度关系研究,并开展了1000 h真空寿命试验。结果表明：谐波减速器传动效率随工作负载的升高总体呈增大趋势,在真空寿命试验的前500 h谐波减速器传动效率随工作温度升高而升高,后500h中其传动效率基本保持一致,1000 h真空寿命试验结束时谐波减速器传动效率平均值约50%。试验后对减速器进行分解得到,柔轮内壁与波发生器接触部位磨损明显,是下一步润滑工艺改进的重点。
     

基于Arrhenius模型的星载电子产品加速寿命试验技术

为满足"高分三号"卫星8年长寿命在轨数据处理需求,须开展针对数据处理单元(DPU)的可靠性设计验证。针对星载DPU,采用基于阿伦尼斯(Arrhenius)模型的加速因子估计方法进行高温加速寿命试验方案设计与分析,并给出故障判定及处理准则。8年加速寿命试验结果验证了DPU产品各项功能和性能满足技术指标。加速寿命试验技术能够在较短的时间内用较低的成本快速估计星载电子产品的可靠性,在航天产品设计中具有广阔的应用前景。     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求，针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA），阐述了器件存在的可靠性问题，提出了整机高可靠设计方法。首先，探讨了氮化镓器件的典型失效机理，给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果，分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次，围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计，研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计，并给出了典型的仿真及实验结果。最后，给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果，产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性，为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。     

陶瓷基分子吸附器的航天器污染控制性能试验研究

为验证陶瓷基分子吸附器利用多孔材料的吸附性能降低航天器一定区域内污染水平的能力,试验研究真空环境中13X分子筛材料的分子污染物吸/脱附特性,以及以13X分子筛为吸附剂的陶瓷基分子吸附器对航天器用电缆放气产物的吸附性能。试验结果表明:13X分子筛可以有效捕获污染物分子,陶瓷基分子吸附器的吸附能力在3.1×10-2～3.4×10-2 g/cm2之间。陶瓷基分子吸附器可以应用于航天器热真空试验和在轨运行时的污染控制,有利于延长航天器寿命、提高航天器可靠性。     

一种抑制微放电的宽带大功率定向耦合器设计

在卫星有效载荷系统中，3dB定向耦合器作为微波工程关键器件已得到广泛应用，而此类器件在太空真空环境中，常因真空环境下大功率工况引发的微放电效应形成谐振放电现象，影响耦合器性能与寿命，对于卫星系统日益增多的小型化及大功率需求，在器件设计时应充分考虑微放电效应并兼顾小型化要求，采用有效抑制手段以确保器件在轨稳定可靠。通过分析定向耦合器工作原理与不同结构耦合器之间的差异，阐述了真空环境下的微放电效应产生机理，针对性地采取基于奇偶模分析法的耦合线结构耦合器设计方法，选用高导热材料Rogers TC350+作为耦合器介质，利用软基板多层混压方式进行产品加工，通过仿真试验与真空环境实测，表明此类设计既具有体积小、重量轻的特点，又可有效抑制器件微放电效应，确保了耦合器的工作性能，满足卫星系统使用工况。     

基于退化信息融合理论的可靠性预测研究

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据,而目前对于高可靠长寿命的电子产品,很难通过加速试验获得其失效寿命时间。为解决这一矛盾,将性能退化理论、信息融合技术与传统可靠性评估方法相结合,提出基于退化信息融合理论的可靠性预测的新方法,并应用某型雷达24V/2A稳压电源板的加速性能退化试验进行验证,结果表明方法用于高可靠长寿命电子产品的可靠性评估是正确有效的。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

一种L波段国产GaN固态雷达发射机

为了应对国产雷达所有元器件均国产化需求,设计了一款工作频点在1.2GHZ~ 1.4 GHz的国产氮化镓（gallium nitride,GaN）固态雷达发射机。使用国产GaN功率模块对发射系统最大限度地进行小型化设计,降低组件的重量,加强设备的高可靠性及维护方便性设计,进一步完善GaN功率模块在线测试功能,使产品具有高可靠性和完善的雷达故障诊断功能。增加系统的监控、检测及显示功能,并将各种工作状态信号都传输到主监控上,使系统的各种工作状态都能够在终端上显示,使操作人员通过终端界面便可以检查发射系统的各种工作参数,判断发射机的工作状态。在电磁兼容方面通过谐波滤波器对二次谐波的抑制,测试结果表明,发射系统输出信号的二次谐波小于等于-66dB。     

航天器新型高密度排插型DC10电缆安装技术

以互联网卫星上首次使用的新型高密度排插型电缆组件为研究对象,介绍了集成式排插型电连接器的制造技术要求和工作原理,从电连接器结构分析出发,研究影响该类型电缆的安装因素。首次提出了新型高密度排插型电缆的安装方法,阐述了该类型电缆的弯曲半径要求、绑扎要求、紧固力矩值要求和使用专用工装的拆卸方法。经过分系统的实际在轨性能测试验证,该安装技术可以显著降低新型高密度排插型电缆组件在大通量、高饱和度信号传输状态下性能下降的现象,成功解决了该类型电缆在卫星狭小空间下的安装与拆卸难题,提高了该类型电缆在卫星狭小空间内的安装精度和分系统的在轨可靠性,为该新型高密度排插型电缆组件的安装在后续卫星批量应用提供了技术指导和工艺基础。     

卫星天线及微波器件大功率微放电试验技术

卫星天线及微波器件在多载波工作时具有很高的瞬时功率,面临着大功率微放电的危险。文章针对卫星天线及微波器件在多载波输入下的工作状态,对天线及器件内的峰包功率量值进行了分析计算,得到了进行大功率微放电试验所需的功率量级,并提出了多载波状态下微放电试验的设备配置方案,为后续试验工作打下了基础。     

基于性能退化数据的可靠性评估

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据，对于高可靠长寿命产品，很难通过寿命试验和加速寿命试验获得失效寿命时间，这种情况下产品的性能退化数据可提供可靠性评估的重要信息。在基于失效数据可靠性评估及性能可靠性评估方法的基础上，提出了基于退化轨迹与基于性能退化量分布两种可靠性评估方法，以对具有退化失效机理的高可靠长寿命产品进行可靠性评估。基于退化轨迹的可靠性评估方法首先选取合适的退化轨迹模型，利用退化数据对退化轨迹进行模型拟合得到模型参数，然后根据退化轨迹外推得到伪失效寿命，最后根据完全寿命试验数据的统计分析方法进行统计分析得到产品可靠性信息。基于性能退化量分布的可靠性评估方法首先计算不同测量时刻产品性能退化量的统计特征，对其进行曲线拟合得到统计特征随时间变化的函数，即性能退化量分布参数，最后利用可靠性与性能退化量分布的关系评估产品的可靠性。本文最后给出了两种可靠性评估方法的应用案例，验证了方法的正确性与有效性。