基本介紹
- 中文名：太空飛行器環境工程
- 外文名：Spacecraft Environmental Engineering
- 套用領域：航空航天
發展回顧,作用與任務,重要性,與可靠性工程的關係,發展趨勢,國內發展展望,總結,
發展回顧
在 20世紀 , 隨著航天技術發展的需求 , 太空飛行器環境工程得到了巨大的發展動力。這首先表現在包括中國在內的世界各發展航天技術的國家都建起了試驗設備齊全、 規模巨大的環境試驗中心和試驗設施 , 足以滿足各種型號太空飛行器研製的需要; 同時 , 在太空飛行器研製的長期過程中形成了一整套較完整的試驗理論和做法 ,並總結在有關的太空飛行器試驗標準中。航天環境工程的發展還表現在以下幾個方面:
1、明確和突出了太空飛行器研製中環境驗證工作的重要性
太空飛行器多年研製工作經驗證明 , 為了保證所研製的太空飛行器滿足預定的性能要求和使用壽命 , 雖然精心設計和製造是關鍵 , 然而全面、 嚴格的驗證工作也是絕對不可少的 , 為此 ,各國都十分重視太空飛行器的驗證工作 , 並制定了相應的標準。 1999年1月 , 美國軍方發布了MIL-STD-1540D“運載器、 頂級飛行器和太空飛行器產品驗證要求”。歐空局 ( ESA) 很早就制定了標準 ESA-PSS-01-80“ ESA載人和無人太空飛行器驗證指南”。在此基礎上 , 後來成立的歐洲空間標準化合作組織 ( ECSS) 在工程系列 ( E系列 ) 標準中有一個詳細規定如何進行航天產品驗證的標準 ECSS-E-10-02A“ Space Engineering: Verification” ( 1998年 11月頒布 )。驗證工作不僅是太空飛行器研製單位所必須重視的 , 同時也是定貨方通過研製過程中的各項驗證工作來監督太空飛行器研製進程和質量的重要環節。驗證工作有多種形式 ,如 M IL-STD-1540D指出的: 驗證可以通過分析、試驗、 檢驗、演示、相似性等方法或它們的組合來實現。由上述標準可以看出 , 驗證工作實質上是環境驗證工作 , 即驗證太空飛行器的設計和製造質量是否能夠經受住各種環境的考驗 , 並滿足契約規定的性能和壽命要求。 它是以環境工程為基礎 , 而環境試驗是環境驗證工作的主要內容和重要手段。
關於環境工程在航天產品研製中的作用與任務 ,在 1996年 4月頒布的歐洲空間工程系列標準 ECSS-E-10A“系統工程” 中作了明確的規定。它指出環境工程是整個系統工程工作的一部分 , 必須充分考慮太空飛行器壽命期間所經受的各種自然的和誘發的環境條件 , 並在研製計畫的早期就開始 , 同時要有環境工程專家來實施該項工作。
十多年來 , 歐空局 AIV (組裝、 總裝、 驗證 ) /AIT (組裝、 總裝、 試驗 ) 已經在各個航天型號研製中得到廣泛的套用。 在標準 ECSS-E-10-02A中把 AIV計畫規定為型號項目驗證過程中的主要計畫。 AIV /AIT的提出並不是最近的事 , 歐空局早在 1984年就發布了一個檔案: ESA TF /DM /9352“ ESA無人太空飛行器組裝、 總裝和驗證指南”。由於驗證工作的主要內容是試驗 (測試 ) , 所以又稱 AIT, 但是直到 90年代 , 才逐漸形成了一套較系統的做法。 ECSS-E-10-02A指出: AIV計畫包括總的驗證途徑、 模型原理、 硬體矩陣、 各類要求的驗證策略、 分析 /設計評審 /檢驗大綱、 裝配、 總裝與試驗大綱、 AIV工作清單與相關的計畫、 選用的試驗設施、 驗證工具、 驗證控制方法、 有關檔案、 驗證工作的管理與組織等。 AIV /AIT是一種工作方法和程式 , 是產品研製工作和驗證工作的有機結合 , 也是並行工程在太空飛行器研製中的具體運用。
在美國 , 雖然沒有 AIV提法 , 但是在 NASA的各中心建立了安全和任務保證部門 , 對各個型號提出全面的任務保證要求 , 而驗證工作則是任務保證要求中的重要組成部分。 例如 , NASA的哥達德航天中心 ( GSFC) 在 1996年頒布的 《軌道項目任務保證指南》 (草案 )中對如何保證一個航天型號完成預定的任務要求給出了全面和詳細的規定 ,其中對驗證工作做了詳細的闡述。 該指南指出 , 驗證工作的主要內容是試驗驗證 , 並要求環境試驗驗證工作按中心制定的標準 “太空梭和一次使用運載器有效載荷及組件通用環境驗證規範” ( GEVS-SE) 來進行。
在產品研製中 , 常聽到 “可靠性試驗” 這個詞。 若把環境試驗理解為僅僅解決 “環境適應性” 問題 , 而可靠性試驗才解決產品的可靠性 , 則是一種模糊的認識。 環境試驗和可靠性試驗都是廣義的概念 , 前者是從環境工程的角度來看產品研製中所要做的試驗 , 後者是從可靠性工程的角度來看待這些試驗 , 兩者的內容雖然有一些差別 , 但在實質上是一致的和統一的。 不論是什麼名稱的試驗 , 都是為了提高和保證產品的可靠性 , 而環境作用(環境應力和載荷 ) 則是主要手段 , 因此 , 在太空飛行器研製中 , 應該從可靠性保證的要求出發 ,以有關的試驗標準為依據 , 制定完整的環境管理計畫和包括研製過程各階段的試驗大綱和試驗計畫 , 並認真實施 , 來確保產品的可靠性要求。
2、環境試驗技術水平進一步提高
如果說在太空飛行器研製早期 , 在環境工程方面首先關注的是動力學環境和熱 -真空環境 ,那么通過太空飛行器研製和軌道運行中暴露的問題對其它空間環境及其效應有了進一步的認識 , 發現了許多在設計中必須重視的其它空間環境和環境效應 , 如空間輻射、 表面充放電、原子氧、 空間碎片等 , 開展了許多研究工作 , 建成了相應的試驗設備。 此外 , 通過實驗室試驗和實測對空間環境的長期、 綜合效應也有了較深入的認識。 在這些研究工作的基礎上建立了各種環境模型、 資料庫和分析軟體來為型號研製服務。 在這方面各國都投入了很大的力量 , 例如 , 自 1995年起 , 美國 NASA開始了一項 “空間環境及其效應” ( SEE) 計畫 ,針對電磁效應、 電離輻射、 材料及工藝、 微流星及軌道碎片、 中性外污染、 電漿及熱層等方面問題 , 組織了國內一百多家公司和科研機構 , 開展了多項課題研究 , 獲得了許多成果。 利用衛星、 載人飛船和空間站進行空間環境探測和效應研究也是其重要方面。
與此同時 , 為了使環境試驗能更真實地模擬太空飛行器的環境 , 多年來各國對環境模擬方法和試驗技術進行了不斷的研究和改進。 這些工作的重點首先是針對最重要和數量最大的兩類試驗 , 即振動、 聲和衝擊等動力學環境試驗和各種不同類型的熱試驗。 例如 , 在航天型號的振動試驗中已經使用了力控技術 , 同時用多軸 (多自由度 ) 振動試驗部分地代替單軸振動試驗; 爆炸衝擊環境與聲振環境的模擬和試驗技術也有了很大的發展; 在熱試驗方面 , 將熱分析和試驗相結合以及瞬態熱流模擬技術的採用提高了熱模擬技術的正確性並減少了試驗的工況、 縮短了試驗時間; 將熱真空試驗和常壓熱試驗結合來提高航天產品的可靠性以及在環境應力篩選的套用等方面也取得很大進展。 同時 , 考慮太空飛行器的長壽命和高可靠要求 , 在空間輻射和特殊環境的長期、 綜合效應模擬與試驗方法 , 包括加速試驗方法等方面也開展了大量的試驗研究工作 , 取得很大進步。
3、計算機技術和數位技術得到了廣泛的套用
為了使環境工程更好地為太空飛行器研製服務 , 環境工程必須在各方面充分利用新技術來滿足型號研製需求。 在環境工程領域 , 計算機和數位技術有著廣泛的套用場所 , 對促進環境工程的發展 , 提高試驗技術水平起了巨大的推動作用。
首先 , 將計算機和數位技術用於環境試驗的實時控制、 設備管理和數據採集處理等方面取得很大進展 , 大大提高了環境模擬試驗的正確性與安全實施 , 提高了試驗水平和效果並縮短了試驗時間; 否則 , 許多試驗技術 , 如聲振和衝擊環境模擬等都不易實現 , 大型試件或系統級的力學環境試驗和熱環境試驗難以想像。
另一方面 , 建立各種環境和環境試驗資料庫系統 , 並配以各種分析軟體來利用已有的各個型號的試驗數據和實測數據於新型號研製也有了很大發展。 最近十多年來 , 國內外已經建立了或正在建立各種類型的環境資料庫及分析預示系統 , 例如美國 NASA建立的VAPEPS (有效載荷聲振環境預示系統 )已經在美國航天領域廣泛使用 , 它大大方便了對新的航天型號給出較為合理可信的聲振等動力學環境預示結果。
將分析和試驗相結合 , 利用計算機仿真技術來進行環境試驗的設計 , 包括確定試驗參數、 控制點位置的選擇和試件可試驗性的研究等 , 從而最佳化試驗方案 , 減少試驗次數並增加安全性 , 也是計算機和數位技術用於環境工程的重要方面。例如美國 Sandia公司開發了一套試驗仿真工具稱為振動試驗最佳化虛擬環境 (VETO)就是為達到上述目的而研製的。
總而言之 , 到 20世紀末 , 太空飛行器環境工程的發展已經基本滿足了太空飛行器研製的需要;在太空飛行器研製中如何套用環境工程和環境試驗也已經有了一套較為完整的理論和做法; 環境工程在太空飛行器研製中的作用與重要性已經很明顯。
作用與任務
環境工程在各種產品研製中所起的作用越來越被人們所重視。例如 , 2000年發布的美軍標 MIL-STD-801F “環境工程考慮和實驗室試驗” 對環境工程的重要性及其內涵作了清楚的闡述。 在它的第一部分 “環境工程大綱指南” 中 , 對環境工程在武器裝備研製中的作用作了進一步的說明 , 對環境工程專家的作用和任務也作了明確的規定。在太空飛行器研製中 ,環境工程主要解決如下任務:
1) 確定航天產品在整個壽命期將要經受的環境 (壽命期環境剖面 ) 及其嚴酷程度 , 即進行環境預示工作 , 並研究這些環境對產品 (包括材料、 元器件、 組件、 分系統直至整個系統 ) 產生的效應和影響;
2) 制定整個產品研製過程中有關環境的工作計畫和環境試驗大綱 , 規定在研製各階段所要進行的環境試驗項目 , 提出產品的環境設計要求與試驗要求;
3) 進行產品的環境設計、 控制和防護 , 選擇適用的材料和電子元器件 , 確保產品在預定的壽命期內正常工作;
4) 在研製過程各階段對產品進行環境試驗 , 檢驗產品的設計和製造質量 , 包括所用的電子元器件、 材料及製造工藝等 , 暴露產品中潛在的缺陷 , 排除早期失效 , 使其可靠性達到預定的要求。
5) 對環境試驗結果進行分析評估 , 對產品的環境可靠性和試驗有效性作出評價。由於太空飛行器所經受的環境十分複雜和多樣化 , 同時對太空飛行器的壽命要求不斷延長 , 空間環境的長期和綜合作用更不能忽視。加之太空飛行器的研製費用昂貴 , 要求極高的可靠性 ,因此在太空飛行器研製中環境工程和環境試驗的任務十分繁重。
環境試驗是環境工程的重要組成部分 , 它不僅是產品研製、鑑定和驗收的重要手段 ,也是產品環境預示、 環境效應研究和解決環境設計及防護等方面問題必不可少的工具。同時 ,環境工程是充分和正確發揮環境試驗在產品研製中的作用的基礎 ,沒有環境工程的支撐 ,環境試驗的有效性就不能得到保證。
重要性
眾所周知，太空飛行器是由多個分系統、數萬個零部件組成的極為複雜的產品，在軌道運行期間 一旦出現故障，除了太空梭和空間站外，一般 都不能直接維修，因此要求有很高的可靠性；由 於生產批量小，難以實現自動化加工，'產品質量 和穩定性難以保證，研製周期長、協作面廣，給 產品質量控制增添了難度，太空飛行器研製、發射耗 資巨大，一般都以數億元甚至數十億元人民幣計, 因此必須做充分的環境試驗。充分的地面環境模 擬試驗，還可以使太空飛行器得到合理的設計，避免 過厚的禁止與結構，減少備用燃料，降低研製成 本，節省經費。所以“太空飛行器環境工程”的研究 和試驗是太空飛行器設計研製過程中的重要環節。
40多年的航天技術的發展實踐證明：幾乎所 有的太空飛行器環境參數，對太空飛行器都有不可忽視的 影響。環境導致的太空飛行器事故舉不勝舉，據統計， 其中空間環境占70%,力學環境占20%,其它環 境為10%。因此，世界各航天國家都重視太空飛行器 環境工程的發展，作為航天技術的重點來進行研 究，它也是發展航天技術的重大基礎學科。
與可靠性工程的關係
環境工程是為產品可靠性服務的。由於產品的可靠性與它所經受的環境密切相關，為了保證產品的可靠性，一系列有關環境的問題需要環境工程來解 決，大量的環境試驗是驗證產品設計和製造質量，提高和保證產品可靠性的重要手段.環 境工程，正如許多其它的工程學科如：質量保證、人機工程、系統安全性、元件、材料和 工藝控制、維修性等，對可靠性工程起著重要的支撐作用，同時它們之間都有著接口關係。 忽視了環境工程，就會使產品的可靠性問題得不到很好的解決。
從環境工程的角度來看，在產品的研製過程中，要做各種類型的環境試 驗，而從可靠性工程的角度來看，要做所謂可靠性試驗。環境試驗和可靠性試驗是什麼關 系？對這個問題似乎有許多不同的看法。其實，它們在目的和手段上是一致的。從環境工 程的角度來看，環境試驗是為產品可靠性服務的手段，在產品研製過程中要進行大量各種 類型的環境試驗，由於不同階段試驗目的不一樣，環境試驗條件和要求都不相同，試驗冠 以不同的名稱，如研製試驗、壽命試驗、鑑定試驗和驗收試驗等；另一方面，可靠性標準 中提出要進行的各類可靠性試驗，如可靠性研製增長試驗和環境應力篩選、可靠性鑑定試 驗和可靠性驗收試驗，實質上也都是環境試驗的套用，二者沒有本質的區別。
關於環境試驗和可靠性試驗的關係和差別有許多不同的看法，這並不奇怪，因為不同 部門，由於所研製產品的特點不同或其它原因，如何在產品研製過程中套用試驗這一手段 來提高和保證產品的可靠性，必然會有很大的差別.這裡對此不作詳細討論，但應該指出 的是：
1)應廣義地來理解環境試驗和可靠性試驗，它們都是為了保證和提高產品的可靠 性，目的是可靠性，手段主要是環境載荷或環境應力（包括電應力），就試驗類型和使用的 設備來看，二者並無差別。產品研製過程中的試驗既可稱為可靠性試驗，也可稱為環境試 驗，但是這兩個名詞都應看作是泛指的，而不是特定的某項試驗。由於在研製過程不同階 段進行試驗的目的不同，因而往往取不同的名稱，試驗要求和條件都不一樣。但歸根到底， 試驗的目的首先是驗證設計的正確性和檢驗產品的製造質量，通過試驗揭露出產品潛在的 缺陷並加以排除來提高產品的可靠性；試驗的第二個目的是要驗證產品的可靠性指標是否 達到契約要求。而不同的產品研製部門如何套用環境試驗這一手段，在研製過程中要做哪 些試驗，這些試驗叫什麼名稱，是有很大差別的，它取決於不同產品的特點和研製過程, 不可能也不必要強求一律，關鍵是如何更合理而有效地套用環境試驗這一手段。
2)可靠性試驗和環境試驗都是貫穿在產品的整個研製過程中.二者都是為產品可靠 性服務，它們應該統一在一個試驗大綱中，而不應將它們割裂或對立。有一種看法認為： 環境試驗是解決產品的環境適應性問題，可靠性試驗才解決可靠性問題，這種說法值得商 榷.“環境適應性”的含義是什麼？如果說環境試驗就是為了解決產品的環境適應性問題, 它對產品的可靠性起什麼作用？其具體目的和試驗條件是什麼？它是否包括在可靠性標準所規定的可靠性工程試驗中？事實上，國內外可靠性保證標準如美軍標MIL-STD-785B 或國軍標GJB 450-88中規定的產品研製過程中的可靠性試驗，包含了兩部分試驗：可靠 性工程試驗(即可靠性研製增長試驗和環境應力篩選)及可靠性統計試驗(可靠性鑑定試驗 和可靠性驗收試驗），而前一類試驗對保證產品的可靠性更為重要，是基本的。而可靠性 統計試驗是著重於可靠性指標的驗證。
3)不同的產品研製部門，對環境試驗這一手段的套用有各自的認識和發展過程，在 試驗內容和方法上都有很大的差別，對環境和環境試驗問題重要性的認識過程也不同。試 驗所用的名稱也不同。例如，艦船或其它產品在環境試驗套用上具有其自己的特點，不能 強求一律。對小批量生產的產品如衛星和載人飛船等各類太空飛行器，上述兩個標準即MIL-STD-785B和GJB 450-88是不適用的，適用於太空飛行器的是美軍標MIL-STD-1543B “太空飛行器 和運載器可靠性大綱的要求”和相應的國軍標GJB 1408-94 “太空飛行器和飛彈武器系統可靠 性大綱要求”。在這兩個標準中，可靠性統計試驗是不適用的。對太空飛行器進行“可靠性研 制增長試驗”和“環境應力篩選”與其它產品也有所不同。在MIL-STD-1543B中就其已經 闡述得很清楚。太空飛行器的可靠性試驗應與美軍標MIL-STD-1540規定的環境試驗合在一 起，太空飛行器的可靠性提高和保證實際上是通過MIL-STD-1540中規定的試驗來達到的，而 不是依據美軍標MIL-STD_781、國軍標GJB 899-90或MIL-STD-810等來進行試驗。
因此，在一項產品研製中，應該從可靠性保證的要求出發，制定完整的環境管理計畫 並制定統一的包括研製過程各階段的試驗大綱和試驗計畫，認真實施，來確保產品的可靠 性要求。可靠性試驗和環境試驗應該統一起來，它們是質量保證工作或任務保證工作的一 部分。最近國外有人把產品研製中的各項試驗統稱為環境可靠性試驗，這也許更恰當。
發展趨勢
和其它先進複雜的武器裝備研製一樣，太空飛行器研製也是一項龐大的系統工程。在當前 市場競爭激烈的時代，為了提高工作效率，使研製的產品高質量和高可靠性、研製成本低 而周期短，充分調動和發揮各有關部門(設計、製造、試驗及後勤支持等)的力量協調工作 是十分必要的。在產品研製過程中進行全面質量管理，且同時套用並行工程的工作方法是 當前產品研製工作的特點。其中，環境工程是不可或缺的重要部分，它也將必然越來越受 到重視。
應該充分認識到太空飛行器環境問題的重要性和複雜性，即使精心設計和製造，並在地面 做了大量環境試驗，仍難保證太空飛行器上天后一點問題都不出現。就以美國來說，儘管在航 天器研製方面積累了大量的經驗，情況也是如此。美國NASA的哥達德航天中心近年來所 發射的衛星在軌道運行中仍然發生了許多問題，稱為“異常”（anormaly),它包括工作不正常及故障，對任務完成有不同程度的影響。
幸而其中絕大部分異常不很嚴重，對衛星的飛行任務沒有造成嚴重損害。這些問題的 出現在一定程度上說明了人們對太空飛行器所處空間環境的複雜性及其綜合長期的影響還認 識不足，設計上還考慮得不夠全面；而另一個原因，地面試驗，特別是環境試驗做得不夠 充分或效果有問題，未能暴露應暴露的產品潛在缺陷。由於太空飛行器構造精密複雜，所經受 環境十分複雜而且還難以完全掌握，入軌後在其長期運行過程中出現這樣那樣的問題，越 是新的型號，問題可能越多。因此，決不能對環境問題掉以輕心。在環境工程和環境試驗 方面多投入些，努力提高環境工程和環境試驗的水平，比起太空飛行器研製費用或發射上天后 出問題所化的代價要小得多。
在21世紀，環境工程發展的趨勢可以從以下幾個方面來看：
1)環境工程是武器裝備研製工作的重要組成部分，必須將它貫穿在整個產品研製過 程。從國外的經驗來看，對這個問題已有了明確的認識。最明顯的例子就是，美軍標 MIL-STD-810原來僅是軍用產品的環境試驗方法標準，但自MIL-STD-810D開始，提出要 對所研製的產品進行環境剪裁，要在軍用產品研製初期制定環境管理計畫，其中包括： 確定產品壽命期環境剖面或環境條件；規定環境設計和試驗要求，包括制定試驗計畫；制 定工作環境驗證計畫，收集和分析現場數據來驗證環境設計和試驗準則等。同時指出，需 要有所謂環境工程專家來承擔該工作·到MIL-STD-8Q1F，在第一部分“環境工程大綱指 南”中，對上述問題作了進一步細化和發展，並且明確地定義了環境工程專家的作用。這 表明，問題不是在於做試驗，而是怎樣來從環境工程的角度出發，來計畫和設計整個環境 試驗工作，確定要做哪些試驗，試驗條件如何制定等.顯然，該標準將在21世紀對美國 武器裝備研製中加強有關環境工程的工作起重要的指導作用，對太空飛行器的研製工作也有參 考價值，有利於更快、更好、更省地研製太空飛行器。
2)國外在太空飛行器和其它產品研製中正大力推行並行工程，目的是要使產品研製生產 的各有關部門和技術領域更好地協調一致地工作，群策群力，把問題儘早地和及時地暴露 和解決。歐空局自90年代初開始在太空飛行器研製工作中推行所謂AIT或AIV。把設計、制 造、總裝、測試和驗證(試驗)結合在一起，從而提高產品的可靠性並降低研製費用。把環 境工程納入整個產品研製工作中，把環境試驗作為產品保證工作和性能驗證工作的重要部分，是必然的趨勢。例如，在哥達德航天中心編寫的“軌道項目任務保證指南”（草案） 中就明確地規定，在產品性能驗證要求中，要按照環境驗證規範GEVS-SE來對產品進行環 境驗證工作。在太空飛行器研製中，為了進行環境驗證工作，必須有經過認證的專門的試驗中 心來承擔這一任務。
3)環境工程的重要任務之一就是深入了解太空飛行器所經受的空間環境以及它們所產生 的各種效應，特別是長期和綜合的效應。這對於保證太空飛行器的長壽命和高可靠性有著極重 要的影響。為此，美國、俄羅斯和歐空局都在這方面開展了大量的研究探測工作。開展國 際大協作是當前的重要趨勢，這方面的例子十分多。已經回收的LDEF獲得了大量寶貴的 資料。將在1999年初發射為研究每11年發生的太陽高峰期的空間技術研究飛行器(STRV) 搭載許多空間環境探測和試驗裝置。在此太空飛行器上有由NASA若干箇中心協作研製的太空 輻射及電子學試驗台(NASRET),它包含了五項實驗裝置。由美國研製的光學性能檢測器 (OPM),目的是研究空間環境對多種材料性能的影響。它已由太空梭的STS-81次飛行送 上和平號空間站，並已經獲得了一些資料和數琚。利用美國的太空梭和俄羅斯的空間站 來進行太空環境及其效應的探測和研究，最後在國際空間站上開展這些實驗研究工作，是 21世紀國際協作的主要方面。我國要發展航天事業，怎樣加入到國際協作的行列中，獲 得更多的有用的空間環境資料，是個值得認真研究的問題。
4)為了使環境工程更好地為太空飛行器研製服務，環境工程必須在各方面充分利用新技 術來使之能滿足型號研製需求。這裡，計算機技術套用於環境預示、確定產品的壽命期環 境剖面和試驗條件的制定等十分必要，而建立各種與之有關的資料庫系統，利用已有的各 個型號的試驗數據更是不可少的。它是為了更好地進行環境工作的管理、對產品進行環境 剪裁、加快研製進程和對產品的可靠性評估的重要工具。國外現在已經充分地認識到，多 年積累的大量地面試驗數據十分寶貴，利用這些數據來為新的型號服務，提高產品的可靠 性，是省錢、省力、省時的好辦法。因此，最近十多年來，國外已經建立了或正在建立各 種類型的環境資料庫及分析預示管理系統。例如：美國NASA的VAPEPS (有效載荷聲振環 境預示系統），歐空局(ESA)的TDAS (試驗數據分析系統)，美空軍的MERIT (任務環境要求 一體化技術系統)以及美國Aerospace公司的STAC (進度、試驗、工作異常、構型)系統等。 其中，有效並充分地利用大量的環境試驗數據、實現資源共享十分關鍵。在這些資料庫中， 除了大量的試驗和實測數據，還需要有相對應的型號結構和性能數據和為進行分析所必要 的軟體。這樣才能有效地利用這些資料庫。這方面我國做得還很不夠，多年來，我們發射 了多個型號的太空飛行器，進行了大量的環境試驗，獲得了大量寶貴的信息，但是未能很好地 保存和整理，而時過境遷已經有大量數據難以利用，資源無法共享，這是十分可惜的。應 將這項工作看作是一項戰略措施，花錢不多，但卻是一本萬利之事。建立和充分利用這種 資料庫，才能使環境工程發揮更大的作用，也只有這樣，環境工程才是真正進人了計算機 資訊時代。
國內發展展望
使環境工程更好地為太空飛行器研製服務 , 進一步提高環境試驗的技術水平 , 使試驗條件制定得更合理 , 更真實地模擬實際的航天環境 , 並努力在縮短試驗時間、 降低試驗成本的同時提高試驗的有效性 , 將繼續是本世紀太空飛行器環境工程發展的努力方向。 中國對太空飛行器的環境可靠性問題和環境試驗從一開始就相當重視。 到目前 , 中國已經建起了環境試驗設備基本配套實驗中心和實驗室 , 包括試驗控制和數據採集的計算機化 , 其規模和水平都是世界一流的 , 已經基本上滿足了各類太空飛行器研製的需要。 經過多年的實踐 , 在太空飛行器研製中套用環境試驗手段已經積累了許多經驗 , 有了自己的一套做法並制定了相應的標準。 實踐證明 , 通過環境試驗 , 暴露和檢測出了不少設計和製造質量中的缺陷 , 對保證衛星的正常工作和可靠性起了重要的作用。
21世紀將是中國航天事業進一步發展的時代。應該認真總結中國在各型號研製中環境工程套用的經驗和教訓 , 更好了解世界各國在這方面的經驗和發展趨勢 , 提出我們自己的奮鬥目標和規劃 , 在降低環境試驗的費用和時間的同時 , 提高環境試驗的效果 , 為此 , 應在以下幾個方面作出努力:
1) 認真總結各個型號研製過程中環境工程和環境試驗套用的經驗和教訓。
2) 在載人空間環境試驗方面有許多新的技術問題要研究 , 包括如何設法縮小試驗的規模 , 以艙段試驗來代替整船試驗從而節約試驗經費和時間; 在小衛星試驗方面要有一套符合小衛星特點的試驗原理和方針。
3) 要充分利用分析手段和計算機仿真技術來進行環境試驗的設計和試驗方案的最佳化。
4) 加強空間環境各領域的研究工作 , 增加研究的深度和廣度 , 特別是空間環境對各類太空飛行器長期綜合效應和模擬試驗方法及技術的研究 , 開展各種材料和產品的空間環境試驗和積累有用的數據來為太空飛行器的研製服務。
5) 在力學環境預示和試驗條件制定方面投入更多的力量 , 使制定試驗條件有更可靠的依據。
6) 充分利用多年來積累的環境試驗數據 , 建立為太空飛行器研製服務的各種環境試驗資料庫 , 用於動力學環境預示; 建立環境工程管理資料庫 , 將地面試驗和空間運行數據結合分析來改進環境試驗和設計工作。
7) 繼續在各種環境試驗模擬技術和試驗方法方面開展研究工作 , 對試驗設備作必要的增添和更新 , 提高試驗的效果 , 降低試驗費用 , 例如多軸的振動試驗方法和力控振動試驗技術、 大型試件的常壓熱循環試驗技術、 綜合環境試驗和加速試驗方法等。
8) 加強和國外的合作與交流 , 更有效地學習和借鑑其它國家的經驗與教訓。
總結
應該充分認識到太空飛行器環境問題的重要性和複雜性 , 即使精心設計和製造 , 並在地面作了大量環境試驗 , 仍難保證太空飛行器上天后一點問題都不出現。 這些問題的出現一方面說明了人們對太空飛行器所經受環境的複雜性及其綜合長期影響還認識不足 , 設計上還考慮得不全面; 另一方面 , 地面環境試驗做得不夠充分或效果有問題 , 未能暴露出應能暴露的產品潛在缺陷也是重要原因。 由於太空飛行器構造精密複雜 , 所經受環境及其長期綜合效應十分複雜而且難以完全掌握 , 入軌後在其長期運行過程中會出現這樣那樣的問題 , 因此 , 決不能對環境問題掉以輕心。
環境試驗的費用是相當巨大的。 國外估計 , 對高可靠性航天型號計畫 , 試驗的費用可以占到整個太空飛行器費用的 35%, 這裡還不包括實驗室建設和環境效應及模擬研究方面的專門投入。 現在看來 , 還需要在太空飛行器環境工程包括空間環境效應及其模擬、 試驗方法研究和試驗技術的提高等方面投入更多經費 , 增加研究工作的深度和廣度 , 努力提高環境工程和環境試驗的水平 , 這對中國航天技術的發展有長遠影響。
整個環境工程和環境試驗工作需要人來完成 ,而且它涉及產品研製的各方面 ,因此 ,一方面需要培養更多環境工程專家參與航天型號研製工作 , 管理、 協調和解決型號研製中有關環境方面的工作; 另一方面 , 從事環境工程和環境試驗的專業部門和單位應努力提高自身的技術水平。 除了很好完成各項試驗任務 , 還要努力開展必要的預研工作。 試驗部門要和設計部門合作 , 利用擁有的試驗手段和經驗 , 參與環境預示和試驗條件的制定、 參與環境驗證結果的評估 , 在產品的環境驗證工作中充分發揮其作用。
