离子电推进工程/空间电推进科学与技术丛书

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总论篇
　　第1章离子电推进工程概述
　　1.1离子电推进工程基础
　　1.1.1离子电推进工程的基本概念
　　离子电推进系统是航天器的一个分系统。因此，离子电推进工程本质上属于航天器工程范畴。
　　离子电推进系统是一个相对复杂的分系统工程，其硬件产品组成包括离子推力器、电源处理单元、推进剂贮供单元、控制单元等，其软件产品组成包括开关机控制程序、工作策略、安全防护流程、故障诊断及处理等。如果再向下分解，空心阴极组件、栅极组件、放电室组件等又是离子推力器的模块产品。
　　本书的离子电推进工程是一个狭义概念，专指离子电推进系统产品的工程研制和工程应用两个方面。全书内容以离子推力器产品为主，适度兼顾了其他单机产品。本书内容不涉及工程管理方面。
　　术语“离子电推进系统”强调系统级产品及组成；术语“离子推力器”专指推力器核心单机；术语“离子电推进”具有通用性，可兼容系统和单机两方面的概念。
　　1.1.2产品的成熟度定义及分类
　　产品成熟是指产品研制、生产、应用等环节的所有要素的完备性、稳定性和精细化程度均已达到满意的水平，能够优质、快速、高效地满足用户的使用要求。产品的成熟度分为技术成熟度、制造成熟度和产品成熟度，分别从产品的设计、生产、应用三个方面度量产品的成熟度。
　　1.技术成熟度
　　技术成熟度又称技术准备等级或技术准备度，是指单项产品或单项技术在研发过程中所达到的一般性可用程度。
　　本书参考了我国军用标准《装备技术成熟度等级划分及定义》（GJB　7688-2012）中规定的9个层次技术成熟度等级，如表1-1所列。
　　表1-1 GJB　7688-2012的技术成熟度等级定义
　　2.制造成熟度
　　制造成熟度是对技术成熟度概念的拓展，用于确定产品研制过程中制造技术是否成熟，以及技术向产品转化过程中是否存在风险，从而管理并控制产品系统生产，使其在质量和数量上实现最佳化，即最大限度提高产品系统质量、降低成本和缩短生产周期，满足任务需求。
　　本书采用美国国防部发布的《制造成熟度评估手册》（2009）中的制造成熟度等级划分及定义，共10级，如表1-2所列。
　　表1-2美国国防部发布的制造成熟度等级定义
　　3.产品成熟度
　　产品成熟度是对产品在研制、生产及使用环节等全生命周期所有技术要素的合理性、完备性以及在一定功能、性能水平下产品质量稳定性的一种度量。
　　本书产品成熟度采用我国航天标准《宇航单机产品成熟度定级规定》（Q/QJA 53-2010）中的8级分类标准，如表1-3所列。
　　表1-3 Q/QJA 53-2010产品成熟度等级定义
　　1.2离子电推进工程研制
　　1.2.1工程研制阶段划分
　　产品工程研制也就是通常所说的产品工程化实现。离子电推进的工程研制除了具备航天产品的一般特性外，还具有不少自身的独特性。
　　离子电推进的工程研制过程一般分为：方案阶段（原理样机产品）、初样阶段（工程样机产品）、鉴定阶段（鉴定产品）、正样阶段（飞行产品）和定型阶段（货架产品）五个阶段。
　　每个阶段都有明确的工程研制目标及相应的技术成熟度、制造成熟度和产品成熟度标志，如表1-4所列。
　　表1-4离子电推进工程研制阶段及对应成熟度
　　1.2.2工程研制阶段目标
　　1.方案研制阶段
　　离子电推进方案研制阶段，以实现离子电推进产品的功能和主要性能为工程化研制目标。研制的原理样机产品需要经过规范的测试和试验验证，确认其功能和主要性能已经达到产品要求。
　　完成该阶段研制后，离子电推进产品的技术成熟度达到4级、制造成熟度达到4级、产品成熟度达到1级。
　　2.初样研制阶段
　　离子电推进初样研制阶段，在离子电推进原理样机研制的基础上，以实现离子电推进产品对其实际工作环境条件及工作应力载荷条件的充分适应为工程化研制目标，这里的充分性是通过比产品实际工作条件更严酷的准鉴定级条件来保证的。研制的工程样机产品需要经过规范的性能测试和准鉴定级试验验证，确认其通过全部准鉴定试验且所有的功能和性能满足产品要求。
　　完成该阶段研制后，离子电推进产品的技术成熟度达到7级、制造成熟度达到6级、产品成熟度达到2级。
　　3.鉴定研制阶段
　　离子电推进鉴定研制阶段，在离子电推进工程样机研制的基础上，以实现离子电推进产品的规范化生产及工作可靠性和寿命的充分验证为工程化研制目标。规范化生产是指按照完整的产品设计、制造、组装、测试标准完成鉴定产品研制；工作可靠性充分验证是指至少有2台抽样鉴定产品进行了完整的鉴定试验；工作寿命充分验证是指至少有1台产品在模拟环境条件下进行1∶1的地面寿命试验，开关机次数和累计工作时间均具有至少1.2倍安全裕度。研制的鉴定产品需要经过规范的性能测试、鉴定级试验、寿命试验等验证，确认其产品研制规范、产品工作可靠性和寿命等全部满足产品要求。
　　完成该阶段研制后，离子电推进产品技术状态已全部确定，离子电推进产品生产基线已经建立，离子电推进产品的技术成熟度达到8级、制造成熟度达到7级、产品成熟度达到3级。
　　4.正样研制阶段
　　离子电推进正样研制阶段，基于离子电推进鉴定产品研制所确定的产品技术