茍仲秋，閆 鑫，張柏楠，張 永，魏傳鋒

（中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094）

0 引言

地面試驗(yàn)驗(yàn)證是載人航天器系統(tǒng)工程的重要組成部分，是保證產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中正常運(yùn)行、滿足任務(wù)要求的主要手段之一。試驗(yàn)?zāi)康氖菧y試或預(yù)計(jì)飛行器在實(shí)際飛行過程中經(jīng)歷全部環(huán)境條件下的功能和性能，保證正樣產(chǎn)品完成飛行任務(wù)。

在我國載人航天工程一、二期航天器研制過程中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合載人航天器的任務(wù)特點(diǎn)，進(jìn)行了空間自然環(huán)境和誘導(dǎo)環(huán)境試驗(yàn)[1]，有害氣體等載人環(huán)境試驗(yàn)，大型力、熱試驗(yàn)，回收試驗(yàn)，天地差異性試驗(yàn)，可靠性/安全性、壽命試驗(yàn)，目標(biāo)特性試驗(yàn)，以及拉偏/破壞試驗(yàn)等的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[2-8]，建立了一套包括試驗(yàn)覆蓋性分析、地面試驗(yàn)規(guī)劃、地面驗(yàn)證方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)評估方法在內(nèi)的系統(tǒng)的試驗(yàn)技術(shù)和方法，為載人飛船、空間實(shí)驗(yàn)室以及交會(huì)對接任務(wù)的圓滿完成奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

本文在以往成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前載人航天器系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)和載人航天后續(xù)任務(wù)的試驗(yàn)需求進(jìn)行分析，提出了對載人航天器地面試驗(yàn)體系及相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)的完善建議，以推動(dòng)我國載人航天器試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。

1 我國載人航天試驗(yàn)技術(shù)與方法現(xiàn)狀

我國在載人航天一期和二期工程的研制過程中，形成了“全方位覆蓋性分析、矩陣式試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃、多級多層次試驗(yàn)實(shí)施”的系統(tǒng)級試驗(yàn)驗(yàn)證方法。

1）試驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)

通過全方位的試驗(yàn)覆蓋性分析，提出載人航天器各方面的試驗(yàn)驗(yàn)證需求，覆蓋載人航天器設(shè)計(jì)方案中的所有功能、性能和接口，盡量確保不漏項(xiàng)、覆蓋全面?？蓮墓こ炭傮w技術(shù)要求驗(yàn)證、大系統(tǒng)接口驗(yàn)證、總體功能性能驗(yàn)證、技術(shù)狀態(tài)更改落實(shí)驗(yàn)證、飛行程序事件驗(yàn)證、故障模式與對策驗(yàn)證、單機(jī)可靠性和壽命驗(yàn)證、技術(shù)流程驗(yàn)證等8個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)覆蓋性分析。

2）試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)覆蓋性分析形成的各種針對性的試驗(yàn)驗(yàn)證需求中，相互之間存在指標(biāo)要求關(guān)聯(lián)、試驗(yàn)環(huán)境相同、試驗(yàn)測試關(guān)聯(lián)、驗(yàn)證手段相同等聯(lián)系，互相交錯(cuò)、關(guān)聯(lián)緊密。在規(guī)劃設(shè)計(jì)的單項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證需求基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)項(xiàng)目的目的和驗(yàn)證內(nèi)容，采用矩陣式結(jié)合方法，合并功能驗(yàn)證、程序驗(yàn)證、故障驗(yàn)證、環(huán)境影響驗(yàn)證等各類關(guān)聯(lián)驗(yàn)證需求，形成系統(tǒng)級綜合試驗(yàn)項(xiàng)目，以提高驗(yàn)證效果，改善驗(yàn)證收益；結(jié)合其他大系統(tǒng)接口、總體、分系統(tǒng)和單機(jī)專項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，形成載人航天器的試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

3）試驗(yàn)規(guī)劃方案

根據(jù)系統(tǒng)總體、分系統(tǒng)、單機(jī)各個(gè)層次驗(yàn)證的內(nèi)容不同，按層次分為大系統(tǒng)接口試驗(yàn)、系統(tǒng)級試驗(yàn)、分系統(tǒng)級試驗(yàn)、單機(jī)級試驗(yàn)4類驗(yàn)證試驗(yàn)，分別由大系統(tǒng)單位、飛行器總體單位、分系統(tǒng)總體單位和單機(jī)單位進(jìn)行試驗(yàn)，形成了多級多層次的試驗(yàn)驗(yàn)證體系，使試驗(yàn)項(xiàng)目能夠有效分散從而集中力量分塊突破完成。

根據(jù)方案階段、初樣階段、正樣階段和飛行階段驗(yàn)證的內(nèi)容不同，分別提出各個(gè)階段的驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，形成了多維度、多層次、多要素、多階段的試驗(yàn)驗(yàn)證體系，使試驗(yàn)項(xiàng)目逐步有序完成。

圖1為交會(huì)對接任務(wù)的地面試驗(yàn)驗(yàn)證體系規(guī)劃路徑示意。

圖1 交會(huì)對接任務(wù)地面驗(yàn)證試驗(yàn)體系規(guī)劃路徑示意Fig.1 Outplanning of test framework for space docking mission

2 當(dāng)前試驗(yàn)技術(shù)的不足和后續(xù)試驗(yàn)需求

2.1 系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證的薄弱環(huán)節(jié)

載人航天器的研制過程中形成了面向載人航天器的系統(tǒng)級試驗(yàn)設(shè)計(jì)、規(guī)劃與覆蓋性分析的方法，按系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級以及單機(jī)組件建立了一系列的環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范體系，針對載人航天器的任務(wù)特點(diǎn)，開展系統(tǒng)駐留支持、醫(yī)學(xué)、工效學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，積累了豐富的試驗(yàn)方法與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

因經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)的不足，也暴露出系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證不充分、不到位的薄弱環(huán)節(jié)，主要包括：

1）環(huán)境因素識(shí)別與試驗(yàn)規(guī)劃覆蓋性不全面，特別是對空間誘導(dǎo)環(huán)境因素，從認(rèn)識(shí)和驗(yàn)證上尚不充分，對密封檢漏時(shí)的外壓環(huán)境等地面測試環(huán)境和工藝試驗(yàn)也需要進(jìn)一步重視和加強(qiáng)；

2）再鑒定、再驗(yàn)收試驗(yàn)的試驗(yàn)強(qiáng)度確定尚缺少對應(yīng)的規(guī)范，對組件性能驗(yàn)證還不充分，需要通過拉偏和極限試驗(yàn)方法驗(yàn)證；

3）試驗(yàn)過程監(jiān)測和數(shù)據(jù)判讀與試驗(yàn)環(huán)境條件的施加同等重要，有待加強(qiáng)；

4）針對特定產(chǎn)品，傳統(tǒng)的力、熱、真空環(huán)境條件不足以暴露缺陷，試驗(yàn)方法的有效性需進(jìn)行全面的分析與確認(rèn)；

5）試驗(yàn)結(jié)果評估的規(guī)范性有待完善。

2.2 后續(xù)任務(wù)試驗(yàn)需求

后續(xù)空間站由三艙交會(huì)對接和轉(zhuǎn)位完成組裝，艙段間互相連通，實(shí)現(xiàn)組合體的統(tǒng)一控制與管理。在空間站建造完成以后，航天員乘組將輪流在空間站長期駐留。這對各方面試驗(yàn)提出了更高的要求。

1）在力學(xué)試驗(yàn)方面，后續(xù)載人航天器從尺寸、重量及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性上都有很大的變化。只能通過單艙或環(huán)境預(yù)示分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)考核[9-10]，然后通過艙段模態(tài)試驗(yàn)結(jié)合仿真分析的方法對系統(tǒng)進(jìn)行評估。如何合理制定單艙振動(dòng)條件，成為必須攻克的關(guān)鍵技術(shù)。

2）在環(huán)熱控試驗(yàn)方面，需要發(fā)展試驗(yàn)邊界的處理、模擬技術(shù)，空氣齡分布及其試驗(yàn)測試技術(shù)[11]，組合體熱性能的試驗(yàn)工況組合技術(shù)，全局熱數(shù)學(xué)模型修正技術(shù)等。

3）在載人密封艙環(huán)境試驗(yàn)方面，必須組織對微生物控制試驗(yàn)進(jìn)行方案和措施驗(yàn)證。

4）在微重力艙外環(huán)境試驗(yàn)方面，發(fā)展機(jī)械臂、出艙活動(dòng)失重環(huán)境驗(yàn)證技術(shù)。

5）在駐留支持試驗(yàn)方面，需要對中長期駐留支持需求、物資管理方案進(jìn)行驗(yàn)證。

6）在安全性、可靠性、長壽命驗(yàn)證方面，迫切需要開展環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn)等試驗(yàn)方法研究，形成規(guī)范的試驗(yàn)條件和方法。

3 載人航天器試驗(yàn)驗(yàn)證體系及完善建議

3.1 健全試驗(yàn)驗(yàn)證管理，保證全過程受控

航天器試驗(yàn)驗(yàn)證工作包括試驗(yàn)規(guī)劃，環(huán)境建模預(yù)示和效應(yīng)分析，試驗(yàn)方法研究與試驗(yàn)條件制定，試驗(yàn)組織與實(shí)施，試驗(yàn)結(jié)果評估和模型修正，產(chǎn)品改進(jìn)與再試驗(yàn)，飛行環(huán)境辨識(shí)和模型確定，應(yīng)通過健全試驗(yàn)驗(yàn)證管理實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證全過程管控。

1）試驗(yàn)驗(yàn)證管理組織

建立型號系統(tǒng)總體牽頭負(fù)責(zé)，主要試驗(yàn)承擔(dān)單位和分系統(tǒng)人員和專家參加的試驗(yàn)驗(yàn)證管理組織，負(fù)責(zé)對型號試驗(yàn)驗(yàn)證全過程的管理與控制，保證試驗(yàn)驗(yàn)證全面、充分、有效。

2）試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目規(guī)劃和流程管理

分析航天器系統(tǒng)方案特點(diǎn)，結(jié)合工程總體技術(shù)要求與系統(tǒng)間接口，通過功能分析與性能指標(biāo)分解，飛行模式和環(huán)境因素識(shí)別，規(guī)劃出覆蓋系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機(jī)、關(guān)鍵器件和材料的需要驗(yàn)證的試驗(yàn)項(xiàng)目，并制定與總體研制流程相適應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證流程。

3）試驗(yàn)條件和規(guī)范制定

根據(jù)識(shí)別的飛行模式與環(huán)境因素，對航天器經(jīng)歷的地面和飛行環(huán)境進(jìn)行建模和預(yù)示，分析各項(xiàng)環(huán)境的對系統(tǒng)產(chǎn)品功能和性能作用效應(yīng)，確定試驗(yàn)的載荷條件、試驗(yàn)測量方法和試驗(yàn)規(guī)范（判據(jù)）。

4）試驗(yàn)產(chǎn)品和設(shè)備的規(guī)劃與研制

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)劃和產(chǎn)品研制的實(shí)際情況，規(guī)劃需要投產(chǎn)研制的試驗(yàn)產(chǎn)品種類、數(shù)量及其狀態(tài)要求，并對試驗(yàn)設(shè)備和工裝研制提出要求，結(jié)合型號研制進(jìn)行狀態(tài)管理、集成和驗(yàn)收。

5）試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和把關(guān)

對具體每一項(xiàng)試驗(yàn)規(guī)劃項(xiàng)目的試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，結(jié)合系統(tǒng)飛行模式、環(huán)境條件預(yù)示與效應(yīng)分析，明確試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)工況、試驗(yàn)量級、系統(tǒng)參試狀態(tài)、試驗(yàn)流程、試驗(yàn)分工和組織，以及試驗(yàn)結(jié)果評估和完成標(biāo)志，制定試驗(yàn)方案，并組織評審和確認(rèn)。

6）試驗(yàn)放行

在試驗(yàn)之前對每項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)隊(duì)伍和組織、試驗(yàn)文件、被試產(chǎn)品狀態(tài)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)安全和關(guān)鍵環(huán)節(jié)、試驗(yàn)過程控制等各項(xiàng)試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，通過放行評審進(jìn)行把關(guān)。

7）試驗(yàn)過程管理

根據(jù)試驗(yàn)方案、大綱、細(xì)則，對試驗(yàn)過程中試驗(yàn)實(shí)施的狀態(tài)、條件、試驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)判讀等進(jìn)行監(jiān)督和管理，對于試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)研究、處理和解決，保證試驗(yàn)過程受控。

8）試驗(yàn)結(jié)果評估和確認(rèn)

對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面判讀和總結(jié)，評估規(guī)定條件下所驗(yàn)證產(chǎn)品的功能和性能是否滿足要求，產(chǎn)品的載荷承受能力的裕度是否滿足規(guī)范，修正后預(yù)示模型的精度是否滿足使用要求，并通過評審。

9）試驗(yàn)暴露問題識(shí)別與改進(jìn)

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)和暴露問題是試驗(yàn)驗(yàn)證的主要目的之一，是試驗(yàn)作用和價(jià)值的重要體現(xiàn)，是寶貴的技術(shù)財(cái)富。應(yīng)專門組織試驗(yàn)結(jié)果的判讀，保證不漏判；將試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題納入型號管理；對改進(jìn)措施確定補(bǔ)充的再試驗(yàn)項(xiàng)目，納入試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目管理；對改進(jìn)措施的有效性進(jìn)行閉環(huán)管理。

10）補(bǔ)充和再試驗(yàn)項(xiàng)目管理

結(jié)合技術(shù)狀態(tài)管理，對系統(tǒng)功能性能、飛行模式、環(huán)境條件、方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)設(shè)備工裝狀態(tài)的變化，以及研制和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行全面的識(shí)別，及時(shí)組織研究，確定需要補(bǔ)充的試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目；根據(jù)被試產(chǎn)品的狀態(tài)確定補(bǔ)充或再試驗(yàn)條件和方案；對補(bǔ)充和再試驗(yàn)結(jié)果組織判讀和評估。

11）飛行數(shù)據(jù)辨識(shí)和評定

飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)是最寶貴的一手材料，是產(chǎn)品性能的真實(shí)數(shù)據(jù)，也是對試驗(yàn)真實(shí)性和有效性的權(quán)威性評價(jià)。結(jié)合系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和試驗(yàn)規(guī)劃需求，確定需要的飛行數(shù)據(jù)測量項(xiàng)目；組織開展飛行數(shù)據(jù)處理和辨識(shí)方法研究，確定測量方案；積極組織實(shí)施和地面標(biāo)定；飛行試驗(yàn)過程中，及時(shí)對試驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行判讀，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題和隱患，并制定飛控預(yù)案以及后續(xù)改進(jìn)措施；飛行試驗(yàn)后對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的處理和辨識(shí)；根據(jù)測量和辨識(shí)結(jié)果，修正預(yù)示模型；結(jié)合測量和預(yù)示結(jié)果修訂試驗(yàn)條件、方法和規(guī)范。

12）型號驗(yàn)證結(jié)果的綜合評定

結(jié)合型號研制流程，尤其在轉(zhuǎn)階段等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，組織對系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證情況進(jìn)行全面評估，確認(rèn)試驗(yàn)規(guī)劃覆蓋全面，試驗(yàn)項(xiàng)目（包括補(bǔ)充和再試驗(yàn)項(xiàng)目）全部完成，產(chǎn)品功能、性能和接口驗(yàn)證充分，關(guān)鍵環(huán)節(jié)裕度滿足要求，系統(tǒng)模型經(jīng)驗(yàn)證完備準(zhǔn)確，試驗(yàn)條件充分、合理、有效，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題已徹底解決。

13）試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理

初樣研制階段重點(diǎn)確定試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)和條件基線；正樣研制階段將試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)，尤其是經(jīng)過初樣階段鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證的試驗(yàn)設(shè)備和工裝，納入技術(shù)狀態(tài)管理，試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)和條件的任何更改和變化必須識(shí)別和上報(bào)，根據(jù)具體變化確定是否需要補(bǔ)充鑒定試驗(yàn)，以保證試驗(yàn)安全、有效。

14）試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)是型號的寶貴財(cái)富，必須進(jìn)行系統(tǒng)的管理。通過建立完善的收集、處理、歸檔和查詢機(jī)制，建立功能完備且可查詢、比對和擴(kuò)展的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理，提高數(shù)據(jù)利用效益。

3.2 規(guī)范試驗(yàn)覆蓋性分析，保證驗(yàn)證全面

從試驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌?，?yàn)證試驗(yàn)可分為以產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能、性能和環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證為重點(diǎn)的研制和鑒定試驗(yàn)，以可靠性、安全性和壽命指標(biāo)驗(yàn)證為重點(diǎn)的可靠性評估試驗(yàn)，以檢驗(yàn)飛行產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)質(zhì)量為重點(diǎn)的例行測試試驗(yàn)3種類型。其中研制和鑒定試驗(yàn)是試驗(yàn)覆蓋性分析和規(guī)劃的重點(diǎn)。

3.2.1 產(chǎn)品研制與鑒定試驗(yàn)覆蓋性分析

型號產(chǎn)品研制與鑒定試驗(yàn)覆蓋性分析包括產(chǎn)品功能、性能和接口，任務(wù)實(shí)施和飛行過程與模式，以及產(chǎn)品經(jīng)歷的環(huán)境3個(gè)維度。其中：

1）產(chǎn)品功能、性能和接口分析方面，對于面向產(chǎn)品的關(guān)鍵特性分析需要規(guī)范和加強(qiáng)；對于具有載人航天特點(diǎn)的醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、工效學(xué)、維修性分析需要在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)范。

2）任務(wù)實(shí)施和飛行過程與飛行模式分析方面，正常飛行過程中的關(guān)鍵事件和飛行模式轉(zhuǎn)換，以及故障備份模式、應(yīng)急飛行模式和故障預(yù)案是分析和驗(yàn)證的重點(diǎn)；同時(shí)研制和任務(wù)實(shí)施等產(chǎn)品在地面經(jīng)歷的停放、吊裝、儲(chǔ)存、包裝和運(yùn)輸過程分析需要規(guī)范和完善。

3）產(chǎn)品經(jīng)歷環(huán)境分析方面，空間誘導(dǎo)環(huán)境是目前環(huán)境分析的薄弱環(huán)節(jié)，需要補(bǔ)充和規(guī)范。以載人航天研制經(jīng)驗(yàn)，飛行產(chǎn)品經(jīng)歷的電磁環(huán)境、目標(biāo)反射環(huán)境、羽流環(huán)境、活動(dòng)部件產(chǎn)生的噪聲和微振動(dòng)環(huán)境、濕度環(huán)境以及微生物環(huán)境的建模、預(yù)示和效應(yīng)機(jī)理研究需要重視和加強(qiáng)。產(chǎn)品研制和任務(wù)實(shí)施經(jīng)歷的地面力學(xué)、熱、濕度、腐蝕等環(huán)境是容易忽視的薄弱環(huán)節(jié)，也需要規(guī)范。

3.2.2 產(chǎn)品可靠性評估試驗(yàn)

產(chǎn)品可靠性評估試驗(yàn)是指以驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性和壽命指標(biāo)為目的，需要通過產(chǎn)品子樣數(shù)量、試驗(yàn)和測試時(shí)間和試驗(yàn)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證的項(xiàng)目。一般根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、重要程度和型號支持能力來確定。其中加速壽命試驗(yàn)方法需要進(jìn)行研究和規(guī)范。

3.2.3 正樣產(chǎn)品例行測試試驗(yàn)

正樣產(chǎn)品例行測試試驗(yàn)是以檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，確認(rèn)飛行產(chǎn)品滿足任務(wù)要求為目的，通過產(chǎn)品檢驗(yàn)、測試、老煉和驗(yàn)收試驗(yàn)等非破壞方法進(jìn)行的測試和試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目在研制和鑒定試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以不損傷產(chǎn)品前提下有效剔除產(chǎn)品缺陷為原則進(jìn)行篩選，試驗(yàn)方法、條件和設(shè)備需要通過初樣研制和鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)，需要研究無損傷的試驗(yàn)方法，提高正樣測試試驗(yàn)的覆蓋性和有效性。

3.3 完善建模仿真與試驗(yàn)的協(xié)調(diào)機(jī)制

隨著載人航天產(chǎn)品規(guī)模的增加，試驗(yàn)設(shè)備設(shè)施無法滿足試驗(yàn)要求，使得建模仿真分析在驗(yàn)證中的作用不斷提高；同時(shí)，分析手段的不斷發(fā)展，使得仿真分析方法驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案成為可能。因此，需要健全仿真分析模型和方法，完善仿真與試驗(yàn)的協(xié)調(diào)機(jī)制。

1）應(yīng)當(dāng)將建模和預(yù)示作為試驗(yàn)的前提條件，逐漸建立完整的分析模型，以加強(qiáng)對試驗(yàn)的指導(dǎo)，解決試驗(yàn)規(guī)模、條件等引起的試驗(yàn)真實(shí)性、完整性，以及天地差異問題。

2）應(yīng)當(dāng)將模型修正和精度評估作為試驗(yàn)總結(jié)工作的內(nèi)容，以改進(jìn)分析方法。

3）建立統(tǒng)一、完整、規(guī)范、受控的分析模型管理體系。包括：

①以功能和性能為重點(diǎn)的產(chǎn)品分析模型，包括幾何模型、結(jié)構(gòu)模型、熱模型、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型、力學(xué)模型、控制模型、無線和有線信息傳輸模型、能源和供電模型等；

②以運(yùn)行環(huán)境和效應(yīng)為重點(diǎn)的環(huán)境模型，包括力學(xué)環(huán)境、噪聲環(huán)境、熱環(huán)境、流場、壓力和大氣環(huán)境、空間環(huán)境（輻射、原子氧、紫外等）、羽流環(huán)境、目標(biāo)光學(xué)特性、電磁環(huán)境、碎片和微流星體環(huán)境、再入氣動(dòng)熱環(huán)境等自然和誘導(dǎo)環(huán)境模型；

③以飛行過程和飛行模式為重點(diǎn)的過程分析模型和方法，包括軌道、再入、機(jī)構(gòu)展開、控制，以及穩(wěn)態(tài)環(huán)境下系統(tǒng)分析模型、瞬態(tài)環(huán)境下系統(tǒng)響應(yīng)分析模型等。

3.4 研究新的試驗(yàn)方法，滿足新任務(wù)提出的新需求

針對載人航天器后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證需求，開展新的試驗(yàn)方法研究，解決新任務(wù)提出的新需求，包括開展組合體試驗(yàn)、維修性試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、常壓熱試驗(yàn)、微生物試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、在軌艙內(nèi)噪聲試驗(yàn)、失重試驗(yàn)技術(shù)、微振動(dòng)試驗(yàn)等。

1）組合體試驗(yàn)：在地面模擬組合體內(nèi)部環(huán)境，是載人航天研制領(lǐng)域遇到的前所未有的新問題。在試驗(yàn)需求的基礎(chǔ)上，需要開發(fā)新的試驗(yàn)方法和手段，包括虛擬環(huán)境仿真、地面艙段級驗(yàn)證環(huán)境，地面組合體驗(yàn)證環(huán)境等。

2）維修性試驗(yàn)：維修性設(shè)計(jì)的地面驗(yàn)證是載人航天器設(shè)計(jì)中遇到的新問題，維修設(shè)計(jì)可行性在地面需要通過仿真、地面試驗(yàn)、水下試驗(yàn)多種試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3）疲勞試驗(yàn)：長壽命載人航天器各種結(jié)構(gòu)材料的疲勞問題，需要開展針對性的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

4）常壓熱試驗(yàn)：常壓熱（集成）試驗(yàn)是在常壓環(huán)境下實(shí)施的系統(tǒng)級集成試驗(yàn)[12]，旨在驗(yàn)證載人航天器熱管理、地面調(diào)溫、通風(fēng)、溫濕度控制和有害氣體控制能力，驗(yàn)證色彩照明、空間和界面等設(shè)計(jì)是否符合人機(jī)工效學(xué)要求。試驗(yàn)邊界的處理、模擬對試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)設(shè)備研制，以及試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)有明顯影響，亟需開展系統(tǒng)研究。

5）微生物及腐蝕試驗(yàn)：目前國內(nèi)載人航天器微生物試驗(yàn)尚處于起步階段[13]，在材料抗菌防霉摸底、消毒劑選型以及微生物控制有效性評價(jià)，微生物腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，安全性評價(jià)方面亟需深入開展試驗(yàn)研究。

6）在軌艙內(nèi)噪聲試驗(yàn)：艙段噪聲控制是載人航天器特有的環(huán)境因素之一[14-16]，目前在密封艙噪聲水平仿真分析模型建模、仿真、關(guān)鍵噪聲源專項(xiàng)降噪設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方面尚存在困難，缺少面向載人航天器的噪聲測試規(guī)范。

7）壽命試驗(yàn)：以往載人航天器地面壽命試驗(yàn)驗(yàn)證主要通過1∶1試驗(yàn)和部分加速試驗(yàn)進(jìn)行，以空間站為代表的載人航天器在軌壽命達(dá)到10年，需要加速試驗(yàn)方法、覆蓋性及結(jié)果外推技術(shù)研究。

8）失重試驗(yàn)：航天員身著充壓艙外服之后，體型、關(guān)節(jié)活動(dòng)性能、操作域等都會(huì)發(fā)生很大的變化，后續(xù)載人航天任務(wù)存在大量、復(fù)雜的有人參與空間試驗(yàn)，需要開展失重試驗(yàn)技術(shù)研究，完善載人航天器試驗(yàn)支持設(shè)計(jì)，并預(yù)先評價(jià)在軌試驗(yàn)項(xiàng)目。

9）微振動(dòng)試驗(yàn)[17-19]：天文觀測等任務(wù)提出了亞角秒的微振動(dòng)抑制需求，微振動(dòng)具有機(jī)理復(fù)雜、預(yù)示難、驗(yàn)證難的特點(diǎn)，需要針對高精度地面試驗(yàn)參數(shù)測量、大承載低剛度邊界模擬等需求，發(fā)展微振動(dòng)地面綜合試驗(yàn)技術(shù)，同時(shí)考慮微振動(dòng)環(huán)境的地面預(yù)示仍存在不確定性，仍需進(jìn)行高精度在軌測量方案研究。

3.5 補(bǔ)充完善試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施，增強(qiáng)試驗(yàn)驗(yàn)證能力

后續(xù)載人航天任務(wù)對地面力、熱、水槽試驗(yàn)設(shè)施提出了更高的需求，需要補(bǔ)充完善試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施，增強(qiáng)試驗(yàn)驗(yàn)證能力：

1）航天器發(fā)射質(zhì)量有了較大提高，需要建設(shè)新的動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，建立動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)與仿真分析相結(jié)合的試驗(yàn)體系，滿足單艙力學(xué)試驗(yàn)、系統(tǒng)評估的需求；

2）熱試驗(yàn)容積需求以及溫度測量、加熱要求大幅提高，需要建設(shè)新的真空熱試驗(yàn)設(shè)施，滿足艙段試驗(yàn)需求；

3）根據(jù)在軌維修等要求，完善中性浮力水槽設(shè)施，滿足機(jī)械臂和航天員出艙試驗(yàn)需求。

4 結(jié)束語

本文在總結(jié)載人航天一期、二期工程系統(tǒng)級試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合載人航天后續(xù)任務(wù)的特點(diǎn)，對載人航天器試驗(yàn)技術(shù)需求進(jìn)行了分析，提出了載人航天器試驗(yàn)體系和相關(guān)技術(shù)發(fā)展建議，以期推動(dòng)我國載人航天器試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，提升航天產(chǎn)品的研制水平。