Space X 的商用器件选用风险分析及应对措施

近年来，Space X 公司在商业航天领域取得重大突破，采用低成本的“猎鹰9 号”（Falcon-9）火箭和“龙”（Dragon）飞船成功实现了火箭回收、商业卫星发射、空间站往返货运等任务，并且正雄心勃勃地实施“火星殖民”计划，向深空探测和载人航天方向发展。Space X 作为商业公司，始终将成本和先进性摆在与可靠性同等重要的地位，因而在宇航单机设计中允许选用商用器件，从而降低了设计成本、提升单机性能、加快研制进度。
Space X分析认为宇航级元器件的价格昂贵、生产周期长、性能落后等固有缺点是制约技术发展的瓶颈，因而需要使用价格低廉、性能先进的商用器件，并进行针对性的选用、分析、筛选试验和板级考核评价等质量保证，以确保应用可靠性。
Space X根据具体航天任务的环境和应用条件选择器件，火箭和货运飞船都是近地轨道、短周期的任务，元器件的应用环境需要考虑发射阶段显著的机械冲击、振动和恒定加速度应力，不需要考虑元器件的抗辐射、长寿命和性能退化的问题。通常商用器件采用塑料封装，比传统的军用陶瓷密封器件有更好的抗机械振动、冲击和恒定加速度的特性，而且由于没有空腔，也不存在可动多余物引起的内部短路问题。可见，商用塑封器件能满足近地轨道、短周期宇航任务的电性能、寿命、抗辐射性能、封装可靠性等要求，可以选用。
NASA的PEM-INST-001 指出，塑封商用器件与军用、宇航级器件相比，应用于宇航任务时主要存在4 个方面的问题：
1）工作温度的范围窄，通常不能达到-55℃～+125℃的军温范围；
2）作为市售货架产品，用户无法完全知悉器件的内部设计、材料、生产工艺和控制过程；
3）由于是工业大批量生产的低成本商用器件，每只器件的内部芯片无可追溯性；
4）无权威机构监测或评价器件的可靠性和质量控制水平。
针对这些问题，Space X 结合具体任务的空间环境认为，按照美国空军太空司令部发布的AFSPC Manual 91-710 中给出的测量验证数据，发射阶段火箭舱内实际环境温度范围为-34℃～+71℃，因此选择工作温度范围达到-40℃～+85℃的工业级商用器件能够满足使用环境温度的要求，不会出现因超出工作温度范围而失效或参数退化的问题。通过对生产过程的对比分析，Space X 认为采用AQEC的ANSI/GEIA-STD-0002-1 标准或汽车电子协会元器件技术委员会（AEC）的AEC-Q100 标准进行质量保证的商用器件，与美军标MIL-PRF-38535 的质量保证过程非常相似，能够满足其具体航天任务的高可靠性要求，因此优先选用该等级的产品。另外，Space X 通过选择适当的器件和制造商，按照专用、成批次采购的模式，解决器件性能一致性和可信性问题，确保商用塑封器件的整体质量水平稳定可靠。
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