书 书 书犐犆犛 ４９ ． ０２０ 犆犆犛犞 ７１ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌犅 ／ 犜 ４０５３７ — ２０２１ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌狌犻犱犲犾犻狀犲狊犳狅狉犱犲狊犻犵狀犿犪狉犵犻狀狅犳犪犲狉狅狊狆犪犮犲狆狉狅犱狌犮狋狊 　 ２０２１  ０８  ２０ /G2B /G2C ２０２２  ０３  ０１ /G2D /G2E /G27 /G28 /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G31 /G32 /G27 /G28 /G29 /G2A /G33 /G2F /G30 /G34 /G35 /G36 /G2B /G2C书 书 书前 　　 言 　　 本文件按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２０２０ 《 标准化工作导则 　 第 １ 部分 ： 标准化文件的结构和起草规则 》 的规定起草 。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。 本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ４２５ ） 提出并归口 。 本文件起草单位 ： 上海宇航系统工程研究所 、 中国航天标准化研究所 。 本文件主要起草人 ： 韩冬梅 、 王义元 、 柳征勇 、 冯淑红 、 胡迪科 、 陈晓强 、 吕箴 、 李鹏 、 张华 、 施斐 、 许冬彦 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ４０５３７ — ２０２１ 航天产品裕度设计指南 １ 　 范围 本文件提供了航天产品裕度设计的总则 、 环境裕度设计 、 结构机构裕度设计 、 电子电路裕度设计 、 热防护裕度设计和软件裕度设计等方面的建议 ， 并给出了相关信息 。 本文件适用于运载火箭 、 航天器产品裕度设计 。 其他航天产品可参照使用 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。 其中 ， 注日期的引用文件 ， 仅该日期对应的版本适用于本文件 ； 不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改单 ） 适用于本文件 。 ＧＢ ／ Ｔ３２２９６ 　 航天飞行器常用坐标系 ＧＢ ／ Ｔ３２４５２ 　 航天器空间环境术语 ＧＢ ／ Ｔ３２４５５ 　 运载火箭术语 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ３２２９６ 、 ＧＢ ／ Ｔ３２４５２ 和 ＧＢ ／ Ｔ３２４５５ 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 裕度 　 犿犪狉犵犻狀 表征设计值与需求值之间余量的大小程度 。 ３ ． ２ 辐射设计裕度 　 狉犪犱犻犪狋犻狅狀犱犲狊犻犵狀犿犪狉犵犻狀 ； 犚犇犕 产品的抗辐射能力与预示的工作环境辐射剂量之比 。 ４ 　 总则 ４ ． １ 　 基本原则 航天产品可靠性裕度设计 ， 是用以补偿产品生产 、 使用等的各种不确定性 ， 提高产品可靠性 。 进行裕度设计基本原则一般包括 ： ａ ） 　 综合航天产品的设计 、 制造 、 试验 、 使用 、 维护等全寿命周期下的约束 ， 兼顾先进性 ； ｂ ） 　 考虑航天产品不同特性 ， 采用相应的广义裕度设计 ， 一般考虑环境 （ 含防热 、 抗力学 、 抗辐射 、 抗电磁干扰等 ） 裕度 、 强度裕度 、 驱动裕度 、 寿命裕度 、 电子电路裕度 、 软件设计裕度等 ； ｃ ） 　 重视应力  强度干涉分析 ， 采用提高平均强度 、 降低平均应力 、 避免应力集中 、 减少强度散布等方法 ， 找出应力与强度最佳匹配 ； ｄ ） 　 考虑极限设计情况 ， 包括各种参数的最坏情况和组合情况 ； ｅ ） 　 对航天产品的裕度进行有效评估和验证 ， 对未经过充分试验验证的 、 一致性差的 ， 建议采用较大的裕度 。 １ 犌犅 ／ 犜 ４０５３７ — ２０２１ ４ ． ２ 　 程序 航天产品广义裕度设计程序一般包括 ： ａ ） 　 结合航天产品和任务剖面 ， 确定航天产品的关键参数特征量进行裕度设计 ； ｂ ） 　 根据任务要求 ， 按本文件推荐的裕度建议 ， 结合航天产品本身特点确定特征量的设计值 ； ｃ ） 　 对特征量的设计值进行分析 、 验证 ， 明确裕度设计结果 ； ｄ ） 　 有条件的建议验证到极限裕度 ， 若验证设计裕度过高或不足 ， 可进行优化设计 ， 并对优化结果 进行再分析与验证 。 ４ ． ３ 　 各研制阶段工作内容 航天产品各研制阶段 ， 裕度设计工作包括 ： ａ ） 　 自方案阶段起 ， 围绕关键特性参数 ， 开展裕度量化分析工作 ， 并明确裕度的量化要求 ； ｂ ） 　 在工程研制结束前 ， 完成关键特性参数的裕度设计验证工作 ； ｃ ） 　 在试样 （ 正样 ） 产品交付前 ， 分别对产品关键特性参数的设计裕度及其试验验证的充分性 、 有效 性开展确认工作 。 ５ 　 环境裕度设计 ５ ． １ 　 热环境 航天产品热环境裕度最高 、 最低工作温度宜外扩 ５℃ ～ １０℃ 。 气动加热热流试验条件通常在分析 结果的基础上 ， 建议按不低于 １．３ 倍的裕度进行设计 。 ５ ． ２ 　 力学环境 航天产品力学环境设计裕度建议考虑下述因素 ： ａ ） 　 噪声 、 随机振动试验量级比最高预示环境高 ４ｄＢ ； ｂ ） 　 冲击试验量级比最高预示环境高 ６ｄＢ ； ｃ ） 　 正弦振动量级为最高预示环境的 １．５ 倍 。 ５ ． ３ 　 辐射环境 航天产品辐射设计裕度建议综合考虑太阳活动 、 辐射环境分析模型 、 在轨时间等多种因素 ， 确定元 器件 、 原材料的辐射设计裕度 ， 给出的最小 ＲＤＭ 宜适中 ， 一般取 ２ ～ ３ 。 对于功率金属  氧化物  半导体场效应晶体管 ， 建议考虑抗单粒子烧毁 、 单粒子栅击穿的影响 ， 裕度 设计方法包括 ： ａ ） 　 一般进行单粒子试验 ， 以获得场效应晶体管工作的安全电压 ， 并降额至 ７５％ 以下 ； ｂ ） 　 对于没有抗单粒子烧毁 、 单粒子栅击穿数据的功率场效应晶体管 ， 可降额至 ２５％ ～ ５０％ 。 ５ ． ４ 　 抗电磁环境 航天产品一般采用敏感度门限与环境中的实际干扰信号电平之间的对数值之差表示抗电磁环境裕 度 。 设计时规定的电磁干扰裕度与设备受电磁干扰危害度类别有关 ， 危害度类别以电磁干扰影响及其 所承担任务失效的危害程度为依据 ， 航天产品电磁干扰裕度与产品危害度类别关系见表 １ 。 ２ 犌犅 ／ 犜 ４０５３７ — ２０２１ 表 １ 　 航天产品电磁干扰裕度与产品危害度类别关系 序号危害度类别 危害性 裕度 １ Ⅰ 类能造成本次发射任务推迟或造成航天器严 重损伤 、 寿命缩短 、 功能丧失及重大的飞行 故障等建议取 ９ｄＢ 以上 ２ Ⅱ 类能造成航天产品性能下降 ， 包括任何自主操 作能力的丧失建议取 ６ｄＢ 以上 若所用的验证方法是根据电 磁发射和敏感度特性进行分 析估算的 ， 则安全裕度建议增 加 ６ｄＢ ３ Ⅲ 类 非基本功能受损建议取 ０ｄＢ 以上 ， 以不受正常工作环境的影响来 验证 ４ — 火工装置 建议取 ２０ｄＢ 以上 ６ 　 结构机构裕度设计 ６ ． １ 　 结构裕度 ６ ． １ ． １ 　 原则 航天产品结构裕度设计原则如下 ： ａ ） 　 结构强度包络设计 ： 结构承受的载荷宜考虑整个过程的所有工况 ， 并综合考虑安全系数和安全裕度的要求 ， 强度裕度设计可采用安全系数法 （ 具体见附录 Ａ ）； ｂ ） 　 结构错频设计 ： 次级结构与主结构之间或有关联的次级结构之间建议有频率隔离设计 ， 避免出现共振耦合的过大振动响应而导致损坏结构及仪器设备 。 ６ ． １ ． ２ 　 结构安全裕度 航天产品结构安全裕度建议根据任务特点和可能的失效模式选择不同参数和裕度 ， 裕度量化一般包括 ： ａ ） 　 运载火箭在设计载荷下不发生结构失效 ， 安全裕度建议大于 ０ ； ｂ ） 　 在重复性载荷作用下宜考虑寿命 ， 设计寿命意见可取使用寿命的 ４ 倍以上为宜 ； ｃ ） 　 航天器不同材料的结构在不同破坏方式下推荐的安全裕度最小值见表 ２ 。 表 ２ 　 航天器安全裕度最小值 材料 参数 最小安全裕度 金属按屈服强度计算 ０ 按极限强度计算 ０．１５ 按稳定性计算 ０．２５ 复合材料结构按首层破坏计算 ０．２５ 按承载强度计算 ０．２５ 按稳定性计算 ０．３０ ３ 犌犅 ／ 犜 ４０５３７ — ２０２１ ６ ． ２ 　 机构裕度 驱动机构 、 无源展开锁定机构静力安全裕度一般取 １．０ 以上 ， 动力矩安全裕度一般取 ０．２５ 以上 。 机构寿命试验工作时间或工作循环次数一般为预示的工作寿命期 （ 包括地面试验 ） 内工作时间或工作循环次数的 ４ 倍 ； 寿命试验次数或圈数系数也可按照表 ３ 进行设计 ， 总试验次数 ／ 圈数为预期使用次数 ／ 圈数与对应系数乘积 ， 并求和获得 。 表 ３ 　 寿命试验次数 ／ 圈数系数表 类型预期使用次数 ／ 圈数系数举例 １ 举例 ２ 预期使用 次数 ／ 圈数试验次数 ／ 圈数预期使用 次数 ／ 圈数试验次数 地面测试预期地面测试使用 次数 ／ 圈数 ４ ａ １５ １５×４＝６０ ２ １０ 飞行 １ ～ １０ １０ １１ ～ １０００ ４ １００１ ～ １０００００ ２ ＞ １０００００ １．２５ １００１０×１０＝１００ ９０×４＝３６０ — — １５００１０×１０＝１００ ４× （ １０００－１０ ） ＝３９６０ ２× （ １５００－１０００ ） ＝１０００ — 总