航天电子范文1
摘要：产品具有长寿命、小子样、失效机理复杂等特点，难以通过传统的统计方法对其贮存期进行评估。通过对元器件进行加速贮存试验，给出了一种元器件的退化方程、伪失效寿命、加速因子以及激活能的计算方法，然后在元器件加速贮存试验的基础上提出了一种基于失效率的航天电子产品加速因子算法，该算法只需得到整机元器件数量、失效率激活能即可计算加速因子，最后对某控制器进行加速寿命试验，验证了所提出的贮存期评估方法的正确性以及工程适应性。
关键词：电子设备；贮存期；加速试验；评估
1引言
当前，航天导弹武器系统电子产品通常具有“长期贮存，一次使用”的特点，贮存期通常可达十余年，是衡量导弹武器的一个重要指标。在研制阶段需要对电子产品的贮存期进行评估，获取贮存可靠性信息。目前，国内外通常采用的贮存期评估方法是对产品进行加速贮存试验，加速贮存试验是在试验中对样本施加超过自然贮存条件的环境应力，采集并记录相关参数的失效或退化数据，在一定条件下对试验数据进行分析建模，外推出正常应力下的贮存可靠性指标。加速贮存试验分为加速寿命试验和加速退化试验。加速寿命试验以试验中出现的失效样本数作为评估依据，需要的样本数量较多，而加速退化试验以样本的退化数据作为评估依据，所需样本数量较少。航天电子设备通常由整机电路及金属件结构件组成。
为了获取电子产品的贮存期信息，必须先分别对电路、非金属件及金属件金属结构件的失效模式、失效机理及贮存期进行评估。国内大部分的研究内容还主要集中在对电子元器件、金属材料及非金属材料进行加速试验，对电子产品的整机加速试验的研究、方法还比较少。由于金属结构件的贮存可靠性元大于电子元器件，本文主要对电子产品的整机进行贮存期研究。航天电子产品整机级加速贮存试验方法是从元器件老化试验中发展而来的，但也存在差别。电子产品整机中通常包含种类各异的电子元器件，在相同试验应力下，整机内不同种类的电子元器件的加速因子（即老化速率的加速倍数）并不相同，如何通过元器件的加速因子得到整机加速贮存试验的加速因子是本文需要解决的问题。本文首先以典型电子元器件为例，介绍了其退化方程、伪失效寿命、加速因子以及激活能的计算方法，然后在元器件加速贮存试验的基础上提出了一种基于失效率的航天电子产品整机加速因子的计算方法，最后以某控制器为例说明其贮存期评估方法。
2电子元器件的加速寿命
影响电子元器件贮存寿命的因素有材料、工艺、结构、封装等，在同样的贮存条件下，相同类型的元器件其寿命基本相同，因此，对同类型的元器件选取一个代表品种进行试验，所得出的寿命信息就适用于该类型的所有元器件。本节以某开关二极管为例，说明其加速寿命评估以及加速因子、激活能的计算方法。
2．1试验应力
选择将样品分为4组，采用步进应力加速贮存试验方法。步进应力加速贮存寿命试验温度及时间分别为T1：150℃（0～900h）；T2：165℃（900～1700h）；T3：180℃（1700～2400h）；T4：195℃（2400～3000h）。在4个温度下共设置23个测试点如下：T1测试节点：0、300、500、700、900h；T2测试节点：1060、1220、1360、1540、1700h；T3测试节点：1900、2000、2100、2200、2300、2400h；T4测试节点：2490、2580、2670、2760、2840、2920、3000h。开关二极管漏电流IR为敏感电参数，因此，通过IR对其寿命进行评估。
2．2试验实施
在每个测试节点对4组样品的漏电流进行测试，对每次的测试数据分组。
2．3数据处理
2．3．1退化方程
；2）对趋势图进行拟合，得到退化曲线及方程。根据测试数据，绘制4个应力温度下的退化曲线及方程如图1～4所示。
2．3．2伪失效寿命
拟合曲线的“线性”拟合程度较好，因此，利用拟合直线方程y＝a＋bt中得出的a和b的值，外推各温度下器件的伪失效寿命t。
2．3．3加速寿命方程
得到伪失效寿命后，利用概率图确定寿命的分布类型，利用拟合曲线计算各个温度下的中位寿命t（0．5），4个温度下的中位寿命分别为10734．92、7279．093、5051．21、4518．42h。图中纵坐标为lnt（0．5），横坐标为1／T（e－4）。加速寿命曲线近似为直线，根据加速方程lnt（0．5）＝a＋b／T，推算出常温25℃下，该二极管中位寿命为505812h，大约57年。
3电子产品整机加速因子研究
航天电子产品加速贮存试验首先要确定影响贮存的关键应力，在此应力下需要选择相应的加速模型进行加速因子的计算。
3．1整机加速应力的选择
选择合适的加速应力直接决定了试验的有效性及加速效率，一般应根据产品的失效机理与失效模式来选择加速应力；航天电子产品在贮存、运输、维修期间受到多种环境影响，故在选择加速贮存试验加速应力之前，应作如下考虑。1）加速应力所激发的失效机理要与实际使用状态下的失效机理相同，即保证失效机理不改变。2）应该选择对失效过程起到影响最大的应力作为加速应力。。结合航天型号工程经验，环境温度和湿度是决定产品贮存寿命及可靠性的主要因素。温度对电子产品可能引起的热效应主要有如下几个方面：1）固定电阻的阻值改变；2）温度梯度不同和不同材料的膨胀不一致使电子产品的稳定性发生变化；3）变压器和机电部件过热；4）继电器以及磁动或热动装置的吸合／释放范围变化；5）工作或贮存寿命缩短。湿度环境对电子产品的表面效应，以及材料性质的改变会产生影响。目前，还没有成熟的湿度加速试验模型可以引用。在设计时，导弹弹上电子设备大多需进行密封性设计，因此湿度不是贮存的敏感应力，本文主要考虑温度应力作为加速贮存的施加应力。
3．2整机加速因子算法
Arrhenius模型广泛应用于与温度有关的应力加速贮存试验，但Arrhenius模型只适用于元器件，不能直接应用于整机［10－11］。
4整机加速贮存试验方法
4．1整机加速方法
综合考虑温度和加速效果，选定80℃为该控制器的加速应力温度，其对应的加速贮存试验时间T为T加速时间＝T贮存期／AFT。假设该控制器的贮存期为15年，为简化试验模型，建立加速试验剖面如图6所示。样本为新出厂产品，其自然贮存寿命为0，需要进行15个循环周期的加速试验，每个循环的试验时间为365×24h／35．51＝246．7h，也即加速时间246．7h相当于自然贮存1年。试验要求如下：产品在进高温箱前，需要进行外观检查和2电性能检查，检查合格后方可进入后续的高温试验。高温箱的升温和降温的速度是2℃／min，高温箱中的温度保持在80℃并恒温0．5h后开始计时，每个循环周期后进行电性能测试，测试时需将高温箱的温度降至常温，常温恒温0．5h后，才可以开始测试。高温加速试验的有效时间不应含纳测试和恒温的时间。每个试验循环周期结束后，需对产品进行性能测试，若15个循环周期测试均合格，则可以给出15年贮存期评估结论。
5结论
本文以元器件加速试验为基础，分析了元器件的贮存期、加速因子及激活能的计算方法，在此基础上提出了一种基于元器件失效率和激活能的整机加速因子计算方法，该方法针对小样本、故障模式多样的高可靠航天电子产品的贮存期评估问题进行研究，只需得到元器件种类及数量、元器件失效率、激活能即可计算加速因子。以某弹上控制器为例，给出了其加速试验及真实度评价方法。通过本文研究，可以对电子产品的贮存期进行评估，具有一定的工程实践意义。对于加速因子真实度的评价方法是本课题后续研究的重点。
参考文献
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每天进步一点点
【二四班张子龙 辅导教师陈圆圆】 我觉得不管哪一天都是我们的生命，你觉得呢？我有一句话要对大家说：“没有很好，只有更好！”它的意思是，这次做得不是很好的，明天你就可能是更好的了，进步不是只有学习上进步，还有写字、写话上优美的词语、创作、艺术……
【二四班张宇航 辅导教师陈圆圆】 知识不属于一个人的，是大家的，有的人为什么能考一百分，不是因为他聪明，也不是因为他幸运，为什么一个人能从一砖一瓦盖起一座大楼，为什么有的人连地基也没有盖好，都是因为一个人的努力和坚持，所以，要想成功，你就要每天进步一点点。
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“商业化”的起爆点：
一切从球开始
在世界范围内，有许多私营航天科技公司成功的先例：2014年，Facebook与 Titan Aerospace 进行了一笔达 6000 万美元的交易。Facebook 购买了多架该公司生产的近地面太空无人机，用于自己旗下的太空网络信号转播项目，届时，全球都会被免费的无线网络覆盖。而在民营航天成功先例中，最著名的恐怕就是 SpaceX 公司。
和美国不同，中国航天事业主要由国家掌控和运作，但这并不意味着私营航天在中国无从谈起。
去年5月，“中国制造2025”规划，在新常态的语境下，国家把目光再次聚焦到工业实体。有分析认为，仅卫星应用这一领域的产值就将在2020年达到5000亿元，“十三五”末我国航天工业的整体产值将能达到8000亿元至10000亿元的水平。
据行业人士测算，商业航天领域每投入1美元，可获得7至14美元的回报。经过多年发展，商业航天已成为世界航天产业发展的主要动力。
“坐火箭20万美元游太空”“推出太空专车、太空顺风车、太空班车等发射服务计划”……事实上，曾经颇显神秘的中国航天业，已悄然开启商业化的大幕。虽然让公众兴奋的太空游还略显遥远，但作为交通工具的火箭其实已开始“专车”服务（指发射卫星等）。
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作为商业航天发展的基础运输平台，火箭正通过创新运营模式、打造专属列车、提供定制服务等创新举措，努力在商业航天市场的激烈竞争中抢得先机。布局并不止于目前披露的商业发射服务、亚轨道飞行体验、空间资源利用三大业务板块，“对标SpaceX只是近期目标。”
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航天领域的民间机会
2015年12月22日上午九点，美国太空探索公司SpaceX成功将其自主研制的Falcon 9 FT火箭发射升空，成为首个成功进入太空的民间企业。这被视为私人航天时代即将到来的标志。
在中国，航天领域长期为国有力量主导。即便是国有机构，要制造完整的火箭也非一家所能。火箭的不同结构，在传统的航天系统中有着严格的分工。
但在民营航天爱好者的眼中，只要技术操作与基本工艺到位，使用民用级别的原材料进行航天器制造，并非不可能。
2013年，大三学生胡振宇与科创广州项目组成员一起，到内蒙古发射了一枚火箭。
胡振宇曾在中科院空间所实习了1个多月，而这家机构是航天四院的主要客户之一。他听到的最大抱怨是“太贵了”，“贵到以至于中科院自己都想做探空火箭，忍无可忍了”。几年后，他创办了翎客航天，计划把价格拉低至200万元，同时提供更好的性能。其中的关键是缩短供应商链条，减少分包成本，避免层层倒手、加价，以确保毛利润率。
按照胡振宇的规划，他创建的翎客航天将是国内首家提供探空火箭发射服务的私人企业。与公众更加熟悉的“”等运载火箭相比，他的探空火箭体型更小，通常长度不超过10米，箭体直径不超过300毫米，有效载荷数十公斤。它的作用是将搭载的仪器送到几十至几百公里的高空，进行几分钟的科学观测，相对简单的结构和功能，让民间科研力量有望参与其中，甚至成为市场的主要玩家。
2015年7月，中国民间航天组织中规模最大的 “科创航天局”主席罗澍等人做的卫星研制方案得到了投资人的认可。投资人认为，没有民间及商业化的航天就没有人类航天的飞跃。现在人类处于技术空前平民化的阶段，所以会出现几个年轻人在短短几年间通过互联网改变数亿人的生活，“沿着平民化路线看看有没有突破口。”
民间的商业航天行为，最终落点还是“商业”，在国家大力推动军民融合、“航天+互联网”的信息产业变革，以及全球新一轮的工业革命的大背景下，越来越多的企业将通过航天的“商业化”道路，寻求新的投资机会。
中国航天的山东元素
在神舟十一号任务中与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接后，513所承担了多项保障工作。
513所即山东航天电子技术研究所，隶属于中国航天科技集团公司第五研究院，始建于1966年。1986年由山西太谷搬迁至山东烟台。是目前山东省唯一一家从事航天高科技研究的科研事业单位。513所先后参与了我国从神舟一号到神舟十一号、天宫一号、天宫二号等所有载人航天工程型号的研制，均圆满完成任务。
10月19日3时31分，神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接。6时32分，航天员景海鹏、陈冬先后进入天宫二号空间实验室。据了解，2名航天员将按照飞行手册、操作指南和地面指令进行工作和生活，按计划开展有关科学实验。完成组合体飞行后，神舟十一号撤离天宫二号，并于1天内返回至着陆场，天宫二号转入独立运行模式。
。其中，513所研发的氧分压调理电路、二氧化碳分压传感器、舱内气体采样装置将净化空气，确保太空没有“雾霾”；液路断接器和封气装置是载人飞船的安全卫士；失重生理效应实验装置、骨丢失对抗仪、无创心功能监测仪为航天员提供了完善的健康保障体系；无线语音系统将实现航天员与地面的天地通话。
作为航天电子重要研制单位，在发展中，513所逐渐形成了信息系统与综合电子、测控与通信、电力电子、计算机应用以及部组件五个专业领域，建成了完整的适应宇航和武器产业要求的电子产品科研、生产、实验体系，形成了从前沿技术跟踪、论证，到原理样机研制、产品工程化实现，以及技术成果转化的完整链条。研制的产品广泛应用于卫星、飞船、火箭和防务装备领域。
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信息与通信工程学科为国家首批211工程重点建设学科、985重点建设学科和首批长江学者特聘教授岗位学科。通信工程专业和电子信息工程专业均为国防科工委重点本科专业。 电子与信息工程学院办学思路清晰、办学特色明显，经过近年来211工程、985工程等学科专业的建设，正在逐步建设成为航天电子信息领域的研究型学院。
学院现有通信工程、电子信息工程、信息对抗技术、遥感科学与技术、电磁场与无线技术五个本科专业，设有通信与信息系统、信号与信息处理”和“电磁场与微波技术三个博士点学科，其中通信与信息系统学科为国家级重点学科。信息与通信工学科具有一级学科博士和硕士学位授予权，并建有“信息与通信工程”学科博士后科研流动站。
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电子身份证多城市试点,产业链市场空间巨大.恒宝股份（002104）已有相关产品通过公安部eID产品认证。天喻信息（300205）已向银行提供加载eID应用的金融IC卡。
美国商务部封杀中兴通讯,国产化加速迫在眉睫.A股公司中，光迅科技牵头，在武汉成立国家信息光电子创新中心，协同推进信息光电子“关键和共性技术协同研发”及“首次商业化”。新易盛（300502）作为国内少数具备批量交付100G光模块能力的厂商，公司上市后募投项目新增产能全部为高速率光模块。烽火通信（600498）在光通信领域公司100GOTN芯片取得研发突破；自研400G光模块产品成功并完成国内国际的正式商用。天孚通信(300394) 是光器件/组件优质企业，定增加码高速率光器件。
。航天电子（600879）是测控通信领域龙头，拥有包括航天遥测、测绘系统设备及卫星导航等天地一体化测控通信系统及产品应用。
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为了满足现代卫星对数传发射机更高的设计要求，得益于数字调制技术的不断发展，本文阐述了星用X频段数传发射机的一体化、小型化设计，并与传统数传发射机设计进行了比较，详细介绍了X波段双机一体化、小型化数传发射机的组成原理、设计方案和实现方法，最后通过和传统数传发射机的性能进行比较，并给出了测试结果。
【关键词】数传发射机 X波段 数字调制
1 概述
随着中国卫星事业的蓬勃发展和现代通信技术的迅速发展，卫星所承载的功能越来越多，星上的空间资源越来越紧张，对包括数传发射机在内的星上产品设计要求也越来越高。产品设计中，需要综合实现高可靠性、小型化、轻量化和低功耗的要求。因此，研究高频段、一体化、小型化的星载数传发射机设计技术，对我国卫星数传系统技术发展具有积极意义。
2 数传发射机设计方案
数传发射机是卫星系统的重要组成部分，承担卫星星上业务数据向地面传输的功能。传统的卫星数传发射机，采用“中频调制+上变频”设计技术，在变频环节会产生非线性失真，从而影响产品性能。随着微波直调以及微波合成技术的发展，本文阐述了采用直接射频调制技术，实现了X波段一体化、小型化的数传发射机设计。
X波段一体化、小型化发射机，按照前端输入时钟，接收前端输入的数据进行LDPC编码，完成电平转化后直接送入X波段QPSK调制器中进行调制输出。本地恒温晶振产生基频信号，经过65次倍频器倍频到X波段，将X波段频率信号作为QPSK调制的本地载波信号。已调QPSK数据信号，经过匹配微带板输出到后级功放后，由天线发射出去，完成数据传输。目前方案采用双机一体化设计，互为工作备份。
。在微波直接调制器的设计中，是两路BPSK进行合成，载波频率经过90°功分分成两路分别与I、Q两路数据进行BPSK调制，两路BPSK数据通过0°合成器进行合成输出。QPSK信号具有频带宽，隔离度好和抗干扰强等优点。
设计方案中，微波器件采用微波集成电路模块，提高了产品设计集成度和可靠性，同时减少了体积和重量。此外，采用了倍频器直接倍频技术，不仅避免了传统倍频方案带来的非线性失真，同时改善了发射机输出的频谱特性。
3 测试结果
本文设计的X波段一体化、小型化数传发射机方案，已经成功应用于某卫星型号中，通过数传发射机的硬件设计、软件设计和调试后，对产品主要性能指标进行了测试，并与传统数传发射机设计进行了比较，测试情况见表1所示。由表可见，测试指标都是符合当初的设计指标的，比传统的数传发射机性能指标更加优良。
由表1以及图2、图3可以看出，该方案完成了X波段双机一体化、小型化数传发射机的设计，实现了一体化、小型化和轻量化的设计目标，相比传统产品，数传发射机的调制性能和信道传输特性有了较大提升和改进。
4 结论
本文设计的X波段一体化、小型化数传发射机方案，已经成功应用于某卫星型号中，所设计的数传发射机，在性能指标上优于传统产品，在产品重量、体积和功耗等方面获得了较大提升，对今后星上产品的小型化、轻量化设计工作具有积极意义。
参考文献
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李广才（1980-），男。硕士研究生学历。现为上海航天电子技术研究所工程师。研究方向为卫星通信、数传通信。