1、 引言
近几十年来，我国航天产业取得了很大成就，目前卫星型号的研制主要以国家为主导，2014年开始我国密集出台政策支持商业航天产业发展、小卫星等商业航天产品逐渐成为市场的热点。而技术先进性和成本经济性成为了衡量综合效益的关键指标。针对航天项目投入高、周期长、风险大等特点，有效平衡性能与成本间的矛盾关系，发展高性价比的低成本卫星成为各国长期以来的关注热点。
2、 需求分析
小卫星、商业卫星的研制一般以满足用户需求为基本目标，在保证产品可靠性的前提下，尽量控制成本，提高市场竞争力，同时一般还具有研制周期紧、组批生产的特点。元器件是星载组件功能、性能以及任务需求实现的基础，也是卫星产品成本的重要组成部分。由于小卫星、商业卫星与目前其他卫星的研制模式存在不同，因此需要在现有卫星元器件质量与可靠性控制的基础上进行优化和剪裁，确保产品的经济性、实用性和可靠性。
3、 质量与可靠性控制措施
3.1、择优选择外协供方，建立以合同为基础的长期评价机制
应改变以往以质量为唯一考虑要因的原则，以产品性价比、质量和可获得性为导向，开展合格供方选用和产品认证。在传统航天供方体系的基础上，扩大外协供方选择范围，优先考虑国内外技术领先、管理完善的单位。
3.2、优先选用COTS产品
COTS(商用现成产品)产品的空间应用是NASA实践“快、好、省”原则所长期推崇的重要举措。由于近年来国外对我国卫星上使用的很多高等级元器件实施禁运，因此采用COTS产品成为我国小卫星和商业卫星控制研制成本的迫切需求，COTS产品应优先选用在航天、航空和军工行业中应用成熟的产品，并进行针对性质量保证。
3.3、加强空间环境适应性保证和设计
对于选用的普通元器件，应充分借用已知的空间环境性能指标数据或飞行经验，评估其适用性，在无相关数据或飞行经验参考时，应通过试验摸底确定其空间环境耐受能力由于低等级元器件的空间环境适应能力较差，尤其是抗辐射能力差，因此必须在空间环境适应性设计方面进行充分考虑，尽量采用刷新、三模冗余等软件防护手段来缓解单粒子翻转问题，减少硬件防护措施，降低硬件防护成本。
3.4、系统开展COTS元器件保证工作
基于应用低成本COTS元器件，小卫星元器件保证工作应遵循“风险分析、系统保证、分级实施”的原则，制定COTS元器件专项保证要求。由于COTS元器件的设计、材料、工艺并非针对宇航应用。存在抗辐射能力不详、可追溯性不强、批次间一致性较差等缺点，所以应在使用前对其开展充分的风险分析，从元器件选型、采购供应控制、质量保证和应用等多个方面系统性地进行保证，开展元器件级、板级或单机级不同级别的COTS元器件质量保证工作。并在COTS元器件装机后。结合产品应用环境进行板级或单机级筛选试验，有效剔除元器件失效。COTS元器件采购应尽可能采用批量、集中采购模式。确保产品初样和正样采购的COTS元器件为同一生产批或到货批，质量保证工作应按元器件生产批或到货批逐批进行，从而降低试验成本。
3.5、 充分分析使用低成本元器件的风险，加强数据共享
为综合降低元器件检验成本，应根据元器件的贮存有效期，合理地制定选用规划和相应的采购策略，实施统一采购。在通过使用常规货架产品、国产产品替代进口产品的方式降低成本时，应充分考虑所选元器件的供货周期、批次质量稳定性、应用成熟度、潜在失效模式及影响程度等，避免因选用产品的可靠性过低或质量波动过大影响型号的可靠性。
通过信息化手段加强元器件数据共享，包括元器件性能测试数据、可靠性测试结果和新器件应用验证结果等，避免重复性工作，以降低元器件质量保证工作成本。
4、 设计应用
某卫星型号要求设计寿命1.5年，寿命末期可靠度指标≥0.6，600公里圆形太阳同步轨道，组网运行。
配套产品为S波段收发组件，按照用户技术协议、可靠性保证大纲和元器件保证大纲等文件要求进行了方案设计，充分使用了经过飞行验证的成熟电路和技术方案，根据设计方案进行了元器件选型。
选用的国产元器件厂家全部是在合格供方内，是长期从事相关元器件领域研制和生产的厂家，能够保证长期、稳定、及时供货，其产品已在许多重点工程得到广泛运用，情况良好。进口元器件生产厂家都是国际上行业内的一流企业，技术领先、信誉好，选用的都是其主流产品。同时这些器件在多个星载型号配套产品上经过了电性能和环境试验验证，能够满足组件使用要求。
通过对组件电路重要程度分析，对组件功能性能实现起到关键作用的元器件选用了CAST、SAST等级，非关键作用的元器件选用了国军标和七专等级。针对配套组件体积小、技术指标要求高的特点，选用了部分裸芯片形式器件和COTS元器件，通过对裸芯片特征信息和短期使用要求分析，制定了评价要求，见表1。
表1 裸芯片评价要求[1]
COTS元器件包含了无源和有源两种类型，通过对元器件封装形、结构特点和短期可靠的使用要求分析，制定了筛选+DPA的质量保证要求，典型筛选要求见表2和表3，对有源半导体器件开展了DPA试验
表2 无源COTS元器件筛选的方法和程序
表3 有源COST元器件筛选的方法和程序
由于大量使用了国军标、七专、COTS等普通元器件，元器件本身无抗辐照加固设计，通过对任务空间环境分析、组件结构屏蔽设计、电路限流、冗余设计，保证组件抗辐照性能，并抽样1只组件进行了总剂量辐照试验，结果能够满足80Krad（Si）的抗总剂量辐照能力。
通过以上质量保证的元器件已成功应用于型号任务，并完成多颗卫星组网运行，功能、性能、可靠性满足了型号要求，成本较传统大卫星得到了有效控制。
5.总结
通过对型号任务特点、组件设计要求、元器件结构特点等方面的系统分析，制定的选用和质量保证评价方案，可为其他工程项目提供借鉴，保证产品功能、性能实现的同时，有效降低成本。低成本设计是一项系统工程，要充分结合使用环境，从系统设计、方案设计、元器件选用及质量保证等方面统筹考虑，全面开展相关工作。
参考文献
[1] GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》
作者介绍：
李大成（1992-），男，江苏泗阳，研究生，助理工程师，电子装备质量监督。
许发月（1984-），男，青海互助，研究生，工程师，元器件可靠性
