1、早期的航天器综合测试
我国航天器研制初期,综合测试基本处于有线测试状态和原始的手动操作阶段。
在20世纪70年代前,在我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”及后来的几颗卫星的研制中,使用计算机完成航天器测试是想都不敢想的事。而现在,离开了计算机根本无法开展综合测试。一个型号的测试现场配置十几台甚至更多计算机是极平常的事。

我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”研制时,综合测试任务归属总体室,没有专门、统一的测试单位;测试设备研制也分散在各单位,测试设备分散、功能少、自动化程度低。由于那时的航天器比较简单,测试设备也只有供电设备、“东方红”乐曲和遥测接收设备(短波接收机、乐音监听器、鉴频器)、信标机测试设备及通用的普通表头(或数字电压表)、紫外记录仪、示波器。遥测数据量少,主要的控制和测量功能通过脱落连接器有线通路完成,对航天器的控制操作完全由人工按键实现,测量则使用普通表头或数字电压表,通过拨号选路或步进选择器进行测量,人工记录数据。遥测信号用紫外记录仪记在紫外记录纸上或用示波器记录在胶片上,由人工判读。遥测数据虽然不多,但数据处理却很麻烦,而且不完整、实时性差、效率低、不可靠。例如,我国第二颗人造地球卫星“实践一号”,接收的部分遥测数据用胶片记录,胶片长度有限,因此记录的数据有限。一个个的脉冲组合就代表着一个个参数值,数据处理从读此胶片开始,但它还不是数据处理工作的源头,而是首先要获取这个胶片。测试时,地面设备收到遥测信号,解调后由示波器显示出来,用照相机照下来,数据处理人员配好冲洗胶片的药液,在冲洗胶卷的暗盒内进行冲洗,晾干后进行判读,找出同步码,分辨出各路参数,记下码值,这才开始真正的计算处理。那时没有计算器更没有计算机,计算时,有处理公式的按公式计算,采用手算或计算尺算(现在已很难见到计算尺了);没有公式的按传感器校准表插值计算或在曲线图上查对。

这样一个过程是烦琐的,尽管测试过程中极为紧张地进行处理,从收到数据到算出结果,延时很多,没法实现实时。冲洗胶片没有暗室,稍有不慎就会使数据丢失。胶片记录的只是测试过程的很小的一个片断的数据,不可能记录测试的全过程,因此数据是不完整的。
尽管当时的测试设备很不完善,称不上综合测试设备,为早期的航天器“实践一号”卫星的测试与发射。这些第一代综合测试设备,为早期的航天器研制立下了汗马功劳。
20世纪70年代中期,测试设备研制人员研制出遥测数据的专用计算装置,成功地应用于返回式卫星的简易地面站,进行遥测数据处理。因当时没有可用的集成电路和半导体存储器,该装置由分立的晶体管和磁芯存储器构成。该装置的应用,使遥测数据处理不再像以前那样靠胶卷、数脉冲、辨路序、算结果,大大提高了数据处理的效率,向人们展示了计算机(计算装置)应用的诱人前景。
随着我国空间事业的发展和技术的进步,测试系统有了一定的进步。包括增加与数字电压表连接的打印机,可以输出测量数据;航天器姿轨控和遥控系统的建立,地面测试系统增加了姿轨控测试设备和遥控测试设备;“实践二号”和“东方红二号”采用统一载波体制后(双频统一载波和C频段统一载波),给测控地面测试设备的研制、应用带来了较大的状态变化。
2、我国航天器综合测试的首次计算机应用
20世纪70年代后期,适逢国产计算机发展的一个高潮,适合当时国情、易于推广的国产DJS-130小型计算机由多个厂家生产出来。测试设备研制人员,开始了计算机用于航天器测试的研究,购进了国产DJS-130小型计算机。该机采用的约1700片集成电路都是国产,整机结构为一个1.6m高的标准机柜,体积庞大,450mm×450mm平板式插件板,包括操作面板、控制器、运算器、32KB×16位磁芯存储器、存储控制器、接口和电源。外部通用设备简陋,仅有“老三件”,即电传打字机、纸带输入机(程序或数据的输入设备)、纸带凿孔输出机(程序或数据输出设备)。没有操作系统,只有汇编语言、BASIC语言。

由于受当时国内技术水平的限制,初期,计算机每天都出现故障,为克服生产质量带来的问题,尽快度过早期失效期,每天长时间运行,及时发现问题、解决问题,自行更换、焊接大量集成电路,从主机运算控制器、存储器、接口到电源以及外部设备做了大量改造,解决了计算机稳定运行的问题,自制了计算机电路板检查仪,编制了各种检查程序,大大提高了计算机维修、排除故障的能力。
为了使DJS-130计算机适应综合测试的需要,为计算机配置了实时操作系统(RTOS),自研了若干设备驱动程序,使用扩展汇编语言编写代码长24KB(48KB)的航天器测试程序;逐步配置了当时较为先进的国产彩色字符显示器(20英寸彩电架在一个桌子高的显示控制器上),并配上了汉字显示,以及约1.3m高的国产快速宽行打印机、较为先进的保加利亚磁盘驱动器;自行研制生产、安装了类似现在遥测前端的遥测数据输入接口板,并纳入操作系统进行管理。
这一初级的以计算机为核心的测试设备是航天器测试的第二代测试设备,及时投入到20世纪80年代初的多颗返回式卫星的总装厂测试、发射场测试,虽然仍旧是分散体制,缺乏集中的过程管理和统一的数据管理,但开了国内计算机应用进入航天器测试领域的先河,培育了一批计算机测试技术人才。
3、标准接口测试系统的研制与应用
在DJS-130计算机开发过程中,日益感到其功能、性能及其过于庞大的体积,已不能满足不断增长的测试需求和日常办公需求,时值改革开放,国内大量进口或仿制微机,DJS-130计算机的指标与微机比较差距太大,于是微型计算机在航天领域的应用研究也悄然兴起。
由欧洲核电子学标准委员会(ESONE)通过,并得到美国原子能委员会核仪器组件(NIM)委员会承认的一种并行数据总线标准——自动控制与测量标准接口(CAMAC)的研究也取得了很大进展。此种环境背景下DJS-130计算机终被淘汰,开始开展使用微机和CAMAC接口组成航天器综合测试系统的研究。
1983年,测试设备研制人员根据当时国内计算机发展状态,研制了多种CAMAC接口的驱动、控制模块,中国空间技术研究院总体设计部首先构成了用微型计算机驱动的航天器CAMAC综合测试系统,成功用于第二代返回式卫星和通信卫星等型号。系统主控计算机配置从Z80(只配有软盘和64KB内存)开始,发展到使用PC/XT(配置10MB硬盘)、PC286(配置20MB硬盘)、PC386、PC486(配置40MB硬盘)等,在DOS环境下使用汇编语言或BASIC语言。但还不能统一管理各分系统专用检测设备,未能实现整星的自动检测。数据处理开始可显示参数代号和源码,代替了人工分路判读,后来可以显示参数代号和处理结果,并实现打印、存储,把人从计算中解放出来。随着科技的进步,数据处理水平不断提高,增加了汉字显示、增加了图形显示、随意定制显示内容、自动判读、远程查询、历史回放等。
除了CAMAC总线的应用,STD总线、VXI总线、RS系列总线也逐步进入各分系统测试设备的研制与航天器测试应用中。
4、引进总控设备与测试新理念
1989—1991年,通信系列卫星测试引进了欧洲空间局(ESA)当时先进的总控测试系统和测试新理念,使用总控设备,使测试上了一个新台阶。此套设备经过精心使用维护,从1991年一直用到2003年,分别用于通信、导航系列等多颗航天器的全程测试。

中巴合作的“资源一号”卫星测试系统也引进了ESA总控设备。以主测试处理器(MTP)为核心的总控设备(OCOE),与各分系统专用测试设备(SCOE)一起组成航天器电性能测试系统,供配电测试设备采用了通用接口总线(GPIB)接口的通用电源。这是一个以计算机局域网连接的分布式的统一数据管理、集中过程管理的测试系统。
5、国产分布式总控测试系统研制成功并推广
通信系列引进的总控测试设备(硬件、软件)先进、方便使用,但价格昂贵,不可能每个型号都能引进,更重要的是引进的产品很难或不能按我们的需求自行更改。为此,1996年从遥感卫星初样开始研制国产的总控测试系统,经过多方调研,与有关单位合作完成了国产航天器测试系统的重大变革,1997—1998年开始在总装厂航天器测试中应用,而第一次在航天器发射场测试使用国产分布式总控测试系统的是“神舟一号”飞船。这是航天器测试技术和测试系统的一个转折点,是一个跨越。该系统的总控主测试计算机使用了微机,而不是引进系统使用的体积较大、价格昂贵、维护不便的小型机,地面供配电设备也首次使用程控电源集成了太阳电池阵模拟器。
6、航天器测试技术的新进展
进入21世纪,国产化分布式总控测试系统在多个系列、型号的航天器测试中迅速得到推广应用。国产化分布式测试系统的核心是总控软件——航天器测试操作软件(spacecraft test operations software,STOS),其在应用中不断得以改进和提高,2003年后,原来使用引进的总控系统的通信系列卫星测试也采用了国产化分布式总控测试系统。
随着国产总控系统的推广,专用测试设备的研制也紧跟国际科技的发展,采用新的总线标准,虚拟仪器技术也广泛应用。通过软件、硬件的综合、协调开发,研制了更为通用的测试设备。
2011—2013年,成功开发多航天器全流程自动化测试系统STS3000,全面推广应用到导航、遥感、深空探测和空间科学等各领域型号测试中。STS3000为数十个航天器并行测试提供统一测试平台,从测试设计、测试执行、测试判读,到测试评估,首次实现了全流程自动化测试和信息化管理。与此同时,综合测试技术也逐步从已关注地面设备、自动化测试平台和工具手段,聚焦到被测航天器对象上,着力于被测航天器可测试性分析、测试覆盖性分析和测试需求论证、测试原理和方法研究、测试用例设计,强化测试验证策略及流程设计、技术状态控制,在测试信息资源集中管理、共享,测试数据自动判读,测试仿真,故障诊断,测试实施规范,测试自动化、信息化、智能化,远程测试、批产测试、并行测试等方面都取得了重大进展。伴随航天器研制的产业化进程,航天器综合测试组织管理模式也发生了巨大转变,从最初的一颗星配备一套测试设备和一支测试队伍,到同一平台卫星共用一套集群测试设备和一支型号领域专业测试队伍,再到由供配电测试、信息测试和射频测试“三大专业”支撑的,由测试指挥双岗以及供配电、信息和射频测试岗组成的“五人模型”的,测试资源专业共享的批产测试模式。全面提升了航天器测试的能力和水平。














暂无评论内容