星載有源相控陣雷達制造技術研究

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摘要：針對航天產品高質量及高可靠性的特點，介紹了星載有源相控陣雷達制造過程中的主要工藝技術，包括不同結構形式的天線、TR組件殼體及蜂窩結構安裝板等零部件的制造技術，總結了生產現場管理中定置管理、多余物控制及生產過程表格化管理等工程經驗。

關鍵詞：星載有源相控陣雷達；生產現場管理；定置管理；多余物控制

星載產品需在空間高速運行，承受惡劣的空間環境，對可靠性的要求極高，產品向結構緊湊、輕量化、高集成等方向發展，結構件多采用比強度高、耐高溫的材料[1-3]，加工和裝聯調試的精度要求極高。星載有源相控陣雷達的制造需要應用多種先進制造技術，同時還需實施科學的生產現場管理，是一項高技術、多學科的系統工程。

1星載有源相控陣雷達工藝技術

1.1蜂窩結構安裝板制造技術

蜂窩結構安裝板是星載有源相控陣雷達陣面上的重要結構件，大部分設備都需要安裝在該平臺上。為了減重，該板采用蜂窩夾層結構，由蜂窩、熱管、蓋板和預埋件等零件膠粘而成，其中大小不等的預埋件多達幾十個。安裝板的質量直接影響衛星的使用壽命。由于熱控設計規定單機通過熱管傳遞熱量，其安裝底面的平面度及粗糙度要求極高。蜂窩結構安裝板膠接成型后須保證其平面度及固化質量。隨著航天技術的發展，膠接工藝技術得到了廣泛應用，已成為航天工藝中不可缺少的技術。設計制造的膠粘夾具用于安裝板的膠接，成型過程中要加熱均勻，防止變形。蜂窩結構安裝板既是承受載荷的受力件，又要求傳熱，對熱平衡起到重要作用，因此膠粘質量非常關鍵。安裝板膠接完成后，用肉眼根本無法檢出零件內部的膠粘質量，需要進行無損探傷，檢查部件內部是否存在脫膠等缺陷，以確保航天產品的高質量。同時，制作隨爐件，通過對隨爐件各項性能的檢測，達到確保安裝板膠接質量的目的。膠粘后部件上孔的加工及蓋板的加工在數控銑床上完成。對于蜂窩結構部件的裝夾難點，工藝中須考慮在預埋件的上方放置過渡板，然后再搭壓板；操作時不能用側面夾緊，且垂直夾緊力不能太大。同時，為讓開上蓋板的凸臺和保證加工精度，設計專用工裝作為墊板，使裝夾方便、可靠。為防止切削液進入有源安裝板內，銑加工、鉆孔及攻絲嚴禁使用任何冷卻液。圖1為有源安裝板制造流程圖。

1.2TR組件微組裝技術

TR組件是整個雷達系統的核心部件，與雷達的性能息息相關。它是多芯片微組裝的部件，結構復雜，組裝精度要求高，制造難度極大，要求具有元器件級的密封性。TR組件工藝包括了混合微電路技術和多芯片組件技術的多個方面，如薄膜工藝、LTCC多層基板工藝、殼體涂覆工藝、微組裝工藝、封裝工藝等。它的密封性主要通過高精度的焊接配合面、高質量的可焊性鍍層、合理的焊接夾具、優選的焊料和焊接溫度曲線等方面進行保證。

1.3TR組件難加工材料殼體加工技術

TR組件殼體采用理想的封接材料，其加工難度較大。圍框在數控機床上加工，通過選用刀具、優化切削參數、優選加工方法等工藝措施，解決難加工工藝問題。為減小機加工變形及微小毛刺對TR組件焊接及性能的影響，通過工裝及優化工藝流程，解決去毛刺的難題。TR組件的蓋板因焊接密封的需要，材料極薄，平面度要求高。通過試驗發現數控加工后材料下單件困難，變形極大，采用熱校平也無法滿足要求，研究后采用電化學加工法，使尺寸精度及表面質量完全達到要求。為防止內應力對密封性能的影響，圍框和蓋板須進行去應力處理。

1.4天線輻射單元制造技術

星載有源相控陣雷達的天線輻射單元一般采用微帶子陣和波導裂縫等形式，波導裂縫天線的效率優于微帶貼片天線。微帶子陣天線常采用碳纖維復合材料作為天線結構板。天線結構板采用夾層板結構，由多層材料經膠粘而成，制造中須選用合適的膠粘劑，設計、制造專用膠接夾具，解決天線的平面度問題及厚度尺寸一致性問題。天線板在經過成型工藝形成零件后，需要經過機加工才能使用，加工質量需得到保證，鉆孔后孔壁周圍材料不得發生分層，加工后的無損檢測必不可少。波導裂縫天線的材料常用鋁合金和碳纖維。鋁合金材料的波導裂縫天線，采用機加工和焊接的方法[4]，制造工藝相對較成熟。碳纖維復合材料具有高強度、高模量、低比重、抗疲勞、熱穩定性好和成型工藝簡單等優點[5]，廣泛應用于各種航天器產品，已成為星載天線的極佳結構材料，但用碳纖維復合材料制造星載裂縫波導工藝難度較大，主要體現在以下方面：碳纖維波導成型尺寸精度及表面粗糙度的保證，避免縫槽加工后碳纖維出現撕裂分層，去除干凈縫槽內毛刺，進行表面金屬化等。針對以上問題，還需探索行之有效的解決方案。目前該制造技術在國內尚處于研究階段。

1.5高精度薄壁機殼制造技術

星載雷達對重量、體積等方面要求極高，對單機機殼在裝機體積、重量方面提出了嚴格要求。為減輕重量，并滿足抗紫外輻照等星載環境、強度及傳導熱量等方面的要求，單機機殼大都采用鋁材料或鎂合金材料，結構較為復雜，腔體不規則，安裝面的平面度要求高，加工難度較大。薄壁類機殼在高速數控銑床上加工，采用專用工裝裝夾，解決機殼的變形問題。在軌道上運行的航天器處于真實的冷熱交變的惡劣空間環境中，不但受到太陽輻射和地球及其他行星的輻照，還會受到來自宇宙冷空間背景的影響，航天熱控設計十分重要。航天產品的熱控技術和熱控材料，是航天技術的重要組成部分。單機薄壁機殼表面涂覆層的選用，須滿足熱控設計對表面輻射率的要求。而涂覆層的材料及表面處理方法，也須經過航天要求的考核才能使用。機殼在表面鍍覆時均須附有隨爐試樣，鍍覆后對隨爐試樣進行熱振試驗，要求在經歷考核后鍍層不變色、不起泡。

1.6防靜電膜裝配技術

防靜電膜非常薄，易折，產品須在溫濕度有保障的潔凈環境中安裝。安裝過程中現場人員必須佩戴口罩、無塵防靜電手套，操作人員還需佩戴防靜電手環，輕拿輕放，防止薄膜折疊，減少表面摩擦。裝配時在天線板表面貼數塊膠帶，按尺寸裁防靜電膜后多人協作貼膜，保證膜與膠帶壓平無皺折，最后進行防靜電膜的接地連接。

1.7半剛電纜裝配技術

星載雷達在總裝過程中，有多道半剛電纜的裝配工序。在安裝前，高頻半剛電纜須用內窺鏡做充分檢查，以保證接合面的螺紋潔凈、完好，必要時用棉簽沾酒精清洗，待干燥并拍照后再裝配。對電纜兩端頭有先后安裝順序的組件，在安裝完一端頭后，另一端頭安裝時如機械尺寸有偏差造成錯位，操作人員需在工藝師、設計師的指導下，對形狀進行微調，保證端頭不受力、不彎曲。電纜按規定的力矩擰緊，在擰緊操作過程中，應保證電纜端頭的連接器和電纜不產生旋轉。

1.8有源相控陣雷達總裝技術

星載有源相控陣雷達結構復雜，待裝配零部件數量大，密度及精度要求高，操作空間小，機械裝配與電子裝聯高度重疊，總裝工藝須針對天線陣面的翻身轉運方案、測試架上的吊裝方案提出詳盡要求，明確各工步操作的具體規程及措施，并采用裝配工裝、吊裝工裝及陣面保護工裝保證天線板在翻身轉運、測試架集成過程中的安全性。

2星載有源相控陣雷達生產現場管理

生產現場是產品按工藝實施操作、保障星載有源相控陣雷達質量的關鍵環節。星載產品裝配技術含量高、工作范圍廣，需開展精細化的現場生產管理工作，具體包括實行定置管理，加強現場工藝管理及“三定”生產管理，健全班組建設等。

2.1現場定置管理

單機裝配及SAR天線總裝在潔凈度為10萬級的凈化廠房內進行，工序較為繁雜，工作人員多，使用的工具種類及數量也較多。星載產品的裝配過程不同于一般的流水線裝配，主要采用手工及裝配工裝方式，節拍不明顯。根據這些特點應規定生產現場產品、工裝、物料等各種物品的合理存放位置，控制生產現場狀態，建立良好的生產秩序和生產環境，使人流、物流、信息流合理運轉。

2.2現場工藝管理

雷達產品生產前實施試制前準備狀態檢查，保證“人、機、料、法、環、測”等各方面符合要求。按工藝要求組織生產，使生產處于受控狀態，保證產品質量。生產現場人員嚴格遵守工藝紀律[6]，操作人員認真做好生產前的準備工作，依據工藝規程精心操作，不允許出現工藝文件規定以外的操作。操作人員在指定的型號工作區域內進行工作，不得隨意串崗，不允許碰動、挪用非本崗位的產品和設備。星載產品工裝設計中均考慮了與產品接觸部位設置防止擠壓和劃傷工件的保護措施，工裝表面無可脫落的涂層，操作人員在裝配準備時須做確認，確保工藝裝備的完好性，并嚴格執行工裝保管措施。產品返修或返工必須由工藝部門編制專門的返修或返工工藝，工藝簽署完整后才能實施。對產品實現的關鍵件采取量化方式控制，有源安裝板膠接、螺釘擰緊等工序均嚴格規定工藝參數；裝配工藝明確螺釘擰緊順序，嚴格實施過程控制；記錄組件裝配、螺釘點膠等關鍵工序實施情況并進行拍照；關注現場安全及多余物控制。

2.3“三定”生產管理

由于星載產品的質量要求極高，所以對關鍵件、重要件等零部件的生產實行定人員、定設備、定工藝方法的“三定”管理[7]，確保其前后研制階段制造狀態的一致性。每個星載產品均歸檔發布“三定”生產明細表。星載產品“三定”管理中，定操作人員是最重要的內容，我所對航天產品操作人員進行了全面固定。新增人員要求技術全面，在加工操作中仔細謹慎，業務能力及質量意識強。因此，必須加強星載產品操作人員的培訓、考核。圖2為星載產品新增操作人員管理流程，圖3為具體型號星載產品“三定”人員管理流程。掌握絕技絕招的星載技能人才在航天產品研制中具有不可替代的作用，須重視班組建設，通過傳幫帶、以老帶新提高新人的業務能力，培養星載生產技能人才；對星載產品操作人員在職級評定等方面加以傾斜，激發大家勤鉆技術的熱情。

2.4現場多余物控制

多余物是指產品中存在的由外部進入或內部產生的與產品規定狀態無關的一切物質[8]。多余物控制涉及范圍極廣，僅星載雷達的天線總裝就包含兩百多道工序，制定詳細的規范是前提，明確職責，在制造過程中嚴格執行是關鍵。容易產生多余物的操作，要采取有效預防措施。產品上不放置與工藝要求無關的任何物品，包括圖紙、工具或待裝零部件。不得在產品上方傳遞工具，避免出現不慎掉落而傷害產品或出現多余物的意外。零部件周轉須單獨包裝，包裝前要去除包裝紙上的切屑或更換新的包裝紙，清除周轉箱內的多余物。裝配操作時要求戴干凈手套，不得用手直接接觸零件。凈化區域內一般不允許進行鉆、銼、磨等工作，如有特殊需要，必須采取控制和隔離措施，防止多余物進入產品。

2.5生產過程表格化記錄

星載產品出現問題需得到快速分析和解決，研制過程要做到可追溯，星載產品制造過程將表格化記錄納入生產流程，操作、檢驗和調試等崗位人員嚴格依據表格的要求，對加工、調試過程中的數據進行記錄，操作后立即簽字，記錄生產環境、單機狀態、電纜清洗、螺釘力矩裝配、點膠、電纜接頭插拔次數及終檢等情況以及對應關系。表格化文件是產品生產現場重要的過程記錄文件。

3結語

制造工藝是把設計方案轉化為產品的科學技術，是保證星載雷達長壽命、高可靠運行的技術基礎和生產制造的中心環節。產品的設計最終通過現場操作得以實現和呈現，星載有源相控陣雷達的制造涉及大量的專業工藝及現場生產管理工作，通過工藝技術研究和定置管理等現場措施，放大技術細節，嚴控關鍵技術和現場操作，提高了星載有源相控陣雷達的生產效率和產品質量，保證了產品性能。

[參考文獻]

[1]褚桂柏.航天技術概論[M].北京：中國宇航出版社，2002.

[2]袁孝康.星載合成孔徑雷達導論[M].北京：國防工業出版社，2003.

[3]張慶君.高分三號衛星總體設計與關鍵技術[J].測繪學報，2017，46（3）：269-277.

[4]倪華昌.星載某雷達雙極化波導縫隙天線結構設計及工藝實現[D].南京：南京理工大學，2013．

[5]顏萬生，方芳，張京，等.碳纖維復合材料天線反射面研制[J].現代雷達，1999，21（3）：100-104.

[6]侯建國.嚴格工藝紀律檢查提升現場管理績效[J].質量與可靠性，2016（1）：30-34.

[7]王勇，章茂云.型號批生產工藝管理的幾點思考[J].航天制造技術，2009（4）：58-60.

[8]府大興，崔春梅，徐正.星載天線總裝集成多余物控制[J].電子機械工程，2010，26（5）：10-12.

作者：凌劍萍 府大興 單位：南京電子技術研究所