宇航用COTS器件质量保证要求
编制说明
中国空间技术研究院
2020年4月
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宇航用COTS器件质量保证要求
一、工作简况（包括任务来源、协作单位、主要工作过程、国家标准主要起草人及其所做的工作等） 1.1 任务来源
根据国标委发 [2019]29号文件《国家标准化管理委员会关于下达2019年第三批推荐性国家标准计划的通知》要求，由中国空间技术研究院（以下简称“航天五院”）负责开展国家标准《宇航用COTS器件质量保证要求》的制定工作，项目计划号为20201647-T-469，项目周期为2年。 1.2 各阶段工作过程
2.2.1 2020年X月XX日收到国标委下达的标准编制计划。
2.2.2 组织成立编制组，开展标准编制工作，先后调研和查阅了相关标准和资料，于2020年4月完成初稿。
二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等）的论据 2.1 编制原则
2.1.1 统一性：各类管理和技术标准规范中的内容与本规范内容要求一致。
2.1.2 先进性：在充分借鉴同类基础规范的基础上，充分考虑到国内元器件标准的特点，制定了本规范的内容和框架，具体内容充分参考了新编制完成的各类标准规范。 2.1.3 可操作性：规范的内容在型号用元器件质量保证工程任务中已经被广泛使用，可操作性强。
2.2 标准的主要内容确定的依据 2.2.1调研情况
2.2.1.1 国内外宇航用COTS器件质量保证技术发展
随着航天技术和产业的快速发展，特别是科学探测、遥感测绘、通讯转播、减灾救灾、新技术验证等民用、商业航天项目越来越多，单机的高性能、低成本和短周期设计成为必然趋势，各国均已经以不同的形式成功应用了大量的商用器件，并开展了相关选用、质量保证技术研究，
1、美国研究现状
以NASA为代表的美国在对商用器件应用的尝试，一致走在世界前列。表1是其下
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属的GSFC和MSFC对COTS器件的应用策略。
表1 NASA下属机构对COTS器件应用策略 COTS应用策略 器件在使用上将质量等级分为3级，不同的器件具有不同的特性和应用戈达德空间飞环境。倘若对特定应用的器件在热、力学、辐射方面进行彻底的评估后，行中心（GSFC） 确认其可以满足任务需求的情况下，NASA哥达德航天中心允许在航天器中使用COTS器件。 MSFC在使用上将器件分为4个级别，不同等级对器件具有不同的可靠性要求。MSFC-STD-3012A明确了在4级器件中包含COTS器件，在马歇尔空间飞没有弃权声明书的情况下禁止在应用等级为1级的条件下选用COTS器行中心（MSFC） 件。并且在附件中规定了不同等级下COTS器件的选择、筛选、鉴定和降额要求。 机构 近年来，NASA NEPP一直致力于商用器件宇航应用方法及寻找合适的宇航应用器件的研究工作，研究范围包含汽车电子、手机等各行业领域的先进器件，同时也在致力于新实验方法、使用指南的研究。2017年6月，NASA NEPP电子技术年会中一个重要议题就是研究使用非军用或非宇航级元器件的风险（Risk Mitigation Using Non-Military or Non-Space Grade Products），但其具体内容没有公开发布。受限于经费限制，研究集中于：混合信号器件、功率器件、光学器件、传感器、嵌入式FPGA等方面。
2014起，Navy Crane、AFSMC两家机构合作开展了汽车电子元器件用于宇航的可靠性评价，其评价采用：1）采购样品，按照厂家承诺性能和参数进行评价；2）进行老炼和寿命试验评价可靠性。其评价结果将有助于汽车级器件的宇航应用。
美国政府电子和信息技术联合会发布的GEIA-STD-0002（Aerospace Qualified Electronic Component(AQEC) Requirements）中， GEIA-STD-0002-1内容是关于AQEC对COTS器件最低保证要求，质量保证的主要试验技术要求执行美国汽车电子行业标准AEC-Q100（集成电路）和AEC-Q101（半导体器件）。经过保证的COTS器件使用寿命目标至少5年（首选10年）。
SAE在2015年发布的ANSI/GEIA 933-B《COTS生产线管理要求》中指出，尽管先进商用器件有一整套质量管理体制，但仍有不受控制的因素存在。根据商用器件的特点建立了生产线管理要求，包含环境应力、降额、老化、可靠性、鉴定、技术状态控制、假货避免、停产管理等16个方面的，作为工厂原有质量体系的重要补充。需要考虑的因素包含：生产厂生产线情况、宇航机构认证情况、生产制造水平、主要产品系列、国外高可靠领域使用情况和产品数据公开性等；历史供货情况；持续供货能力等；建立制造商质量评定、COTS元器件供应商名录、元器件选用目录等。
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Space X认为采用AQEC的ANSI/GEIA-STD-0002-1标准或汽车电子协会元器件技术委员会（AEC）的AEC-Q100标准进行质量保证的商用器件，与美军标MIL-PRF-38535的质量保证过程非常相似，能够满足其具体航天任务的高可靠性要求，因此优先选用该等级的产品。另外，Space X通过选择适当的器件和制造商，按照专用、成批次采购的模式，解决器件性能一致性和可信性问题，确保商用塑封器件的整体质量水平稳定可靠。
2、欧洲研究现状
ECSS-Q-ST-60C结合元器件应用环境分为了三个不同的等级。项目管理者需要根据工程的目标及其技术要求、预算、允许风险和进度等方面的综合因素来决定合理使用一种或几种等级的元器件。标准给出的质量保证要求包含：
a 元器件项目管理
b 元器件选用、评估和批准 c 采购 d 操作和贮存 e 元器件质量保证 f 专用元器件 g 文件要求。
德国航天航空中心（DLR）2003年发布了DLR-RF-PS-006《商用EEE元器件空间应用通用要求》（General Requirement for the Use of Commercial EEE Parts in Space Applications），明确了商用器件的空间应用可行性和需要采取的质量保证要求。
德国宇航局制定了相应的COTS器件标准，DLR-RF-PS-004规定了商用器件的风险分析。对于COTS器件供应商的选择，德国宇航局也有明确的要求，制定了对COTS器件供应商的评价关键要素。
3、国内研究现状
国内关于商用器件空间应用的研究起步较晚，但是由于面临航天电子系统的技术指标提升迫切需求和国外元器件新技术严格禁运的严峻形势，以及降低航天产品成本、加快航天器研制进度的需求，商用器件空间应用的意义重大。近年来，航天五院、航天八院、中科院、中电集团等多家院所和部分高校都对商用器件的可靠性和空间应用的质量保证要求进行了大量研究。
国内宇航型号对商用半导体器件的选用主要分为两种情况。（1）型号中使用的一些高
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性能高技术指标的先进器件国内外市场上无军品供货，只能选择工业级或商业级民用器件。如空间站用千兆、万兆以太网光收发一体组件中选用的半导体激光器驱动芯片GN1157，其传输速率可达11.3Gb/s；以及Everspin公司生产的工业级toggle MRAM，目前也大量应用于宇航。此类器件亦需根据其特殊的工作原理、生产制造工艺及可靠性隐患制定针对性的升级筛选方案进行筛选，从而保证其可靠性。（2）在商业航天快速发展的大背景下，低成本卫星将COTS大量应用于小卫星、微小卫星等低成本宇航型号。
QJA 104-2013《航天用进口元器件选择控制要求》将COTS器件归于低等级元器件，给出了论证、评估、批准、质量保证的管理要求，元器件质量保证技术机构依据质量保证方案对低等级进口元器件开展升级试验、筛选等质量保证工作。
航天五院制定了院标《低于规定等级元器件质量保证要求》，具有30多年宇航元器件质量保证经验，含东三、东四平台、遥感平台、载人航天等多个国家重点高难度宇航型号的元器件质量保证工作。大量商用器件在轨均无失效。在十二五、十三五期间，完成了大量商用器件、低成本航天器相关国家级预研工作。与德国TESAT、俄罗斯IRZ公司分别建立了联合试验室，在COTS器件保证方面与国外先进试验室接轨。 2.2.1.2 COTS产品保证的基本内容
调研的货架产品保证的相关标准，可以借鉴用于编制宇航用COTS器件质量保证要求。
ISO 21350，Space systems - Off-the-shelf item utilization指出空间项目经常面临使用COTS，这些项目能够缩短周期，更快的引进新技术和降低采购成本。货架产品项目的使用与传统的管理和工程实践不同，在理解相关风险的基础上，系统构建保证要求。内容主要包含：设计评价、宇航环境分析、技术状态控制、接收试验、保障要求等。尽管这个标准明确指出了不包含元器件，它的思想仍值得我们借鉴。
JEDEC JESD31D.01，General Requirements for Distributors of Commercial and Military Semiconductor Devices，面向的对象是商业和军用器件分销商，为建立了库存、增值及加工、重新包装半导体器件及芯片提供了要求。针对商用器件分销销商，具体要求包含以下几个方面：分销商质量体系、文件及状态管理、包含测试和筛选的增值过程控制、质量记录及可追溯性、库存及不合格品控制、产品退货、计量校准、假货识别及风险控制等。
GB/T25000.51-2010/ISO/IEC25051：2006《软件工程 软件产品质量要求与评价(SQuaRE) 商业现货(COTS)软件产品的质量要求和测试细则》针对COTS软件产品，这种
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