宇航用商业现货（COTS）器件保证指南-编制说明

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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[2021]XX号文件《国家标准化管理委员会关于下达XX年第X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《宇航用商业现货（COTS）器件保证要求》的制定工作，项目计划号为

20214550-T-469，下达日期为2021年12月31日，项目周期为2年。

1.2各阶段工作过程

1.2.12022年1月，航天五院物资部收到国标委下达的标准编制计划。

1.2.22022年2月到5月，航天五院物资部组织成立编制组，开展标准编制工作。编制

组主要成员见表1，其中研究员X名、高级工程师X名，均为长期从事宇航用COTS器

件保证工作的专家和技术人员，编制组成员分工见表1。先后调研和查阅了相关标准和资

料，完成标准草案，在编制组内部讨论并就COTS器件内涵、标准文件使用者、标准具

体技术内容等达成了一致意见，并形成了征求意见稿。

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文件内容要求一致。2021年发布

实施的GB/T41041-2021《宇航用商业现货（COTS）半导体器件质量保证要求》规定了

宇航用商业现货半导体器件（以下简称COTS器件）的质量保证要求，确立了宇航用COTS

器件需求分析、评价试验、破坏性物理分析（DPA）、筛选试验、鉴定试验的具体要求和

应用控制要求。本指导性技术文件质量保证工作相关内容直接引用该标准。

2.1.2先进性：在充分考虑宇航任务对商业现货（COTS）元器件使用的风险和应对措施，

借鉴商用器件使用的各行业领域基础规范的基础上，结合国内元器件标准的特点，制定了

本文件的内容和框架，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：规范的内容在典型宇航任务的元器件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

2.2.1COTS概念和内涵确定的依据

本标准中缩略语“COTS”用作形容词，指“商业现货的”。国内外相关标准中对COTS

相关的概念和定义见表1。尽管表述不完全一致，但其定义内容基本是一致的。本标准在

对调研标准进行分析的基础上，结合我国的特点，本文件在编制中首先定义“商业现货半

导体器件”（简称COTS器件），为采用商用成熟技术，可不按宇航或军用标准设计和制

造的、不受政府采购限制的现货半导体器件。实际宇航任务应用中，COTS器件主要包含

类型为：半导体分立器件、集成电路、混合集成电路、光电子器件、电容器、传感器等。

在商业市场中，COTS器件供货方一般宣称的质量等级包含：汽车级、Hi-rel、厂家宇航

级、军温工业级等。

不同质量等级的COTS器件具有共性和个性的可靠性特点和应用风险，如共性特点一

般包含：

更高性能：COTS器件整体性能水平要比军工宇航级器件的高一代到二代以上。即使是同一芯片，

封装不同也会导致性能指标的差异。比如AD843型运放，军工级(陶瓷空腔封装)器件单位增益带宽为

2.3MHz，商用（塑封）器件单位增益带宽为3.9MHz.

更短货期：宇航级和军工级器件生产周期一般在1年左右，而COTS器件的生产周期不到一个月。

因此COTS器件采购货期一般3个月到6个月，而宇航级和军工级采购货期一般在1年以上（有现货

除外）。

更低成本：美国NEPP（NASAElectronicPartsandPackaging）曾对不同质量等级的器件采购价格

进行了统计对比，其中A/D、D/A转换器类，以COTS器件价格为基准，汽车电子器件价格是其1.1

倍，医疗电子器件是其6.8倍，军用/宇航器件是其1200倍。

更低功耗：COTS器件应市场需求，功耗不断下降。COTS器件采用的工艺线宽更小，一般具有

更低的工作电压和更高的工作频率。相同功能的器件，由于宇航级器件采用了抗辐照设计，其功耗会

增大。比如CAN总线控制器SJA1000，COTS等级器件工作功耗电流最大15mA，而抗辐照设计的

JRSJA1000则为40mA。

封装小型化：COTS器件以塑封为主，其封装小型化和轻量化是其显著的特点。塑封器件可以做

到芯片级封装（CSP：ChipScalePackage），即封装后的电装尺寸几乎与芯片大小一样。但塑封器件也

有其非气密性、管脚纯锡等不足。

同批一致性好：COTS器件采用批量化生产模式，自动化水平高，因此同批器件的一致性一般要

比小批量生产手工参与的军工级宇航级器件好。

质量与成熟度较好：基于市场竞争的驱动力，COTS器件制造商对其质量和生产成本要求也很高，

3

不断通过提高自动化和成品率来降低生产成本。另外，能在市场上大批量供货占据较大份额的COTS

器件，一般都是经过市场验证检验的产品，其成熟度较好。

非抗辐照设计：COTS器件是非抗辐照设计的，但大部分具有耐辐照的特性。尤其是对于纳米级

超大规模数字集成电路，大部分器件具备了抗电离总剂量和单粒子锁定的能力，单子翻转得阈值要比

抗辐照设计的宇航级器件低很多。

产品市场周期短：COTS器件因市场需求的更替和竞争，一般供应周期较短，即使是市场成熟的

产品，供应周期一般在5年到10年。

工作温度范围多样化：军用及宇航级器件工作温度范围是-55℃~125℃，而COTS器件工作温度

范围有0℃~70℃（商用）、-40℃~85℃（工业用）及-40℃~100℃等，目前塑封增强型COTS器件工作

温度范围达到-55℃~125℃。

因此需在指南中按照依据的标准对COTS器件进行分类。

2.2.2国内外宇航用元器件保证相关标准分析与保证内涵确定依据

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，COTS器件保证是国内外宇航用元器件保证中的重要内容。

（1）ISO

国际标准化组织（ISO）现行的宇航元器件保证标准ISO14621-1《空间系统电气、

电子和机电元器件：元器件管理》和ISO14621-2《空间系统电气、电子和机电元器件：

控制程序要求》，两个标准在宇航元器件管理的主要要素包含：过时管理、供应商管理、

合同要求、成本管理、警报交流、过程控制、系统工程、培训等。其中质量保证的概念与

ISO/TS18667:2018,Spacesystems—Capability-basedSafety,Dependability,andQuality

Assurance(SD&QA)programmemanagement保持一致，是系统工程的一部分，主要包含

设计阶段的预计、失效分析、参数分析、故障树分析、设计审查、元器件降额、风险分析、

验证阶段的实验、检验、数据分析。

ISO21350，Spacesystems-Off-the-shelfitemutilization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

4

准明确指出了不包含元器件，它的思想仍值得我们借鉴。

JEDECJESD31D.01，GeneralRequirementsforDistributorsofCommercialandMilitary

SemiconductorDevices，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。

（2）美国

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。图1是NASA

与其下属的哥拉德飞行中心（GSFC）和马歇尔飞行中心（MSFC）对元器件保证策略的

标准结构。NASA-STD-8739.10将元器件分为四个等级，指出了四个等级的不同应用宇航

任务环境，可对应NPR8705.4中的四种载荷类型。其中，三级包含供货方Hi-Rel或者按

照汽车级筛选的元器件，四级包含商用元器件。MSFC-STD-3012A在NASA-STD-8739.10

更加细化，并且包含元器件升级筛选和鉴定的相关试验要求。GSFC的EEE-INST-002根

据宇航任务类型和风险，将元器件筛选、鉴定分为三个等级。NASANEPP公布的报告表

明GSFC正在根据NASA-STD-8739.10四个等级要求进行修订（EEE-INST-003），其具体

内容暂未公开发布。除筛选和鉴定外，三个标准对于应对COTS器件宇航应用风险，采

取的要素包含：静电放电控制、停产管理、赝品避免、降额、空间环境工作评价等。

图1NASA与其下属的GSFC、MSFC对元器件保证标准结构

SAE在2015年发布的ANSI/GEIA933-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

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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器件供应商名录、元器件选用目录等。SAEEIA-933从航空航天、军用设备用

户角度，认为商用生产线的设计、内部元器件、材料、状态控制、鉴定方法有两种可能性，

一是受到用户的部分控制和影响，供应商对用户反馈非常敏感，并愿意根据反馈做出更改。

然而，这种反应只是一般的，除非供应商认为它对产品的市场表现有利，否则不太可能做

出具体的改变。二是用户不太可能获得公布的datasheet以外的任何资料；此外，datasheet

和其它重要信息可以不经通知而更改。

SpaceX公司认为采用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，SpaceX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。

（3）欧洲

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。标准给出的元器件保证要求包含：

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。

在该标准中元器件质量保证仅仅是整个保证过程的一部分，其范围非常窄，主要要素

包含：不一致和失效控制、供方警告、可追溯性、针对样品抽样试验的批次原则。

ECSS-Q-ST-60-13C结构与ECSS-Q-ST-60完全一致，是在其基础上针对COTS器件

保证的具体、细化要求。

（4）国内

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

6

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

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toggleMRAM，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。

QJA104-2013《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Q/W-Q-60-10-2019《航天器用低于规定等级半导体集成电路质

量保证指南》，其具体业务工作已有30多年实践经验，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。其质量保证的概念与QJA104-2013基本一致，要素包含：结构分析、筛选、考核（或

鉴定/质量一致性）和抗辐射能力评估。

GB/T37312.1—2019《航空电子过程管理航空航天、国防及其他高性能应用领域

（ADHP）电子元器件第1部分：高可靠性集成电路与分立半导体器件通用要求》等同

采用IECTS6286-1:2015标准，是COTS器件的最低要求，其主要思路是规范ADHP在

除公开数据手册之外需求提供额外数据情况的具体要素，主要包含：产品或工艺变更的通

知、货运控制、电性能、机械性能、审查能力、质量保证、用户对供应商的监控、鉴定、

可靠性、产品监控、环境与职业健康安全、货运包装、内部标准。该标准中的质量保证是

对供货方质量体系增加了抽样计划、失效分析、出厂质量的要求。

（4）小结

尽管不同标准中对宇航用元器件保证、质量保证、选择控制等概念和定义有所区别，

经与大量行业专家研讨，基本达成一致意见，鉴于COTS器件属于成熟产品、商业现货，

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COTS器件质量保证工作内涵是需要对宇航任务对COTS器件质量要求进行细致分析，给

出的质量保证项目、要求、方法，使质量要求能够得到满足。本文件给出质量保证的定义：

应对COTS器件可能的存在的风险，提供其能够满足宇航任务使用的信任的活动。

参照以上的COTS产品相关标准，经与行业专家讨论，编制组认为：COTS器件保证

主要关注的重点是：

[1]审查和理解所有待接收或已接收的COTS器件的设计、内部元器件、材料、状态

控制、鉴定方法，以及它们系统应用相关的能力；

[2]识别存在的风险；

[3]在宇航任务成本、周期等需求约束下，采用额外的行动降低COTS器件的性能与

可靠性相关的风险。

2.2.3标准主要框架确定的依据

按照GB/T1.1-2020的规则建立本标准的基本框架；

（1）总的篇章结构遵循范围、规范性引用文件、术语、定义和缩略语、总则、COTS

器件可信性、元器件保证大纲或计划需考虑的因素、板级保证注意事项、子系统级保证注

意事项和附录；

（2）总则包括：COTS器件保证工作目标、工作内容、保证计划或大纲、实施等；

（3）详细要求要对COTS器件保证工作开展的项目、涉及到的关键技术方法等进

行说明和示例。

三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果

3.1验证分析情况

本文件中的需求分析和试验分析方法采用相关单位长期应用累积数据进行了验证，并

在验证数据基础上对其进行分析和优化，采用的COTS器件已有大量具有成功飞行经历，

进一步证实了流程、方法的有效性。本文件综合了本单位各宇航型号中1000余项/年的

COTS器件保证工程实践经验，在具体实施流程、试验分析方法方面更加具有可实施性，

更加具有指导性。

3.2可实施性分析

保证过程从需求分析出发，通过选择保证、供应保证、质量保证、应用保证各阶段的

实际经验进行分析，获得了大量试验数据和应用数据，指导COTS器件在宇航型号中成

功应用，证明具体实施过程可操作性强。

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四、采用国际标准及国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况

根据目前调研结果，国内外目前没有宇航用COTS器件保证标准、规范，国内外宇

航用COTS器件质量保证处于工程探索阶段，无相关国际标准及国外先进标准。

因此，本文件可以同步制定国际标准。

五、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本推荐性国家标准是宇航用COTS器件保证指导性技术文件，与现行的现行法律、

法规和强制性国家标准的要求相协调，不存在冲突。

六、重大分歧意见的处理经过和依据

暂无。

七、作为强制性或推荐性国家标准的建议

建议本文件作为推荐性国家标准。

八、贯标国家标准要求和措施建议

标准发布实施后，将开展宣贯和实施工作。

九、废止现行相关标准的建议

无。

十、其它应予说明的事项

暂无。

参考文献

（1）Spaceproductassurance,Electrical,electronicandelectromechanical(EEE)

components,ECSS-Q-ST-60C

（2）RequirementsforaCOTSAssemblyManagementPlan，SAEEIA-933REV.B

（3）GuidelinesforUsingPlasticEncapsulatedMicrocircuitsandSemiconductorsin

Military,AerospaceandOtherRuggedApplications，SAESSB-1REV.C

（4）Commercialelectrical，electronicandelectromechanical（EEE）components，

ECSS-Q-ST-60-13C

（5）JEDEC，GeneralRequirementsforDistributorsofCommercialandMilitarySemiconductor

Devices，JESD31D.01

9

（6）Spacesystems—Off-the-shelfitemutilization，ISO21350

（7）RequirementsforaCOTSAssemblyManagementPlan，SAEEIA-933

（8）Electrical，electronic，andelectromechanical(EEE)partsassurancestandard，

NASA-STD-8739.10

（9）Electrical,electronic,andelectromechanical(EEE)partsmanagementandcontrol

requirementandcontrolrequirementsforMSFCspaceflighthardware，NASA

MSFC-STD-3012A

（10）InstructionsforEEEpartsselection,screening,qualification,andderating，

NASA/TP—2003–212242GSFCEEE-INST-002

（11）ISO21980-2020

（12）NASA/TM−20205011579

（13）航空电子过程管理航空航天、国防及其他高性能应用领域（ADHP）电子元器

件第1部分：高可靠集成电路与分立半导体器件通用规范，GB/T37312.1-2019/IEC

TS62686-1:2015

（14）IECTS62686-2-2019

（15）ISO21980-2020

（16）PartsManagement,MIL-STD-3018

（17）ProcessManagementforAvionics-PreparationofanElectronicComponents

ManagementPlan,IECTS62239-1,InternationalElectrotechnicalCommission.

（18）StandardforPreparinganElectronicComponentsManagementPlan,

ANSI/EIA-STD-4899,TechAmerica.

（19）Long-termStorageofElectronicDevices,TechAmericaGEIA-STD-0003.

（20）ElectronicReliabilityDesignHandbook,MIL-HDBK-338.

（21）EarlyLifeFailureRateCalculationProcedureforElectronicComponents,JESD74,

JEDEC©.

（22）FailureMechanismsandModelsforSemiconductorDevices,JEP122,JEDEC©.

10

（23）ConfigurationManagementStandard,EIA-649,TechAmerica.

（24）CounterfeitElectronicParts;Avoidance,Detection,Mitigation,andDisposition,

AS5553,SAEInternational

11

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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[2021]XX号文件《国家标准化管理委员会关于下达XX年第X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《宇航用商业现货（COTS）器件保证要求》的制定工作，项目计划号为

20214550-T-469，下达日期为2021年12月31日，项目周期为2年。

1.2各阶段工作过程

1.2.12022年1月，航天五院物资部收到国标委下达的标准编制计划。

1.2.22022年2月到5月，航天五院物资部组织成立编制组，开展标准编制工作。编制

组主要成员见表1，其中研究员X名、高级工程师X名，均为长期从事宇航用COTS器

件保证工作的专家和技术人员，编制组成员分工见表1。先后调研和查阅了相关标准和资

料，完成标准草案，在编制组内部讨论并就COTS器件内涵、标准文件使用者、标准具

体技术内容等达成了一致意见，并形成了征求意见稿。

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文件内容要求一致。2021年发布

实施的GB/T41041-2021《宇航用商业现货（COTS）半导体器件质量保证要求》规定了

宇航用商业现货半导体器件（以下简称COTS器件）的质量保证要求，确立了宇航用COTS

器件需求分析、评价试验、破坏性物理分析（DPA）、筛选试验、鉴定试验的具体要求和

应用控制要求。本指导性技术文件质量保证工作相关内容直接引用该标准。

2.1.2先进性：在充分考虑宇航任务对商业现货（COTS）元器件使用的风险和应对措施，

借鉴商用器件使用的各行业领域基础规范的基础上，结合国内元器件标准的特点，制定了

本文件的内容和框架，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：规范的内容在典型宇航任务的元器件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

2.2.1COTS概念和内涵确定的依据

本标准中缩略语“COTS”用作形容词，指“商业现货的”。国内外相关标准中对COTS

相关的概念和定义见表1。尽管表述不完全一致，但其定义内容基本是一致的。本标准在

对调研标准进行分析的基础上，结合我国的特点，本文件在编制中首先定义“商业现货半

导体器件”（简称COTS器件），为采用商用成熟技术，可不按宇航或军用标准设计和制

造的、不受政府采购限制的现货半导体器件。实际宇航任务应用中，COTS器件主要包含

类型为：半导体分立器件、集成电路、混合集成电路、光电子器件、电容器、传感器等。

在商业市场中，COTS器件供货方一般宣称的质量等级包含：汽车级、Hi-rel、厂家宇航

级、军温工业级等。

不同质量等级的COTS器件具有共性和个性的可靠性特点和应用风险，如共性特点一

般包含：

更高性能：COTS器件整体性能水平要比军工宇航级器件的高一代到二代以上。即使是同一芯片，

封装不同也会导致性能指标的差异。比如AD843型运放，军工级(陶瓷空腔封装)器件单位增益带宽为

2.3MHz，商用（塑封）器件单位增益带宽为3.9MHz.

更短货期：宇航级和军工级器件生产周期一般在1年左右，而COTS器件的生产周期不到一个月。

因此COTS器件采购货期一般3个月到6个月，而宇航级和军工级采购货期一般在1年以上（有现货

除外）。

更低成本：美国NEPP（NASAElectronicPartsandPackaging）曾对不同质量等级的器件采购价格

进行了统计对比，其中A/D、D/A转换器类，以COTS器件价格为基准，汽车电子器件价格是其1.1

倍，医疗电子器件是其6.8倍，军用/宇航器件是其1200倍。

更低功耗：COTS器件应市场需求，功耗不断下降。COTS器件采用的工艺线宽更小，一般具有

更低的工作电压和更高的工作频率。相同功能的器件，由于宇航级器件采用了抗辐照设计，其功耗会

增大。比如CAN总线控制器SJA1000，COTS等级器件工作功耗电流最大15mA，而抗辐照设计的

JRSJA1000则为40mA。

封装小型化：COTS器件以塑封为主，其封装小型化和轻量化是其显著的特点。塑封器件可以做

到芯片级封装（CSP：ChipScalePackage），即封装后的电装尺寸几乎与芯片大小一样。但塑封器件也

有其非气密性、管脚纯锡等不足。

同批一致性好：COTS器件采用批量化生产模式，自动化水平高，因此同批器件的一致性一般要

比小批量生产手工参与的军工级宇航级器件好。

质量与成熟度较好：基于市场竞争的驱动力，COTS器件制造商对其质量和生产成本要求也很高，

3

不断通过提高自动化和成品率来降低生产成本。另外，能在市场上大批量供货占据较大份额的COTS

器件，一般都是经过市场验证检验的产品，其成熟度较好。

非抗辐照设计：COTS器件是非抗辐照设计的，但大部分具有耐辐照的特性。尤其是对于纳米级

超大规模数字集成电路，大部分器件具备了抗电离总剂量和单粒子锁定的能力，单子翻转得阈值要比

抗辐照设计的宇航级器件低很多。

产品市场周期短：COTS器件因市场需求的更替和竞争，一般供应周期较短，即使是市场成熟的

产品，供应周期一般在5年到10年。

工作温度范围多样化：军用及宇航级器件工作温度范围是-55℃~125℃，而COTS器件工作温度

范围有0℃~70℃（商用）、-40℃~85℃（工业用）及-40℃~100℃等，目前塑封增强型COTS器件工作

温度范围达到-55℃~125℃。

因此需在指南中按照依据的标准对COTS器件进行分类。

2.2.2国内外宇航用元器件保证相关标准分析与保证内涵确定依据

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，COTS器件保证是国内外宇航用元器件保证中的重要内容。

（1）ISO

国际标准化组织（ISO）现行的宇航元器件保证标准ISO14621-1《空间系统电气、

电子和机电元器件：元器件管理》和ISO14621-2《空间系统电气、电子和机电元器件：

控制程序要求》，两个标准在宇航元器件管理的主要要素包含：过时管理、供应商管理、

合同要求、成本管理、警报交流、过程控制、系统工程、培训等。其中质量保证的概念与

ISO/TS18667:2018,Spacesystems—Capability-basedSafety,Dependability,andQuality

Assurance(SD&QA)programmemanagement保持一致，是系统工程的一部分，主要包含

设计阶段的预计、失效分析、参数分析、故障树分析、设计审查、元器件降额、风险分析、

验证阶段的实验、检验、数据分析。

ISO21350，Spacesystems-Off-the-shelfitemutilization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

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准明确指出了不包含元器件，它的思想仍值得我们借鉴。

JEDECJESD31D.01，GeneralRequirementsforDistributorsofCommercialandMilitary

SemiconductorDevices，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。

（2）美国

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。图1是NASA

与其下属的哥拉德飞行中心（GSFC）和马歇尔飞行中心（MSFC）对元器件保证策略的

标准结构。NASA-STD-8739.10将元器件分为四个等级，指出了四个等级的不同应用宇航

任务环境，可对应NPR8705.4中的四种载荷类型。其中，三级包含供货方Hi-Rel或者按

照汽车级筛选的元器件，四级包含商用元器件。MSFC-STD-3012A在NASA-STD-8739.10

更加细化，并且包含元器件升级筛选和鉴定的相关试验要求。GSFC的EEE-INST-002根

据宇航任务类型和风险，将元器件筛选、鉴定分为三个等级。NASANEPP公布的报告表

明GSFC正在根据NASA-STD-8739.10四个等级要求进行修订（EEE-INST-003），其具体

内容暂未公开发布。除筛选和鉴定外，三个标准对于应对COTS器件宇航应用风险，采

取的要素包含：静电放电控制、停产管理、赝品避免、降额、空间环境工作评价等。

图1NASA与其下属的GSFC、MSFC对元器件保证标准结构

SAE在2015年发布的ANSI/GEIA933-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

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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器件供应商名录、元器件选用目录等。SAEEIA-933从航空航天、军用设备用

户角度，认为商用生产线的设计、内部元器件、材料、状态控制、鉴定方法有两种可能性，

一是受到用户的部分控制和影响，供应商对用户反馈非常敏感，并愿意根据反馈做出更改。

然而，这种反应只是一般的，除非供应商认为它对产品的市场表现有利，否则不太可能做

出具体的改变。二是用户不太可能获得公布的datasheet以外的任何资料；此外，datasheet

和其它重要信息可以不经通知而更改。

SpaceX公司认为采用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，SpaceX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。

（3）欧洲

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。标准给出的元器件保证要求包含：

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。

在该标准中元器件质量保证仅仅是整个保证过程的一部分，其范围非常窄，主要要素

包含：不一致和失效控制、供方警告、可追溯性、针对样品抽样试验的批次原则。

ECSS-Q-ST-60-13C结构与ECSS-Q-ST-60完全一致，是在其基础上针对COTS器件

保证的具体、细化要求。

（4）国内

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

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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

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tog