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QJ 20422-2016 consists of the following parts under the general title Environment test methods for spacecraft unit:
——Part 1: Surface charging and discharging test;
——Part 2: Atomic oxygen test;
——Part 3: Solar ultraviolet irradiation test;
——Part 4: Magnetic test;
——Part 5: Vacuum cold welding test;
——Part 6: Acceleration test;
——Part 7: Vibration test;
——Part 8: Acoustic test;
——Part 9: Shock test.
This is Part 4 of QJ 20422-2016.
This part replaces QJ 2630.4-1996 Space environment test methods for satellite components - Magnetic test.
The following main changes have been made with respect to QJ 2630.4-1996:
a) the "satellite" in the standard name and text is modified to "spacecraft";
b) the magnetic compensation test method is added;
c) several terms are modified, added and quoted;
d) the clause "Test items and purposes" is added;
e) the clause "Environmental magnetic field conditions" is modified;
f) the requirements for data acquisition system are added;
g) the clause "Test documents" is modified;
h) the arrangement of magnetometer probes in the magnetic moment measurement method is changed;
i) the precision requirements of measuring instruments are modified;
j) the requirements for parameters such as magnetic induction intensity and time of magnetizing and demagnetizing are modified.
Annex A of this part is normative.
This part was proposed by China Aerospace Science and Technology Corporation.
This part is under the jurisdiction of China Astronautics Standards Institute.
This part was issued in March 1996 for the first time.
Environment test methods for spacecraft unit - Part 4: Magnetic test
1 Scope
This part specifies the test items and purposes, laboratory environment, test requirements, test procedures, test interruption and handling, test documents, etc. of the magnetic test of spacecraft unit-level products.
This part is applicable to the magnetic test of spacecraft unit-level products in zero magnetic field environment. It may be referred to by the magnetic test of spacecraft parts and components.
2 Terms and definitions
For the purposes of this part, the following terms and definitions apply.
2.1
zero magnetic field
magnetic field with the magnetic induction intensity less than 5nT in the center of the homogeneous space of the main coil
2.2
stray magnetic field
magnetic field existing when the test piece is working in the zero magnetic field
2.3
remanent magnetic field
magnetic field existing when the test piece is not working in the zero magnetic field
2.4
stray magnetic moment
magnetic moment existing when the test piece is working in the zero magnetic field
2.5
remanent magnetic moment
magnetic moment existing when the test piece is not working in the zero magnetic field
2.6
magnetic field inhomogeneity
absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the magnetic induction intensity at the same time in a specified space
2.7
homogeneous space of magnetic field
space where the magnetic field inhomogeneity is less than the required value
2.8
magnetic field instability
change value of the magnetic field in the homogeneous space within the specified time
2.9
main coil
device that can offset the geomagnetic field in the center of the coil by adjusting the current in the coil to present a zero magnetic field environment or a stationary magnetic field environment
2.10
magnetizing field
DC magnetic field used to magnetize the test piece
2.11
demagnetizing field
alternating magnetic field used to make the amplitude of demagnetization of the test piece continuously attenuate to zero
2.12
magnetizing and demagnetizing coils
device that can generate the required magnetizing or demagnetizing environment in the center of the coil by adjusting the current in the coil
2.13
magnetic compensation
changing the magnetic moment or magnetic field of the test piece by attaching a compensating magnet (permanent magnet) to it
3 Test items and purposes
3.1 Test items
The magnetic test items generally include:
a) magnetic moment measurement, including remanent magnetic moment measurement and stray magnetic moment measurement;
?
b) magnetic field measurement, including remanent magnetic field measurement and stray magnetic field measurement;
c) magnetizing test;
d) demagnetizing test;
e) magnetic compensation test.
3.2 Test purposes
The purpose of each magnetic test item is as follows:
a) magnetic moment measurement: to measure the remanent magnetic moment and stray magnetic moment of the test piece and evaluate whether they meet the design requirements;
b) magnetic field measurement: to measure the magnetic field distribution around the test piece or the remanent magnetic field and stray magnetic field at a certain point, and evaluate whether they meet the design requirements;
c) magnetizing test: to evaluate the change of remanent magnetic moment or remanent magnetic field after the test piece is magnetized by external magnetic field;
d) demagnetizing test: to eliminate the magnetic moment or magnetic field increased when the test piece is magnetized by the external magnetic field;
e) magnetic compensation test: to reduce the remanent magnetic moment and remanent magnetic field of the test piece by attaching a compensating magnet to it.
4 Laboratory environment
The laboratory environment is generally as follows:
a) temperature: 15℃~35℃;
b) relative humidity: 20%~80%;
c) atmospheric pressure: 78kPa~103kPa;
d) cleanliness: Class 100,000.
Foreword I
1 Scope
2 Terms and definitions
3 Test items and purposes
4 Laboratory environment
5 Test requirements
6 Test procedures
7 Test interruption and handling
8 Test documents
Annex A (Normative) Data processing method for magnetic moment measurement
航天器組件環境試驗方法
第4部分：磁試驗
1 范圍
本部分規定了航天器組件級產品磁試驗項目與試驗目的、試驗室環境、試驗要求、試驗程序、試驗中斷及處理、試驗文件等。
本部分適用于零磁場環境下航天器組件級產品的磁試驗。航天器部件、元器件的磁試驗可參照使用。
2 術語和定義
下列術語和定義適用于本部分。
2.1
零磁場 zero magnetic field
主線圈均勻區中心磁感應強度小于5nT的磁場。
2.2
雜散磁場 stray magnetic field
在零磁場中，試件工作時存在的磁場。
2.3
剩磁場 remanent magnetic field
在零磁場中，試件不工作時存在的磁場。
2.4
雜散磁矩 stray magnetic moment
在零磁場中，試件工作時存在的磁矩。
2.5
剩磁矩 remanent magnetic moment
在零磁場中，試件不工作時存在的磁矩。
2.6
磁場不均勻性 magnetic field inhomogeneity
在規定的區域內，同一時刻磁感應強度最大值與最小值之差的絕對值。
2.7
磁場均勻區 homogeneous space of magnetic field
磁場不均勻性小于要求值的區域。
2.8
磁場不穩定性 magnetic field instability
在規定時間內磁場均勻區內磁場的變化值。
2.9
主線圈 main coil
通過調節線圈中的電流，能在其中央抵消地磁場，呈現零磁場環境或者恒定磁場環境的裝置。
2.10
充磁場 magnetizing field
用于使試件充磁的直流磁場。
2.11
退磁場 demagnetizing field
用于使試件退磁的幅值不斷衰減到零的交變磁場。
2.12
充退磁線圈 magnetizing and demagnetizing coils
通過調節線圈中的電流，能在其中央產生要求的充磁場環境或退磁場環境的裝置。
2.13
磁補償 magnetic compensation
對試件粘貼補償磁體(永磁體)，改變其磁矩或磁場。
3 試驗項目與目的
3.1 試驗項目
磁試驗項目一般包括：
a) 磁矩測量，包括剩磁矩測量和雜散磁矩測量；
b) 磁場測量，包括剩磁場測量和雜散磁場測量；
c) 充磁試驗；
d) 退磁試驗；
e) 磁補償試驗。
3.2 試驗目的
各磁試驗項目的目的如下：
a) 磁矩測量：測量試件的剩磁矩和雜散磁矩，評價其是否符合設計要求；
b) 磁場測量：測量試件周圍的磁場分布或某點處的剩磁場和雜散磁場，評價其是否符合設計要求；
c) 充磁試驗：評價試件被外界磁場磁化后剩磁矩或剩磁場的變化情況；
d) 退磁試驗：消除試件由于被外界磁場磁化而增加的磁矩或磁場；
e) 磁補償試驗：通過對試件粘貼補償磁體，以減小試件剩磁矩和剩磁場。
4 試驗室環境
試驗室環境一般為：
a) 溫度：15℃～35℃；
b) 相對濕度：20％～80％；
c) 大氣壓力：78kPa～103kPa；
d) 潔凈度：100 000級；
5 試驗要求
5.1 試驗系統要求
5.1.1 系統組成
磁試驗系統主要包括試驗設備和測量儀器，其組成如圖1所示。
試驗設備一般包括主線圈、充退磁線圈、轉臺和測量支架。
測量儀器一般有單分量磁通門磁強計、三分量磁通門磁強計、特斯拉計和數據采集系統。
1—主線圈；2—充退磁線圈；3—轉臺；4—試件；5—磁場測量探頭；6—測量支架；7—數據采集系統
圖1 磁試驗系統組成圖
5.1.2 試驗設備
5.1.2.1 一般要求
試驗設備一般應滿足如下要求：
a) 試驗設備的結構均由磁化率小于1×10－4的材料制造；
b) 試驗設備主要部件在維修后、使用前應進行檢測。
5.1.2.2 主線圈
主線圈應滿足如下要求：
a) 可抵消地磁場產生零磁場，也可產生－60000nT～＋60000nT范圍內的恒定磁場；
b) 磁場均勻區尺寸滿足試件試驗要求；
c) 磁場不穩定性優于±1.5nT/h；
d) 磁場不均勻性優于10nT；
e) 進出通道的空間尺寸滿足試件出入要求。
5.1.2.3 充退磁線圈
充退磁線圈應滿足如下要求：
a) 可產生磁感應強度(直流)在0mT～2.5mT之間可調的充磁場；
b) 可產生最大振幅磁感應強度(交流)在0mT～5mT之間可調，且頻率在0Hz～3Hz內可調退磁場；
c) 磁場均勻區尺寸滿足試件試驗要求；
d) 磁場不均勻性優于30％；
e) 進出通道的空間尺寸滿足試件出入要求；
f) 充退磁線圈一般置于主線圈中央，中心應與主線圈中心重合。
5.1.2.4 轉臺
轉臺包括一維轉臺和二維轉臺，應滿足如下要求；
a) 一維轉臺：
1) 能使試件繞垂直軸轉動，轉動角度在0°～360°內連續可調，且有角度指示；
2) 轉臺的尺寸和承載能力滿足試驗要求。
b) 二維轉臺：
1) 能使試件繞垂直軸轉動，轉動角度在0°～360°內連續可調，且有角度指示；
2) 能使試件繞水平軸轉動，轉動角度在0°～180°內連續可調，且有角度指示；
3) 轉臺兩軸的交點與主線圈中心重合；
4) 轉臺的尺寸和承載能力滿足試驗要求。
5.1.2.5 測量支架
測量支架應滿足如下要求：
a) 測量支架用于支撐和固定磁強計探頭，一般應能安裝3臺以上磁強計探頭；
b) 具有可調整磁強計探頭高度和間距的導軌。
5.1.3 測量儀器
5.1.3.1 一般要求
測量儀器一般應滿足如下要求：
a) 量程和精度滿足測試要求；
b) 測量儀器經二級以上(含二級)計量部門的檢定合格，并在有效期內使用。
5.1.3.2 單分量磁通門磁強計
單分量磁通門磁強計應滿足如下要求：
測量范圍：－100 000nT～＋100 000nT；
b) 精度：A1×1％(A1為讀數，以下同)；
c) 分辨率：優于1nT。
5.1.3.3 三分量磁通門磁強計
三分量磁通門磁強計應滿足如下要求：
a) 測量范圍：－100 000nT～＋100 000nT；
b) 精度：A1×1％；
c) 分辨率：優于1nT。
5.1.3.4 特斯拉計
特斯拉計應滿足如下要求：
a) 測量范圍：－10mT～＋10mT；
b) 精度：A1×2％；
c) 分辨率：優于0.1mT。
5.1.3.5 數據采集系統
數據采集系統應滿足如下要求：
a) 測量范圍：－10mT～＋10mT；
b) 噪聲：優于0.5nT；
c) 穩定性：優于2nT/2h；
d) 不確定度：量程的1％；
e) 通道數：不少于9。
5.2 試件要求
5.2.1 試件安裝
試件安裝應滿足如下要求：
a) 試件表面清潔，嚴防有鐵磁物質粘附在表面上；
b) 試件安裝時，其幾何中心應位于一維轉臺的中心軸上，或與二維轉臺的兩個轉動軸的交點重合；
c) 試件測控設備距轉臺的距離一般應大于10m；
d) 試件供電及測量電纜長度滿足測量要求；
e) 試件坐標系與試驗設備坐標系平行，并記錄試件坐標系與試驗設備坐標系的轉換關系。
5.2.2 試件加電工作
試件加電工作應滿足如下要求：
a) 測量雜散磁矩時，試件加電工作狀態穩定保持時間一般應大于10min；
b) 測量雜散磁場時，試件加電工作狀態穩定保持時間一般應大于5min。
5.3 人員要求
試驗期間，試驗操作人員應滿足如下要求：
a) 穿戴防靜電服，不應直接接觸試件；
b) 身上不應帶有手機、鑰匙等磁性物體。
6 試驗程序
6.1 磁矩測量
6.1.1 總則
磁矩測量分為剩磁矩測量和雜散磁矩測量。剩磁矩測量工況是在試件不工作狀態下進行的磁矩測量，雜散磁矩測量工況是在試件不同工作狀態下進行的磁矩測量。
磁矩測量方法主要包括偶極子法、球面作圖法和赤道作圖法三種方法，偶極子法用于試件磁矩的估測，球面作圖法和赤道作圖法可以對試件的磁矩進行較精確的測試。
6.1.2 偶極子法
6.1.2.1 試驗準備
試驗準備過程如下：
a) 準備試驗所需試驗設備和測量儀器；
b) 利用主線圈建立零磁場環境；
c) 將1臺三分量磁通門磁強計探頭置于測量支架上，位置如圖2所示。探頭中心距試件幾何中心的距離r一般為三至六倍試件包絡尺寸(若試件磁矩值很小，可以適當減小r值)，探頭測量的三個正交軸方向與試驗設備坐標的三個軸向平行且一致；
d) 根據試驗任務書或試驗大綱要求，確定磁矩測量工況；
e) 按照5.2.1要求，將試件安裝到轉臺上。
1—試件；2—三分量磁通門磁強計探頭；3—一維轉臺；r—探頭中心距試件幾何中心的距離；x、y、z—試驗設備坐標系
圖2 偶極子法測量示意圖
6.1.2.2 試驗實施
試驗實施過程如下：
a) 送試方根據試驗工況設置試件狀態；
b) 采集磁場測量值；
c) 將試件移走，與磁強計探頭距離大于5r；
d) 采集環境磁場本底值；
e) 將磁場測量值減去環境磁場本底磁場值，獲得試件在x、y和z方向的磁感應強度，并根據附錄A中公式(A.1)計算試件磁矩。
6.1.2.3 試驗后處理
試驗后處理過程如下：
a) 如無其他試驗，關閉測量儀器和主線圈；
b) 編寫8.3中規定的相關文件。
6.1.3 球面作圖法
6.1.3.1 試驗準備
試驗準備過程如下：
a) 準備試驗所需試驗設備和測量儀器；
b) 利用主線圈建立零磁場環境；
c) 將1臺單分量磁通門磁強計探頭置于測量支架上，位置如圖3所示。探頭中心距試件幾何中心的距離r一般為一至三倍試件包絡尺寸(若試件磁矩值很小，可以適當減小r值)，探頭測量的方向與試驗設備坐標y方向平行且一致；
d) 根據試驗任務書或試驗大綱要求，確定磁矩測量工況；
e) 按照5.2.1要求，將試件安裝到轉臺上。
1—試件；2—單分量磁通門磁強計探頭；3—二維轉臺；r—探頭中心距試件幾何中心的距離；x、y、z—試驗設備坐標系
圖3 球面作圖法測量示意圖
6.1.3.2 試驗實施
試驗實施過程如下：
a) 送試方根據試驗工況設置試件狀態；
b) 試件繞垂直軸沿順時針方向轉動，如圖3所示，從0～360°，一般每轉10°采集一次磁場測量值；
c) 試件繞水平軸沿順時針方向轉動，如圖3所示，一般按每轉動30°為一個測量面，重復b)，直到繞水平軸轉動到180°時止；
d) 將試件移走，與磁強計探頭距離大于5r；
e) 采集環境磁場本底值；
f) 將磁場測量值減去環境磁場本底磁場值，獲得試件在y方向的磁感應強度，并根據附錄A中A.2計算試件磁矩。
6.1.3.3 試驗后處理
試驗后處理過程如下：
a) 如無其他試驗，關閉測量儀器和主線圈；
b) 編寫8.3中規定的相關文件。
6.1.4 赤道作圖法
6.1.4.1 試驗準備
試驗準備過程如下：
a) 準備試驗所需試驗設備和測量儀器；
b) 利用主線圈建立零磁場環境；
c) 將3臺三分量磁通門磁強計探頭置于測量支架上，位置如圖4所示。探頭呈一字等間距排列。r1一般取試件包絡尺寸的1倍～1.5倍，r2的一般取值范圍為1.3r1～1.4r1，r1到r2的間距與r2到r3的間距相等(若試件磁矩值很小，可以適當減小r1值)，探頭測量的三個正交軸方向與試驗設備坐標的三個軸向平行且一致；
d)根據試驗任務書或試驗大綱要求，確定磁矩測量工況；
e)按照5.2.1要求，將試件安裝到轉臺上。
6.1.4.2 試驗實施
試驗實施過程如下：
a) 送試方根據試驗工況設置試件狀態；
b) 將試件繞垂直軸沿逆時針方向轉動，如圖4所示，從0°～360°，一般每轉10°采集一次磁場測量值；
c) 將試件移走，與磁強計探頭距離大于5r3；
d) 采集環境磁場本底值；
e) 將磁場測量值減去環境磁場本底磁場值，獲得試件在x、y和z方向的磁感應強度，并根據附錄A中A.3計算試件磁矩。
6.1.4.3 試驗后處理
試驗后處理過程如下：
a) 如無其他試驗，關閉測量儀器和主線圈；
b) 編寫8.3中規定的相關文件。
1—試件；2—三分量磁通門磁強計探頭；3—一維轉臺；r1—距試件最近的探頭中心距試件幾何中心的距離；r2—中間探頭中心距試件幾何中心的距離；r3—距試件最遠的探頭中心距試件幾何中心的距離；x、y、z—試驗設備坐標系
圖4 赤道作圖法測量示意圖
6.2 磁場測量
6.2.1 總則
磁場測量分為剩磁場測量和雜散磁場測量。剩磁場測量工況是在試件不工作狀態下進行的磁場測量，雜散磁場測量工況是在試件不同工作狀態下進行的磁場測量。
磁場測量方式可以分為周圍磁場分布測量和固定點處磁場測量兩種方式，周圍磁場分布測量是測量以試件為中心的球面上的磁場分布值。固定點處磁場測量是測量有具體要求的固定點的磁場值。
6.2.2 周圍磁場分布測量
6.2.2.1 試驗準備
試驗準備過程如下：
a) 準備試驗所需試驗設備和測量儀器；
b) 利用主線圈建立零磁場環境；
c) 將1臺三分量磁通門磁強計探頭置于測量支架上，位置如圖3所示。探頭中心距試件幾何中心的距離r根據試驗技術要求確定，探頭測量的三個正交軸方向與試驗設備坐標的三個軸向平行且一致；
d) 根據試驗任務書或試驗大綱要求，確定磁場測量工況；
e) 按照5.2.1要求，將試件安裝到轉臺上。
