國際空間站運(yùn)營管理體系架構(gòu)分析

田坤黌 侯永青

（中國空間技術(shù)研究院載人航天總體部）

1 引言

國際空間站（International Space Station，ISS）在軌運(yùn)行十年，其間涉及到多個(gè)艙段的發(fā)射組裝，多種運(yùn)行模式下的狀態(tài)維持與控制，每年數(shù)次補(bǔ)給訪問，數(shù)萬件部件設(shè)備的維護(hù)維修工作，上百種有效載荷的管理及其操作規(guī)劃。這些運(yùn)營任務(wù)的管理相當(dāng)復(fù)雜，必須有專門的機(jī)構(gòu)、使用專門的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌管理與運(yùn)營。

基于我國載人航天前期的發(fā)展基礎(chǔ)，分析ISS組織架構(gòu)的功能將為我國空間站運(yùn)營管理工程系統(tǒng)的研制提供重要參考。本文首先調(diào)研了ISS的運(yùn)營管理組織，在此基礎(chǔ)上，分析了我國空間站的運(yùn)營職能，并據(jù)此對(duì)我國空間站運(yùn)營管理的組織機(jī)構(gòu)提出了一些建議。

2 ISS運(yùn)營管理職能分析

2.1 ISS運(yùn)營管理任務(wù)概述

ISS運(yùn)營管理即是對(duì)空間站運(yùn)營活動(dòng)進(jìn)行全過程的任務(wù)管理，包括兩個(gè)層面：任務(wù)規(guī)劃和任務(wù)實(shí)施。

2.1.1任務(wù)規(guī)劃

空間站的任務(wù)規(guī)劃是多層的，是一個(gè)由遠(yuǎn)到近、由粗到細(xì)的過程。ISS的任務(wù)規(guī)劃分為四個(gè)層次：戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層、任務(wù)層和執(zhí)行層。其中執(zhí)行層規(guī)劃是任務(wù)實(shí)施需要解決的首要問題。

表1 ISS任務(wù)規(guī)劃層次

2.1.2任務(wù)實(shí)施

ISS的任務(wù)實(shí)施包括航天器的組裝集成與發(fā)射、運(yùn)行任務(wù)控制（空間站平臺(tái)、載荷）、以及相關(guān)的仿真訓(xùn)練。

2.2 ISS運(yùn)營管理職能分析

美國在發(fā)展空間站過程中，非常重視ISS的運(yùn)營研究工作。1984年美國開始ISS論證，1986年提出了空間站運(yùn)營管理的概念，1986年秋啟動(dòng)了運(yùn)營管理方案研究（成立了約200余人論證組，下設(shè)四個(gè)小組），1987年提交了運(yùn)營管理的概念研究方案（四個(gè)分報(bào)告和一個(gè)總報(bào)告），并開始了相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)，一直延續(xù)到現(xiàn)在。雖然目前ISS的運(yùn)營管理方案同1987年有所不同，但其核心思想和主要體系框架都保持了1987年的論證結(jié)果。期間在20世紀(jì)90年代，隨著工程論證設(shè)計(jì)的深入，特別是由于俄羅斯的加入，對(duì)運(yùn)營框架進(jìn)行了一定的調(diào)整[1]。

2000年，從更好地利用ISS出發(fā)，NASA委托計(jì)算機(jī)科學(xué)公司成立了一個(gè)評(píng)估研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其運(yùn)營管理體系架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議[2]。

該研究小組將ISS的運(yùn)營職能分為七個(gè)方面[3]：

·項(xiàng)目管理（Program Management）

·應(yīng)用（Utilization）

·飛行系統(tǒng)操作（包括空間站平臺(tái)系統(tǒng)、載荷、航天員）

·后勤和維護(hù)操作（Logistics and Maintenance Operations）

·發(fā)射場操作（Launch Site Operations）

·安全操作（Safety Operations）

·持續(xù)工程和P3I（Sustaining Engineering and Pre-Planned Program Improvement（P3I））

3 ISS運(yùn)營管理組織架構(gòu)

3.1 運(yùn)營管理組織架構(gòu)的提出

ISS研究小組提出了項(xiàng)目演化、中心負(fù)責(zé)制、單一承包制、SSURI主承包制和純商業(yè)操作等五種組織架構(gòu)，并逐一對(duì)各個(gè)架構(gòu)的職能分配進(jìn)行了論證[4]。

除了項(xiàng)目演化和純商業(yè)操作之外，其他三個(gè)架構(gòu)均需要新成立ISS應(yīng)用研究中心（SSURI）來管理ISS美國部分的空間應(yīng)用。各個(gè)控制架構(gòu)的主要特點(diǎn)為：

（1）項(xiàng)目演化（Program Evolution）：該架構(gòu)的主要特點(diǎn)是NASA的參與程度很高，由NASA的領(lǐng)導(dǎo)中心管理，NASA職員參與，根據(jù)ISS項(xiàng)目的發(fā)展逐步對(duì)NASA現(xiàn)有的架構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

（2）中心負(fù)責(zé)（Center Expertise）：該架構(gòu)的主要特點(diǎn)是需要新成立ISS應(yīng)用研究中心（SSURI）來管理ISS美國部分的空間應(yīng)用。

（3）單一承包（Single Prime）：單一承包制仍然需要ISS應(yīng)用研究中心（SSURI）來管理空間站的應(yīng)用，不同的是所有與運(yùn)營和維持相關(guān)的合同由一個(gè)總合同統(tǒng)一負(fù)責(zé)，該合同將大大縮減NASA的參與程度。

（4）SSURI主承包（Privatized SSURI Prime）：與單一承包制不同的是ISS運(yùn)營管理任務(wù)的主承包商為ISS應(yīng)用研究中心（SSURI）。SSURI負(fù)責(zé)所有的運(yùn)行和維持合同，以及運(yùn)營合同，NASA在項(xiàng)目執(zhí)行中的參與程度將顯著減少。

（5）純商業(yè)操作（Dedicated Commercial）：在該架構(gòu)下，ISS的運(yùn)營活動(dòng)完全由商業(yè)組織負(fù)責(zé)。

ISS的職能分配根據(jù)組織架構(gòu)的不同而不同，圖1和圖2分別為項(xiàng)目演化、中心負(fù)責(zé)各組織架構(gòu)的職能分配圖[5]。

3.2 運(yùn)營管理組織架構(gòu)評(píng)估

針對(duì)如上提出的五種組織架構(gòu)，ISS的研究評(píng)估團(tuán)隊(duì)在ISS是否能夠達(dá)到NASA總部戰(zhàn)略目標(biāo)的可行性評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、空間站的費(fèi)-效分析（CBA,Cost Benefits Analysis）評(píng)估等三個(gè)方面對(duì)各個(gè)組織架構(gòu)進(jìn)行了分析。為了更好地分析每個(gè)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)使用了兩種方法來評(píng)估各個(gè)架構(gòu)[5]：

·Delphi評(píng)估方法：評(píng)估各個(gè)架構(gòu)是否滿足人類探索和開展空間策略的目標(biāo)；

·風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理念：基于每個(gè)架構(gòu)的轉(zhuǎn)換能力和作用，分析ISS項(xiàng)目的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

（1）戰(zhàn)略目標(biāo)可行性評(píng)估：針對(duì)每個(gè)戰(zhàn)略計(jì)劃，NASA使用Delphi評(píng)估方法，開發(fā)了一種使用7分制的評(píng)估模型，7是最高分。如表2所示為每個(gè)架構(gòu)的得分情況。

在ISS運(yùn)行的前期，考慮到NASA的參與程度，采用中心負(fù)責(zé)架構(gòu)是最理想的，而且在每個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)的子目標(biāo)里它的得分也是最高的。在空間站運(yùn)行的后期，由于NASA職員參與范圍的變化及項(xiàng)目活動(dòng)穩(wěn)定性的提高，可以使用單一承包（Single Prime）架構(gòu)或者SSURI主承包（Privatized SSURI Prime）架構(gòu)。

（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：研究評(píng)估團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種評(píng)估各組織架構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的方法。研究評(píng)估團(tuán)隊(duì)從每個(gè)架構(gòu)的安全性風(fēng)險(xiǎn)、研究風(fēng)險(xiǎn)、花費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)、控制風(fēng)險(xiǎn)和國際合作風(fēng)險(xiǎn)等六個(gè)方面分析了ISS的風(fēng)險(xiǎn)。如表3所示為ISS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果。

圖1 項(xiàng)目演化架構(gòu)的職能分配

圖2 中心負(fù)責(zé)架構(gòu)的職能分配

表2 各組織架構(gòu)在達(dá)到NASA戰(zhàn)略目標(biāo)可行性方面的得分

表3 組織架構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

上表說明中心負(fù)責(zé)架構(gòu)和項(xiàng)目演化架構(gòu)在五個(gè)架構(gòu)中的風(fēng)險(xiǎn)最小。這個(gè)結(jié)果表明中心負(fù)責(zé)是成功率最高（風(fēng)險(xiǎn)最低）的架構(gòu)。單一承包架構(gòu)和SSURI主承包架構(gòu)中NASA控制技術(shù)的繼承性太少。單一承包架構(gòu)和SSURI主承包架構(gòu)目前可以由中心負(fù)責(zé)架構(gòu)代替。

（3）費(fèi)-效分析（CBA）：研究團(tuán)隊(duì)早期就對(duì)中心負(fù)責(zé)架構(gòu)的花費(fèi)進(jìn)行過預(yù)算，但是具體的收益直到執(zhí)行該架構(gòu)后才可以確定，因?yàn)楹芏嗍找媸窃谖磥聿拍茱@現(xiàn)的，比如科學(xué)團(tuán)隊(duì)和商業(yè)組織的參與而引起高質(zhì)量的研究活動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為SSURI和ISS項(xiàng)目辦公室（ISSPO）的用戶-提供者之間的關(guān)系會(huì)促進(jìn)更多新技術(shù)的發(fā)展，其收益也會(huì)慢慢顯現(xiàn)。通過分析評(píng)估，研究團(tuán)隊(duì)選擇了中心負(fù)責(zé)制。

表4 中心負(fù)責(zé)制的CBA結(jié)果

4 ISS組織架構(gòu)分析

ISS的運(yùn)營管理組織架構(gòu)采用了中心負(fù)責(zé)。主要采用了三級(jí)組織管理體系結(jié)構(gòu)，由三個(gè)職能部門來完成運(yùn)營管理任務(wù)：空間站項(xiàng)目辦公室、任務(wù)操作委員會(huì)和SSURI?？臻g站項(xiàng)目指導(dǎo)委員會(huì)為這三個(gè)職能部門進(jìn)行任務(wù)指導(dǎo)和監(jiān)督。如圖3所示[6]。

該體系架構(gòu)的第一級(jí)是位于華盛頓的ISS項(xiàng)目指導(dǎo)委員會(huì)，該委員會(huì)負(fù)責(zé)項(xiàng)目的管理和戰(zhàn)略規(guī)劃，主要的職責(zé)是政策制定、方針指導(dǎo)，經(jīng)費(fèi)預(yù)算，對(duì)外協(xié)調(diào)事務(wù)并關(guān)注其衍化發(fā)展（evolution）。副局長辦公室的工作范圍包括技術(shù)層和管理層的必備保障條件、里程碑節(jié)點(diǎn)、預(yù)算分配和評(píng)估，以及支持項(xiàng)目的立法部門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、用戶、國際合作者與NASA總部之間的協(xié)調(diào)。項(xiàng)目指導(dǎo)委員會(huì)每月都和NASA管理委員會(huì)即空間站項(xiàng)目辦公室就項(xiàng)目執(zhí)行情況進(jìn)行交流，NASA局長帶領(lǐng)科研人員對(duì)每月的管理狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。這些評(píng)估的目的是確保出現(xiàn)的任何故障都包含在空間站可管理的范圍內(nèi)并及時(shí)提供適時(shí)的解決方案。

體系架構(gòu)的第二級(jí)由三個(gè)機(jī)構(gòu)組成：空間站項(xiàng)目辦公室（ISSPO），約翰遜空間中心（JSC）以及空間站應(yīng)用研究中心（SSURI）。

圖3 ISS的三層組織管理體系結(jié)構(gòu)

ISSPO負(fù)責(zé)空間站的發(fā)展、飛行和地面系統(tǒng)的運(yùn)營能力和內(nèi)部接口與外部接口的控制。主要的職責(zé)包括：系統(tǒng)工程與分析、項(xiàng)目規(guī)劃和發(fā)展、運(yùn)行階段的資源控制、構(gòu)型管理、元器件整合（integration of elements）以及對(duì)控制系統(tǒng)中有效載荷的控制，這個(gè)機(jī)構(gòu)的日常管理由項(xiàng)目主管負(fù)責(zé)。ISSPO負(fù)責(zé)整合國際合作國的需求。

NASA的空間站項(xiàng)目辦公室位于休斯頓的約翰遜空間中心（JSC），約翰遜中心作為領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)管理NASA的其他航天中心和國際合作國的航天中心完成ISS的運(yùn)營管理任務(wù)。約翰遜航天中心的任務(wù)操作委員會(huì)（Mission Operations Directorate）負(fù)責(zé)航天飛機(jī)和ISS具體的運(yùn)營管理活動(dòng)，如圖4描述了MOD的具體職能[6]。

ISS應(yīng)用研究中心（SSURI）負(fù)責(zé)管理ISS美國部分的應(yīng)用活動(dòng)，負(fù)責(zé)將運(yùn)營和維護(hù)職能分配到NASA的各個(gè)空間中心。SSURI由NASA的菲爾德（Field）空間中心負(fù)責(zé)成立。SSURI的參與包括大量的商業(yè)研究機(jī)構(gòu)，用于支持在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)并管理其執(zhí)行情況。

第三級(jí)是具體執(zhí)行運(yùn)營任務(wù)的各航天中心。主要負(fù)責(zé)ISS項(xiàng)目的方案論證、研發(fā)和運(yùn)行階段的管理，以及對(duì)制造不同部件公司的各項(xiàng)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)。

圖4 MOD的主要職責(zé)

5 我國空間站運(yùn)營管理組織體系架構(gòu)初步分析和建議

根據(jù)ISS運(yùn)營管理七大職能的定義，結(jié)合我國載人航天的現(xiàn)有體系架構(gòu)，建議我國空間站工程運(yùn)營管理的職能分為項(xiàng)目管理、運(yùn)行控制、應(yīng)用、航天員、發(fā)射與返回、維護(hù)及后勤、航天工程支持和運(yùn)輸系統(tǒng)等八個(gè)方面。與ISS運(yùn)營管理職能的不同在于：ISS為了保證航天員在軌操作有效載荷的安全，在軌航天員的訓(xùn)練SSURI負(fù)責(zé)，考慮到在航天員的訓(xùn)練內(nèi)容中飛行系統(tǒng)的操作占主要部分，同時(shí)結(jié)合我國現(xiàn)有的載人航天機(jī)構(gòu)及職能，航天員選拔和訓(xùn)練應(yīng)作為獨(dú)立的職能。

參考ISS的中心負(fù)責(zé)制架構(gòu)，我國空間站工程可以借鑒ISS的三級(jí)組織管理體系結(jié)構(gòu)。建議從空間站工程的層面成立空間站工程運(yùn)營管理項(xiàng)目指導(dǎo)辦公室，其成員可以由載人航天有關(guān)部門選派人員組成。

空間站工程運(yùn)營管理項(xiàng)目辦公室主要負(fù)責(zé)空間站在軌健康安全的運(yùn)行。利用現(xiàn)有的、成熟的載人航天工程管理體系，使用適合空間站的、有效的管理體系和協(xié)作關(guān)系，使得參與空間站建造和運(yùn)行的各技術(shù)系統(tǒng)和管理機(jī)構(gòu)，既能夠發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢獨(dú)立完成建造和運(yùn)行過程中特定的任務(wù)，又能夠在統(tǒng)一調(diào)度下與其他系統(tǒng)長期協(xié)調(diào)地運(yùn)作，簡單、快速、有效地組織實(shí)施空間站運(yùn)行的各項(xiàng)任務(wù)，保障空間站的順利建造和長期穩(wěn)定運(yùn)行。

空間站工程運(yùn)營管理項(xiàng)目辦公室可下設(shè)空間站任務(wù)操作中心、空間站載荷操作中心和空間站發(fā)射控制中心來管理空間站的運(yùn)營管理任務(wù)。如下圖所示。

圖5 我國空間站組織體系及其職能建議

借鑒ISS的運(yùn)營管理模式，建議在保留現(xiàn)有組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充和完善以下的機(jī)構(gòu)及職能：

（1）在現(xiàn)有載人航天組織管理體制基礎(chǔ)上，成立空間站運(yùn)營管理項(xiàng)目辦公室，負(fù)責(zé)空間站工程的項(xiàng)目管理、空間站工程運(yùn)營管理戰(zhàn)略層規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)層規(guī)劃，任務(wù)級(jí)規(guī)劃協(xié)調(diào)與集成及航天器研制進(jìn)度的管理工作。

（2）空間站工程與載人飛船工程的主要不同是后勤與維護(hù)方面的變化，因此需要在航天器平臺(tái)研制單位中成立專門的機(jī)構(gòu)對(duì)空間站后期及維護(hù)進(jìn)行管理。

（3）雖然現(xiàn)有的載人航天機(jī)構(gòu)具備完成我國空間站工程運(yùn)營管理任務(wù)的能力，但是其職能還須進(jìn)一步完善。因此需要在我國空間站發(fā)射之前，由空間站工程運(yùn)營管理項(xiàng)目指導(dǎo)辦公室對(duì)現(xiàn)有各大系統(tǒng)的職能進(jìn)行完善。

［1］Paules G..Space Station Freedom Baseline Operations Concept.Aug.6-8 1991

［2］NASA.Space Station Operations Task Force Summary Report.October 1987

［3］Computer Science Corporation.International Space Station Operations Architecture Study Final Report.Aug.2000

［4］Fawcett M..From Centralized to Distributed:The Evolution of Space Station Comman and Control.Acta Astronautica,38 （4-8）,1996,637-654.

［5］NASA.Space Station Operations Task Force Final Report:Executive Summary.October 1987

［6］Jeff Hagopian,Theresa Maxwell,Ed Nahay.NASA/MIR PHASE1:A LESSONINLONGDURATIONMISSIONPLANNINGAND OPERATIONS.Paper ID:2m018