航天型號總體能力提升的研究與實踐

◎中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部 楊軍 李源 蔣小勇

航天型號總體能力提升的研究與實踐

◎中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部 楊軍 李源 蔣小勇

當前，我國大力實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展及加快軍民融合戰(zhàn)略，實施“一帶一路”、“天地一體化信息體系”建設(shè)對航天裝備與空間技術(shù)發(fā)展提出了更為迫切的要求，為通信衛(wèi)星及衛(wèi)星通信事業(yè)發(fā)展提供了新的機遇與廣闊空間，但與此同時，宇航市場面臨的國內(nèi)外競爭也更趨激烈。因此，需要大力提升總體能力與系統(tǒng)研制能力，從而提升市場競爭力。

總體能力是航天型號研制總體單位的核心競爭力，是保證型號任務(wù)圓滿完成的關(guān)鍵。針對中國航天科技集團公司提出的持續(xù)提升完成型號任務(wù)總體能力的要求，中國空間技術(shù)研究院提出了“型號任務(wù)完成與能力提升并重”的發(fā)展原則，通信衛(wèi)星事業(yè)部作為我國通信衛(wèi)星業(yè)務(wù)的責(zé)任主體和業(yè)務(wù)總體單位，高度重視總體能力提升工作，近年來在技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新、研制流程優(yōu)化、數(shù)字化與信息化融合、知識經(jīng)驗沉淀、項目管理等方面做了大量工作，總體能力顯著增強，為型號任務(wù)的圓滿完成提供了有力支持，促進了通信衛(wèi)星領(lǐng)域業(yè)務(wù)的發(fā)展與技術(shù)進步。

一、總體能力的內(nèi)涵及模型分析

總體能力是航天器系統(tǒng)研發(fā)—系統(tǒng)設(shè)計—系統(tǒng)集成與驗證—在軌管理與服務(wù)過程中的系統(tǒng)抓總能力，通過系統(tǒng)規(guī)劃、論證、設(shè)計、制造、試驗和使用等過程，開發(fā)出滿足型號全壽命周期使用要求、綜合性能最優(yōu)的系統(tǒng)能力。

圍繞型號從系統(tǒng)論證到設(shè)計、實現(xiàn)“V”字型系統(tǒng)工程的過程，總體能力主要體現(xiàn)在型號的系統(tǒng)創(chuàng)新、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成與驗證、系統(tǒng)在軌管理及項目管理等方面，這是總體能力的核心體現(xiàn)。從提升能力支撐角度，可將總體能力分為總體隊伍、總體技術(shù)、系統(tǒng)級產(chǎn)品、方法工具及標準規(guī)范、專業(yè)實驗室、體制機制，這是總體能力提升的基礎(chǔ)支撐和重要抓手。完成任務(wù)對總體能力的核心要素提出了需求，提升核心要素的需求促進和帶動了基礎(chǔ)要素的全面發(fā)展;提升能力對總體能力的基礎(chǔ)要素提出了要求，基礎(chǔ)要素的發(fā)展全面支撐總體能力的有效提升。通信衛(wèi)星總體能力提升的模型如圖1所示。

1．核心要素分析

系統(tǒng)創(chuàng)新與引領(lǐng)能力是總體能力的前端，是總體能力的發(fā)展動力，主要是能夠基于國家任務(wù)及用戶現(xiàn)實或潛在市場需求前瞻性地開展空間體系及系統(tǒng)概念研究，平臺、有效載荷及系統(tǒng)方案研發(fā)與論證，牽引平臺和有效載荷新技術(shù)及新產(chǎn)品發(fā)展，并引領(lǐng)用戶需求。

系統(tǒng)設(shè)計與仿真能力是指在任務(wù)需求分析基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)工程方法組織衛(wèi)星平臺各分系統(tǒng)和有效載荷分系統(tǒng)協(xié)同開展系統(tǒng)方案設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)方案最優(yōu)的能力。

系統(tǒng)集成與驗證能力是指按照研制流程和規(guī)范要求，將單機、分系統(tǒng)設(shè)備集成為完整的衛(wèi)星系統(tǒng)，并通過全面充分的測試和試驗實現(xiàn)功能、性能、壽命和可靠性滿足用戶要求的能力。

圖1 總體能力提升模型

系統(tǒng)在軌運行管理能力是指衛(wèi)星完成發(fā)射入軌及在軌測試后，在地面測控站支持下根據(jù)設(shè)計目標和用戶要求對衛(wèi)星進行日常管理，確保衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運行的能力。

系統(tǒng)項目管理能力是指按照工程發(fā)展規(guī)律，組織協(xié)調(diào)系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機承制單位在規(guī)定的質(zhì)量、進度及成本等約束下，實現(xiàn)系統(tǒng)整體最優(yōu)的能力。

2．基礎(chǔ)要素分析

總體技術(shù)是開展系統(tǒng)創(chuàng)新，承擔(dān)型號研制任務(wù)的前提和主要依托，包括總體共性技術(shù)、總體性質(zhì)的專業(yè)技術(shù)、有效載荷總體技術(shù)。系統(tǒng)級產(chǎn)品是總體能力的物化體現(xiàn)，公用平臺的性能、產(chǎn)能是總體的核心能力。

總體隊伍是按照型號系統(tǒng)工程規(guī)律組織的、滿足一定數(shù)量和能力素質(zhì)要求并整體發(fā)揮作用的科技人員集合，是系統(tǒng)抓總研制的主體力量，是總體能力的重要保障和基礎(chǔ)，包括技術(shù)和項目管理隊伍。

系統(tǒng)方法工具是指型號研制中所采取的設(shè)計、分析、驗證方法和軟件工具。

標準規(guī)范體系是保證系統(tǒng)工程技術(shù)持續(xù)發(fā)展的主要技術(shù)要素，也是完善系統(tǒng)工程專業(yè)技術(shù)體系、系統(tǒng)工程設(shè)計與驗證工具方法體系的基礎(chǔ)支撐。

實驗室基礎(chǔ)是總體能力的重要支撐，全面服務(wù)系統(tǒng)創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān)及試驗驗證等工作。

體制機制是總體能力運行和提升的組織環(huán)境和制度保障。

二、總體能力發(fā)展現(xiàn)狀

通信衛(wèi)星總體能力的發(fā)展堅持以需求和目標為導(dǎo)向，在滿足型號任務(wù)需求的同時，積極謀劃未來發(fā)展，大力開展總體能力建設(shè)工作，全面促進總體能力的提升，為完成各項科研生產(chǎn)任務(wù)提供有力支撐。

1．領(lǐng)域規(guī)劃與系統(tǒng)研發(fā)能力不斷增強

積極牽引或參與國家、各級用戶的重大專項規(guī)劃，進一步鞏固在衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)中繼領(lǐng)域的傳統(tǒng)優(yōu)勢，超大型衛(wèi)星平臺、全電推進衛(wèi)星平臺研制取得重大進展，達到國際同類衛(wèi)星平臺的能力，同時向?qū)拵?、激光、移動通信等新專業(yè)領(lǐng)域大力推進。

2．總體設(shè)計及系統(tǒng)集成驗證能力顯著提升

通過完成新型號、新平臺的系統(tǒng)設(shè)計，具備了對大型復(fù)雜型號的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計能力;依托總體協(xié)同設(shè)計仿真平臺，打通上下游環(huán)節(jié)，實現(xiàn)型號的協(xié)同設(shè)計和三維下廠;注重知識沉淀，編制了通信衛(wèi)星總體設(shè)計與分析系列手冊，總體設(shè)計能力穩(wěn)步提升。

用三維模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)圖紙，實現(xiàn)了型號三維數(shù)字化總裝模式;依托系統(tǒng)驗證平臺，提升了型號系統(tǒng)聯(lián)試驗證能力和抓總能力;通過全面應(yīng)用一體化集成測試模式，提升了測試效率和工作質(zhì)量;健全了試驗驗證工作手冊，確保研制驗證的全面性和有效性。

3．在軌管理與服務(wù)能力增強

隨著在軌衛(wèi)星數(shù)量的持續(xù)增加，成立了專門的管理部門，實現(xiàn)了在軌衛(wèi)星管理專業(yè)化;建成在軌管理遠程技術(shù)中心，為國際商業(yè)衛(wèi)星用戶提供實時技術(shù)保障服務(wù)，確保在軌衛(wèi)星穩(wěn)定運行，用戶滿意度逐年提升。

4．項目管理運行持續(xù)規(guī)范

建立了通信衛(wèi)星科研生產(chǎn)綜合管理與項目管理體系，按照項目管理的九大要素開展型號管理工作，健全了策劃、執(zhí)行、閉環(huán)管理及考核機制，強化了對風(fēng)險的識別與管控，確保了型號任務(wù)順利完成。

三、進一步提升總體能力的思考

實施創(chuàng)新驅(qū)動工程，面向航天工程大系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)，解決體系整體的配置優(yōu)化，協(xié)助用戶、工程大總體解決協(xié)調(diào)、優(yōu)化問題，提升體系的效能。同時，健全面向工程應(yīng)用的產(chǎn)品創(chuàng)新研制模式，建設(shè)“系統(tǒng)集成，協(xié)同創(chuàng)新”的新型創(chuàng)新體系，面向用戶提供天地一體化更優(yōu)系統(tǒng)解決及應(yīng)用方案，提升領(lǐng)域牽引及創(chuàng)新引領(lǐng)能力。

1．深化數(shù)字化研制

深入推進型號數(shù)字化應(yīng)用，結(jié)合后續(xù)任務(wù)發(fā)展需求深化基于模型定義(MBD)的技術(shù)應(yīng)用，進一步提升系統(tǒng)總體及專業(yè)總體的協(xié)同設(shè)計能力。深入開展電推進仿真與驗證能力、動力學(xué)集成仿真與驗證能力建設(shè)，提升系統(tǒng)級多專業(yè)分析仿真和演示驗證能力;深入開展智能綜合測試系統(tǒng)建設(shè)，開展數(shù)字化虛擬測試試驗，提升系統(tǒng)級數(shù)字化仿真驗證能力，使通信衛(wèi)星研制水平邁上新臺階。

2．加速新平臺開發(fā)

衛(wèi)星平臺能力是衛(wèi)星總體單位的核心競爭力，加速開展平臺關(guān)鍵技術(shù)研究工作，提高衛(wèi)星平臺承載能力，掌握和應(yīng)用空間環(huán)境效應(yīng)分析與驗證能力、空間環(huán)境效應(yīng)防護能力、平臺力學(xué)環(huán)境設(shè)計與驗證能力，提高系統(tǒng)和平臺設(shè)計水平，進一步完善平臺型譜，打造東方紅系列衛(wèi)星品牌，使我國通信衛(wèi)星平臺能力達到國際先進水平。

3．完善項目管理體制機制

隨著通信衛(wèi)星型號任務(wù)的快速增長，多型號并舉、高密度發(fā)射成為新常態(tài)，傳統(tǒng)的型號項目管理模式已不能適應(yīng)新形勢的需要，應(yīng)建立適用于不同類型型號的差異化項目管理模式，形成適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化需求的管理機制;借鑒國外先進宇航公司流水作業(yè)線模式，構(gòu)建工業(yè)化測試生產(chǎn)線，做到制造、集成與測試全過程標準化、專業(yè)化及信息化，推進產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型。

4．推動數(shù)字化與信息化深度融合

結(jié)合“中國制造2025”總體規(guī)劃，根據(jù)通信衛(wèi)星發(fā)展需求，圍繞提升研制效率和產(chǎn)品效益的目標制定通信衛(wèi)星制造實施方案，開展流程再造，建立不同類型衛(wèi)星的差異化研制流程;加強信息化與先進制造技術(shù)、管理技術(shù)的融合，構(gòu)建企業(yè)級工程數(shù)字化研制平臺與管理信息平臺，實現(xiàn)信息化管理與數(shù)字化研制融合，全面提高通信衛(wèi)星智能制造能力和市場響應(yīng)能力，推動通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級。

為滿足通信衛(wèi)星后續(xù)發(fā)展要求，進一步提升通信衛(wèi)星的系統(tǒng)抓總能力及國內(nèi)外市場競爭力，需深入研究未來任務(wù)發(fā)展形勢和總體能力提升的迫切需求，對標國內(nèi)外先進宇航公司的能力水平，中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部將針對當前存在的薄弱環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌策劃、超前部署，全力推動通信衛(wèi)星總體能力提升工作，助推通信衛(wèi)星快速發(fā)展，為成為國際一流通信衛(wèi)星產(chǎn)品供應(yīng)商和綜合服務(wù)提供商、推進航天強國建設(shè)作出貢獻。?