運載火箭去任務化模式及其在型號中的實踐

◎上海航天技術(shù)研究院 王瑋等

運載火箭去任務化模式及其在型號中的實踐

◎上海航天技術(shù)研究院 王瑋等*

目前，我國CZ系列運載火箭的研制生產(chǎn)管理普遍采用定制化模式，即在火箭研制之初就與衛(wèi)星任務關(guān)聯(lián)綁定，并設定產(chǎn)品代號。全生命周期中，原材料和元器件按批采購，部分通用單機和零、部（組）件組批生產(chǎn)驗收、按發(fā)交付，其后各階段則帶有明顯的發(fā)次屬性，包括大系統(tǒng)、大部段產(chǎn)品的生產(chǎn)和試驗、火箭總裝與出廠測試、發(fā)射任務。在這種模式中需根據(jù)衛(wèi)星型號要求和發(fā)射方案，在產(chǎn)品庫中選取合適的型號或定制化研制新產(chǎn)品，編制定制化軟件，設置定制化流程。

這種傳統(tǒng)的定制化模式適應了各發(fā)次任務之間的差異性，充分滿足了任務需求，并依靠定制化的方式實現(xiàn)了火箭性能的最優(yōu)化，從明確對火箭的要求開始直至執(zhí)行發(fā)射，運載火箭需要的研制周期為20個月。但是，隨著近年來中國航天迎來高密度發(fā)射，定制化模式的弊端逐漸顯現(xiàn)出來，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品整箭級的互換性差，面對計劃調(diào)整等突發(fā)情況的快速響應能力不足，存在制約任務實施進度的風險；另外，已生產(chǎn)完畢的火箭無法挪作其它任務使用，存在已制品不得已只能長期貯存的情況。

為了應對這種風險，上海航天技術(shù)研究院考慮引入去任務化概念，對運載火箭研制生產(chǎn)模式進行優(yōu)化，提高火箭應對不同任務的靈活性，并縮短任務周期，以有效應對高密度發(fā)射。

一、去任務化模式的相關(guān)概念

1.去任務化的基本概念

所謂去任務化模式是相對于定制化模式提出的，指在運載火箭的研制生產(chǎn)環(huán)節(jié)取消任務屬性，獨立性較強地組織研制生產(chǎn)，任務屬性較晚介入主研制流程，從而使任務計劃較小地影響產(chǎn)品的研制流程。去任務化最理想的情況是：火箭按一種設計狀態(tài)批生產(chǎn)、測試、貯存，不與具體任務關(guān)聯(lián)，待發(fā)射任務及其要求明確后再選取庫存產(chǎn)品、注入任務相關(guān)參數(shù)，完成必要測試后即可赴發(fā)射場執(zhí)行發(fā)射任務。

2.去任務化與定制化模式的比較

作為運載火箭2種不同的科研生產(chǎn)管理模式，去任務化模式和定制化模式在技術(shù)環(huán)節(jié)與管理環(huán)節(jié)上均存在差異。圖1和圖2分別為去任務化模式和定制化模式的主要流程。

圖1 定制化模式流程圖

圖2 去任務化模式流程圖

從圖1可以看出，任務要求貫穿研制、生產(chǎn)、測試、發(fā)射各流程始終，僅虛線框內(nèi)部分可與任務不關(guān)聯(lián)。整個任務周期長，且火箭在分系統(tǒng)齊套及試驗階段已具備任務屬性，產(chǎn)品很難與其它任務相互調(diào)配。

從圖2可以看出，虛線框內(nèi)部分均可與任務不關(guān)聯(lián)，意味著火箭研制生產(chǎn)可以不受具體任務影響；任務屬性在較后期介入，火箭硬件已生產(chǎn)測試完畢，后續(xù)任務周期較短，意味著任務可以不受火箭研制進度影響。

通過對各個環(huán)節(jié)的對比，可以系統(tǒng)梳理2種模式的異同，見表1。

二、去任務化模式的探索實踐

1.型號現(xiàn)狀分析

CZ-4系列運載火箭目前的科研生產(chǎn)模式是典型的定制化模式，僅單星發(fā)射就存在6種型號構(gòu)型。任務要求明確后，根據(jù)任務情況選擇其中某種構(gòu)型，確定全箭技術(shù)狀態(tài)，部分產(chǎn)品（整流罩、適配器等與星箭接口相關(guān)產(chǎn)品）定制化生產(chǎn)，火箭從分系統(tǒng)研制開始帶有任務特征，后續(xù)僅用于本次任務發(fā)射，不具備互換調(diào)整的條件。

表1 去任務化模式與定制化模式的比較

2.去任務化瓶頸分析

一是硬件產(chǎn)品狀態(tài)差異大。CZ-4系列運載火箭現(xiàn)存的多個構(gòu)型之間不能互換，主要表現(xiàn)在總體、箭體結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等系統(tǒng)的產(chǎn)品狀態(tài)差異上，經(jīng)統(tǒng)計，CZ-4B和CZ-4C火箭現(xiàn)有狀態(tài)硬件產(chǎn)品通用化率達到81.7%。而非通用產(chǎn)品是火箭不能互換的主要瓶頸所在，盡可能提高產(chǎn)品通用化率，是縮減合并構(gòu)型數(shù)量的重要手段。

二是測試環(huán)節(jié)與任務屬性相關(guān)聯(lián)。火箭控制系統(tǒng)測試、集成綜合測試均帶有任務屬性，與任務緊密關(guān)聯(lián)。目前模式下，控制系統(tǒng)在完成分系統(tǒng)測試后已不具備通用性，即便2發(fā)火箭硬件狀態(tài)完全一致，也因測試環(huán)節(jié)已注入不同參數(shù)而無法實現(xiàn)互換。

三是型號研制按發(fā)次進行管理?；鸺挠媱澣蝿障逻_、技術(shù)狀態(tài)控制、質(zhì)量管理、生產(chǎn)線管理、總裝齊套管理、經(jīng)費管理、用戶管理等方面均與任務關(guān)聯(lián)，按發(fā)次管理，互換容易造成管理上的混亂。

3.去任務化的途徑

一是技術(shù)狀態(tài)的統(tǒng)一。

在CZ-4系列運載火箭未實現(xiàn)通用化的產(chǎn)品中，部分差異經(jīng)改進設計是可以統(tǒng)一狀態(tài)的，而另一部分差異后續(xù)仍需維持原狀態(tài)。未來，需要進一步提高產(chǎn)品的通用化率，增強產(chǎn)品研制生產(chǎn)和調(diào)配的靈活性。CZ-4B/4C火箭狀態(tài)存在差異的部件狀態(tài)梳理見表2。

通過對差異狀態(tài)產(chǎn)品進行改進設計，可以統(tǒng)一產(chǎn)品狀態(tài)，提高火箭產(chǎn)品的通用化率。但對于CZ-4系列運載火箭而言，部分產(chǎn)品后續(xù)仍需定制化設計，按2～3個不同狀態(tài)投產(chǎn)，實際情況距離完全意義上的去任務化仍有一定距離。根據(jù)實際情況，后續(xù)去任務化的目標設定為：型號按CZ-4B火箭和CZ-4C火箭各一個基本狀態(tài)，自整流罩以下產(chǎn)品實現(xiàn)狀態(tài)統(tǒng)一，三級過渡段、尾段、尾翼按整流罩狀態(tài)選配，整流罩仍根據(jù)衛(wèi)星要求定制。

二是軟件和測試環(huán)節(jié)去任務化。

火箭的硬件產(chǎn)品通過統(tǒng)一狀態(tài)實現(xiàn)去任務化后，由于從分系統(tǒng)測試開始的火箭各類測試項目均帶有任務屬性，實際上該發(fā)火箭已與任務緊密關(guān)聯(lián)，不再具備通用性，不能真正實現(xiàn)去任務化。要保證一發(fā)經(jīng)過完整測試的火箭具備通用性，就需要使之前的測試環(huán)節(jié)具備通用性。因此，需要研究測試環(huán)節(jié)的去任務化，從分系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)開始，采用通用的測試軟件開展測試，各發(fā)火箭的測試流程和測試內(nèi)容統(tǒng)一，與具體任務脫鉤，測試安排不受任務計劃影響。但最終飛行產(chǎn)品仍然要增加任務屬性，以滿足任務的個性化需求，為保證測試覆蓋性，可在任務明確后，安排進行與任務關(guān)聯(lián)的測試環(huán)節(jié)。

三是去任務化模式配套的管理措施。

傳統(tǒng)的定制化模式中，配套采用的管理文件、圖紙、投產(chǎn)計劃等管理措施都反映了任務相關(guān)信息，采用去任務化模式后，配套的管理措施需進行以下幾個方面的同步調(diào)整：

●火箭產(chǎn)品設計、工藝技術(shù)狀態(tài)不再按火箭發(fā)次明確，而是按照產(chǎn)品圖代號來明確。

表2 CZ-4B/4C火箭差異部件梳理表

●研制單位下達產(chǎn)品生產(chǎn)計劃時不標注產(chǎn)品對應的任務發(fā)次，而是根據(jù)生產(chǎn)單位的編號規(guī)定進行編號，待任務明確后由研制單位明確發(fā)次代號和產(chǎn)品編號之間的對應關(guān)系。

●單機（部段）產(chǎn)品驗收評審采用批量驗收的方式進行，驗收結(jié)論不明確發(fā)次，只明確同意本型號使用；單機（部段）產(chǎn)品交付總裝齊套時，根據(jù)齊套計劃要求明確裝箭產(chǎn)品編號，產(chǎn)品配套情況匯總后提交給總體和分系統(tǒng)單位。

●明確任務要求之前，產(chǎn)品的質(zhì)量檢查確認工作按照產(chǎn)品編號進行，與用戶和上級機關(guān)溝通時主要匯報同批產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)狀態(tài)、進度、質(zhì)量和驗收交付等信息；明確任務要求之后，發(fā)次代號與產(chǎn)品編號相關(guān)聯(lián)，質(zhì)量檢查確認工作按發(fā)次代號進行，與用戶和上級機關(guān)溝通時匯報配套關(guān)系及本發(fā)產(chǎn)品的狀態(tài)及質(zhì)量情況。

●各單位采用與去任務化相匹配的管理模式，適應型號組批生產(chǎn)與任務發(fā)次產(chǎn)品記賬方式不同帶來的財務管理變化。

三、效果展望與建議

1.效果展望

CZ-4系列火箭以3年為一個工作周期，全面推進型號去任務化，預期將對型號的研制生產(chǎn)模式帶來全新的轉(zhuǎn)變，具體包括：火箭產(chǎn)品由按任務計劃投產(chǎn)、測試、發(fā)射改為自行組批投產(chǎn)，統(tǒng)一測試、貯存，具有更高的自由度和獨立性；火箭狀態(tài)進一步統(tǒng)一，節(jié)省設計、生產(chǎn)、管理成本；注入任務屬性之前，各發(fā)火箭之間具備高度的互換性，容易調(diào)配，任務靈活性大大增強；任務下達后，5個月具備發(fā)射條件，相比之前的20個月周期大大縮短。

2.建議

運載火箭的技術(shù)狀態(tài)統(tǒng)一，仍然受外部約束的影響，由于外部輸入的多樣化，使火箭技術(shù)狀態(tài)仍不能完全統(tǒng)一。為實現(xiàn)運載火箭型號去任務化目標，建議加強星箭接口標準和規(guī)范的制定、推廣，使各衛(wèi)星研制單位在衛(wèi)星設計中依據(jù)規(guī)范開展星箭接口設計，對運載火箭的接口要求盡量統(tǒng)一，便于運載火箭開展與星箭接口相關(guān)部段的狀態(tài)統(tǒng)一工作。

去任務化對于運載火箭研制模式，是一次“以產(chǎn)品設計改進為基礎(chǔ)、以管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)鍵”的重要變革，不僅有利于批生產(chǎn)技術(shù)狀態(tài)的控制，更有利于整箭成熟度管理工作。去任務化將使火箭研制單位擺脫單個任務需求的限制和任務計劃的影響，同時具體任務也將因火箭研制生產(chǎn)效率的提高而獲得更大的靈活性。在高密度發(fā)射情況下，去任務化是提高效率、降低成本、優(yōu)化流程的必要手段，將使現(xiàn)役型號激發(fā)出更大的活力，推進運載火箭的市場化轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

*其他作者：趙峰（中國航天科技集團公司）、吳佳林（上海航天技術(shù)研究院）