國(guó)際空間站工程標(biāo)準(zhǔn)群布局分析

孫曉君 趙曉凌 尹玉梅 李富軍

（北京空間科技信息研究所，北京，100086）

國(guó)際空間站工程標(biāo)準(zhǔn)群布局分析

孫曉君 趙曉凌 尹玉梅 李富軍

（北京空間科技信息研究所，北京，100086）

文摘：針對(duì)國(guó)際空間站工程標(biāo)準(zhǔn)群現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，分析國(guó)際空間站工程標(biāo)準(zhǔn)群布局、層次架構(gòu)及其特點(diǎn)，研究國(guó)際空間站標(biāo)準(zhǔn)群對(duì)我們的啟示，為我國(guó)載人空間站標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)提供參考借鑒。

國(guó)際空間站；標(biāo)準(zhǔn)布局；工程標(biāo)準(zhǔn)。

由于國(guó)際空間站本身工程的龐大性，參與方的多樣性，使得國(guó)際空間站工程標(biāo)準(zhǔn)（SSP標(biāo)準(zhǔn)）的合理設(shè)置是非常復(fù)雜的。其管理重點(diǎn)在于：覆蓋國(guó)際空間站研制工程中設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及制造、測(cè)試、發(fā)射、飛行控制等過(guò)程，涉及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、組織實(shí)施、艙段及接口等方面的通用標(biāo)準(zhǔn)和要求，兼顧技術(shù)措施、物資設(shè)備保障、組織計(jì)劃、項(xiàng)目管理、產(chǎn)品保證等多個(gè)方面。然而，對(duì)于SSP標(biāo)準(zhǔn)，并沒(méi)有查到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系介紹或是體系構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范/技術(shù)性文件，國(guó)際空間站是否存在一套由國(guó)際空間站控制委員會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未可知。筆者只能對(duì)搜集到的SSP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，希望能客觀分析出相對(duì)合理的SSP標(biāo)準(zhǔn)群布局。

1 SSP標(biāo)準(zhǔn)群的特點(diǎn)

1.1 開(kāi)放性

隨著國(guó)際空間站項(xiàng)目的發(fā)展，涉及的艙段和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)逐漸增多，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也將逐步制定并被納入SSP標(biāo)準(zhǔn)群。所以，SSP標(biāo)準(zhǔn)群應(yīng)能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，體系中的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目可根據(jù)型號(hào)研制需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、增加或刪除，具備一定的開(kāi)放性。

1.2 “共性”和“個(gè)性”

考慮到SSP標(biāo)準(zhǔn)目的在于協(xié)調(diào)各國(guó)工程關(guān)系，主要針對(duì)的是管理、共性的產(chǎn)品保證要求、共性的工程技術(shù)、各艙段的總體標(biāo)準(zhǔn)，并不包括各艙段具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。所以在分析中要考慮“共性”和“個(gè)性”的關(guān)系。

1.3 大量采用其他體系標(biāo)準(zhǔn)

SSP標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)踐中已被證明了對(duì)工程的實(shí)際指導(dǎo)作用，是一個(gè)相對(duì)完整的標(biāo)準(zhǔn)群，其中不僅包括SSP標(biāo)準(zhǔn)，還包括了SSP采用的外部標(biāo)準(zhǔn)。如ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）、CCSDS（空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）、EIA（電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）、ISO/IEC（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）、JSC（約翰遜空間中心標(biāo)準(zhǔn)）、MIL（美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)）、MSFC（馬歇爾中心標(biāo)準(zhǔn)）等多類標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)在SSP標(biāo)準(zhǔn)中反復(fù)大量出現(xiàn)，說(shuō)明國(guó)際空間站對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)采取了積極采納的態(tài)度。

1.4 SPIP標(biāo)準(zhǔn)是SSP標(biāo)準(zhǔn)群的頂層文件

空間站項(xiàng)目執(zhí)行方案（StationProgram Implementation Plans，SPIP）標(biāo)準(zhǔn)（SSP 50200系列）涵蓋了空間站項(xiàng)目管理方案、項(xiàng)目計(jì)劃、貨物綜合分析、后勤與維修、貨物處理、執(zhí)行準(zhǔn)備等內(nèi)容?？梢哉J(rèn)為，這是對(duì)SSP標(biāo)準(zhǔn)的綜述，是SSP標(biāo)準(zhǔn)群的頂層文件。

2 SSP標(biāo)準(zhǔn)體系層次架構(gòu)

參照國(guó)際常用的體系劃分形式，可將SSP標(biāo)準(zhǔn)群分成3個(gè)相互獨(dú)立的子標(biāo)準(zhǔn)群：工程管理（M）標(biāo)準(zhǔn)群、產(chǎn)品保證（Q）標(biāo)準(zhǔn)群和工程技術(shù)（E）標(biāo)準(zhǔn)群。

2.1 工程管理標(biāo)準(zhǔn)群

國(guó)際空間站不關(guān)注于成本管理相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，而在項(xiàng)目集成管理、范圍管理、進(jìn)度管理、物資管理、信息管理、風(fēng)險(xiǎn)管理等管理領(lǐng)域均有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，如SSP 50650《Program Management Operations Integration Procedures，項(xiàng)目管理實(shí)施綜合程序》、SSP 50134《ISSA Risk Summary Card，國(guó)際空間站風(fēng)險(xiǎn)匯總卡》等。國(guó)際空間站各參與國(guó)通過(guò)對(duì)項(xiàng)目管理類標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，突出管理的技術(shù)和方法，可以有效實(shí)現(xiàn)空間站工程的組織管理、相互溝通和資源分配。

2.2 產(chǎn)品保證標(biāo)準(zhǔn)群

產(chǎn)品保證標(biāo)準(zhǔn)一般應(yīng)用于產(chǎn)品保證活動(dòng)的管理和實(shí)施，通過(guò)產(chǎn)品保證活動(dòng)，對(duì)組成產(chǎn)品的元器件、零部件、材料等基礎(chǔ)件以及產(chǎn)品研制、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施重點(diǎn)控制，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、滿足規(guī)定任務(wù)目標(biāo)。

考慮到載人情況下對(duì)活動(dòng)空間環(huán)境的需求與不載人情況下的等級(jí)完全不同，有毒氣體、微生物、環(huán)境控制、生命保障等面臨更高要求，相關(guān)設(shè)備的可靠性，最終直接影響航天員生命安全。從最終結(jié)果出發(fā)，可以認(rèn)為，在達(dá)到安全性的同時(shí)自然也滿足了可靠性要求，因而安全性被提到了更重要的位置上。在有維修和測(cè)試需求時(shí)，各國(guó)對(duì)空間站自身艙段及設(shè)備負(fù)責(zé)；當(dāng)存在接口共用環(huán)節(jié)時(shí)，在滿足整個(gè)空間站規(guī)定的元器件、零部件、材料要求下，相關(guān)設(shè)備在航天員的控制協(xié)助下即可實(shí)現(xiàn)相關(guān)的問(wèn)題處理。

國(guó)際空間站除了要較多的關(guān)注質(zhì)量保證、元器件、零部件、材料、工藝等與產(chǎn)品要求直接相關(guān)的基礎(chǔ)保證標(biāo)準(zhǔn)外，在安全性、維修性等方面，僅關(guān)注與安全性可以共用的分析方法或分析手段方面的標(biāo)準(zhǔn)，如SSP 30524《Problem Reporting and Corrective Action Data System RDD，問(wèn)題報(bào)告和糾正措施數(shù)據(jù)系統(tǒng)RDD》等。而與維修系統(tǒng)相關(guān)的接口標(biāo)準(zhǔn)則在工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)范疇。

另外，國(guó)際空間站注重任務(wù)的認(rèn)證執(zhí)行，設(shè)定了一系列認(rèn)證執(zhí)行方案的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如SSP 50230《MissionIntegration&OperationsOffice CertificationofFlightReadinessImplementation Plan，任務(wù)集成和運(yùn)行辦公室關(guān)于飛行就緒執(zhí)行計(jì)劃的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》）以及技術(shù)狀態(tài)控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如SSP41170《ConfigurationManagement Requirements，技術(shù)狀態(tài)管理要求》等）。這些為產(chǎn)品保證提供了基礎(chǔ)保障。

在產(chǎn)品保證系列標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)籌下，各參與國(guó)遵照這類標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展研制工作，有效地保證了產(chǎn)品之間的兼容性和一致性。

2.3 工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)群

國(guó)際空間站合作伙伴多、組織結(jié)構(gòu)特殊、且工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)參與方都承擔(dān)了不同的研制任務(wù)，工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給研制活動(dòng)提供設(shè)計(jì)要求和準(zhǔn)則，不著眼于細(xì)化到每一項(xiàng)具體研制點(diǎn)，而是重在關(guān)注協(xié)調(diào)參與方之間的接口關(guān)系。工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)群包括6個(gè)方面標(biāo)準(zhǔn)：空間站本體標(biāo)準(zhǔn)、艙段標(biāo)準(zhǔn)、有效載荷標(biāo)準(zhǔn)、乘員標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)和地面保障標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1 空間站本體標(biāo)準(zhǔn)

空間站本體標(biāo)準(zhǔn)覆蓋技術(shù)基礎(chǔ)、環(huán)境控制與試驗(yàn)和總體設(shè)計(jì)。前兩者是面向工程研制之初就需要統(tǒng)一的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，如技術(shù)基礎(chǔ)方面主要涉及空間站參考坐標(biāo)系、空間站設(shè)計(jì)的自然環(huán)境等概念性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)境控制與試驗(yàn)方面主要涉及空間站所處設(shè)計(jì)環(huán)境（如電磁、離子、污染、微重力等）及其相關(guān)試驗(yàn)和分析技術(shù)相關(guān)的試驗(yàn)性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

總體設(shè)計(jì)方面則面向研制過(guò)程中需要統(tǒng)一的設(shè)計(jì)性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，包括一些關(guān)鍵技術(shù)的總體要求與設(shè)計(jì)，可以劃分為總體設(shè)計(jì)本級(jí)、數(shù)據(jù)管理、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)、熱控、動(dòng)力和電子電氣等類別。其中，總體設(shè)計(jì)本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了接地、在軌裝載能力、內(nèi)部著色、警告、音頻、視頻等總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)范，其余幾方面則分別對(duì)應(yīng)了結(jié)構(gòu)控制、熱控技術(shù)、高效空間電源、智能管理等關(guān)鍵技術(shù)的總體設(shè)計(jì)規(guī)范。

2.3.2 艙段標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際空間站的任務(wù)分工決定了不同參與方的設(shè)計(jì)建造除了滿足共同的工程技術(shù)之外，還存在特有的、僅適用于自身部分的艙段規(guī)范，如SSP 41163《Russian Segment Specification，俄羅斯艙段規(guī)范》等。在公開(kāi)可查范圍內(nèi)，有美國(guó)艙段、歐空局艙段、俄羅斯艙段、日本艙段、意大利艙段等對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 有效載荷標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際空間站上有效載荷種類和數(shù)量眾多，針對(duì)國(guó)際空間站有效載荷、國(guó)際空間站項(xiàng)目執(zhí)行計(jì)劃建立了有效載荷文件樹(shù)，覆蓋了有效載荷生命周期內(nèi)的所有階段，是針對(duì)有效載荷用戶專門制定的系列規(guī)范文件。主要包括6個(gè)系列：有效載荷安全性要求、運(yùn)輸器要求、有效載荷集成協(xié)議、有效載荷接口要求和驗(yàn)證、有效載荷容納手冊(cè)以及有效載荷操作參考文件。每個(gè)系列中均針對(duì)不同類型的有效載荷（如密封艙有效載荷、暴露有效載荷、EXPRESS機(jī)架載荷和意大利小密封艙載荷等）提出了相應(yīng)要求（如本類型載荷的安全性要求、運(yùn)輸器要求、集成協(xié)議、接口要求和驗(yàn)證要求、容納要求、操作文檔等），構(gòu)建了以不同載荷為核心的子文件樹(shù)。

在有效載荷的總體要求和集成要求系列中，還包括用于有效載荷研制用戶參考系列標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各方面標(biāo)準(zhǔn)，如空間站音頻、視頻標(biāo)準(zhǔn)，地面保障設(shè)備設(shè)計(jì)要求，航天員標(biāo)準(zhǔn)，空間站安全性要求，配置管理手冊(cè)，硬件/軟件驗(yàn)收流程，任務(wù)集成模板，飛行準(zhǔn)備就緒執(zhí)行計(jì)劃等，為載荷研制方提供參考和指導(dǎo)。有效載荷相關(guān)文件樹(shù)體系中不包括試驗(yàn)、測(cè)試、結(jié)構(gòu)等相關(guān)規(guī)范文件，而是參考了如NASA-STD-7002《有效載荷試驗(yàn)要求》等其他協(xié)會(huì)/組織的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4 乘員標(biāo)準(zhǔn)

乘員是國(guó)際空間站運(yùn)行長(zhǎng)期任務(wù)成功的關(guān)鍵，國(guó)際空間站構(gòu)建之初的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最多6～7名航天員的長(zhǎng)期在軌工作。所以人的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是重點(diǎn)考慮內(nèi)容，主要包括乘員活動(dòng)、人員工作環(huán)境保障和醫(yī)學(xué)保障。其中，乘員活動(dòng)主要針對(duì)乘員在空間站的進(jìn)出活動(dòng)等（如SSP 50715《International Space Station De-crewing and Re-crewing Plan，國(guó)際空間站人員進(jìn)出方案》）；人員工作環(huán)境保障與乘員的安全密切相關(guān)，涉及人員保護(hù)設(shè)施、人員逃生、人員保障、應(yīng)急時(shí)的操作標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容（如SSP 50653《Basic Provisions on Crew Actions in the Event of a Toxic Release on the ISS，ISS發(fā)生有毒氣體泄露時(shí)的人員保障基本設(shè)施》）；而醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)則包括與醫(yī)學(xué)相關(guān)的操作文檔和執(zhí)行方案等標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)保證乘員的身體健康和實(shí)現(xiàn)相關(guān)的監(jiān)控。

2.3.5 接口標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際空間站工程標(biāo)準(zhǔn)中，為協(xié)調(diào)可能出自不同承制方的接口部件，接口標(biāo)準(zhǔn)占據(jù)了很大的比重，并且涵蓋了桁架、艙段、對(duì)接航天器、維修系統(tǒng)等多方面的多種接口組合方式。其標(biāo)準(zhǔn)包括8類：接口本級(jí)、人機(jī)接口、空間站外圍接口、艙段間接口、機(jī)構(gòu)間接口、機(jī)構(gòu)與艙段間接口、有效載荷接口和軟件接口。其中，“人機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)”針對(duì)用戶提出，目的在于能維持航天器的長(zhǎng)期運(yùn)行，涉及到乘員和機(jī)器操作、在軌維護(hù)和維修、空間組裝、新型乘員和貨物運(yùn)輸系統(tǒng)等基于近地軌道的向外擴(kuò)張的需求；“軟件接口標(biāo)準(zhǔn)”主要與遙測(cè)有關(guān)，尤其是在機(jī)器人活動(dòng)、有效的地面控制、顯示和控制等方面；“有效載荷接口”標(biāo)準(zhǔn)則涉及密封式有效載荷等多方面。

2.3.6 地面保障標(biāo)準(zhǔn)

地面保障通過(guò)支持設(shè)備的方式，對(duì)整個(gè)任務(wù)尤其是乘員和地面之間的交互，提供全面支撐，確保任務(wù)更加安全有效，如SSP 50004《Ground SupportEquipment Design Requirements，地面支持設(shè)備設(shè)計(jì)要求》等。

3 啟示

a）SSP標(biāo)準(zhǔn)致力于協(xié)調(diào)多參與方之間的關(guān)系，所制定的標(biāo)準(zhǔn)多為工程研制中的協(xié)調(diào)必備標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：質(zhì)量保證、安全性、元器件、零部件、材料、工藝等方面的產(chǎn)品保證標(biāo)準(zhǔn)；艙段標(biāo)準(zhǔn)；航天員的工作環(huán)境保障標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)；有效載荷的本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及人機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)、艙段接口標(biāo)準(zhǔn)等接口標(biāo)準(zhǔn)；空間站的技術(shù)基礎(chǔ)、總體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（包括總體設(shè)計(jì)本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)—機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、熱控標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)等）、環(huán)境控制與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等；運(yùn)營(yíng)管理頂層標(biāo)準(zhǔn)。

b）SSP標(biāo)準(zhǔn)對(duì)必備的標(biāo)準(zhǔn)類型、對(duì)多邊關(guān)系的協(xié)調(diào)有特別的關(guān)注，制定相關(guān)的統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)。如：產(chǎn)品保證方面關(guān)注雙邊/多邊合作安全性要求等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；接口標(biāo)準(zhǔn)方面關(guān)注機(jī)構(gòu)間接口標(biāo)準(zhǔn)、維修系統(tǒng)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；有效載荷方面關(guān)注有效載荷的綜合協(xié)議、校核、調(diào)試等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

c）SSP標(biāo)準(zhǔn)面對(duì)載人航天特點(diǎn)，以安全性帶動(dòng)可靠性、測(cè)試性、維修性的發(fā)展，制定和執(zhí)行了相關(guān)的具有廣泛約束性的標(biāo)準(zhǔn)，確保了工程的基本要求。同時(shí)，為保證SSP研制和運(yùn)營(yíng)的有序進(jìn)行，廣泛納入了與參與方相關(guān)的各類組織/協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。

d）SSP標(biāo)準(zhǔn)在不同技術(shù)領(lǐng)域都注重共用的基準(zhǔn)性“規(guī)范”、“手冊(cè)”以及“要求”、“接口控制文件”、“執(zhí)行方案與計(jì)劃”。對(duì)于“規(guī)定性質(zhì)”標(biāo)準(zhǔn)的制定持平等、統(tǒng)一和廣泛參與的態(tài)度，但較少涉及各參與方內(nèi)部具體實(shí)施的具體的方法和細(xì)節(jié)。

SSP標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在SSP運(yùn)營(yíng)方面發(fā)揮著巨大作用，其標(biāo)準(zhǔn)布局針對(duì)性地解決了工程協(xié)調(diào)中必須面對(duì)的問(wèn)題，尤其是在多方合作和技術(shù)協(xié)調(diào)方面，對(duì)于我國(guó)空間站后續(xù)面對(duì)的合作與協(xié)調(diào)有重要的借鑒價(jià)值。同時(shí)通過(guò)國(guó)際空間站標(biāo)準(zhǔn)布局的研究與分析，為更加準(zhǔn)確的建立我國(guó)空間站標(biāo)準(zhǔn)體系提供了有力的基礎(chǔ)。

孫曉君（1986年—），女，碩士研究生，工程師，主要研究方向：航天器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)制修訂管理等。

※本文源于原總裝備部標(biāo)準(zhǔn)化研究課題《國(guó)際空間站標(biāo)準(zhǔn)初步研究與分析》。