提升我國(guó)“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭發(fā)射成功率工作研究

/中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司

從1970年4月“長(zhǎng)征”1號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星到2018年7月，“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭完成第280次發(fā)射，在近50年的發(fā)展歷程中“長(zhǎng)征”火箭完成了從無(wú)到有、由易到難的重大跨越，取得了世人矚目的偉大成就。但在取得成績(jī)的同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到“長(zhǎng)征”火箭發(fā)射成功率和國(guó)外一流火箭相比存在著差距，在280次發(fā)射中成功268次，發(fā)射成功率為95.71%。而美國(guó)“宇宙神”5火箭和“德?tīng)査?火箭發(fā)射成功率接近100%，新研制的“獵鷹”9火箭也達(dá)到了98%。因此，筆者將重點(diǎn)分析影響火箭成功率的因素，針對(duì)如何提升長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭發(fā)射成功率提出了幾點(diǎn)思考和建議，為我國(guó)運(yùn)載火箭發(fā)展提供借鑒和參考。

一、影響火箭成功率的因素

1.產(chǎn)品固有可靠性

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件或時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，可靠性的概率度量也稱為可靠度?？煽啃允呛教飚a(chǎn)品的重要技術(shù)指標(biāo)，是產(chǎn)品質(zhì)量的重要特性，直接影響發(fā)射成功率。其中，設(shè)計(jì)過(guò)程確定了產(chǎn)品的固有可靠性，是可靠性工作的源頭。

近年來(lái)，我國(guó)“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭可靠性不斷提升且有明顯進(jìn)步（見(jiàn)表1）。但是部分型號(hào)產(chǎn)品依然存在深層次薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)健壯性不強(qiáng)，固有可靠性低，部分影響火箭飛行成敗的單點(diǎn)故障模式未完全消除。這就需要全面系統(tǒng)梳理影響型號(hào)成敗的Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式，開(kāi)展“三再”工作，通過(guò)“試驗(yàn)驗(yàn)證—暴露問(wèn)題—分析—改進(jìn)設(shè)計(jì)—再驗(yàn)證”的過(guò)程，不斷提高產(chǎn)品的可靠性。

2.過(guò)程控制

設(shè)計(jì)過(guò)程決定了產(chǎn)品的固有可靠性，生產(chǎn)、總裝、測(cè)試等過(guò)程控制環(huán)節(jié)決定了產(chǎn)品實(shí)際能夠達(dá)到的可靠性水平。良好的設(shè)計(jì)可靠性必須依靠穩(wěn)定、可靠的過(guò)程控制才能實(shí)現(xiàn)到產(chǎn)品中。

過(guò)程控制中的不可靠性因素可能導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)賦予的固有可靠性。如果對(duì)影響成敗的關(guān)鍵產(chǎn)品、關(guān)鍵操作、關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制不到位，缺少辨識(shí)與控制標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及一線作業(yè)指導(dǎo)，就容易在產(chǎn)品生產(chǎn)和地面試驗(yàn)中產(chǎn)生元器件、加工工藝、多余物、線路連接、靜電損傷等一系列問(wèn)題。

3.外協(xié)產(chǎn)品管理

航天工業(yè)發(fā)展多年所取得的成就離不開(kāi)廣大外協(xié)配套供應(yīng)商的貢獻(xiàn)，“大力協(xié)同”是型號(hào)取得成功的精神傳統(tǒng)和保證。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，大力協(xié)同依靠各單位承擔(dān)航天任務(wù)時(shí)的榮譽(yù)感和責(zé)任感，也需要承制單位完成任務(wù)的自我保證，但隨著社會(huì)的發(fā)展，僅依靠精神層面的傳承是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

表1 “長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭飛行可靠性指標(biāo)評(píng)估值

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，近10年來(lái)“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭5次發(fā)射失利中有2起是由于外協(xié)產(chǎn)品造成的，占比達(dá)到40%。統(tǒng)計(jì)2016～2017年的型號(hào)質(zhì)量問(wèn)題中，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司外供應(yīng)商所引發(fā)的也占到31%。因此，我們需要按照供應(yīng)鏈管理的理念，科學(xué)全面地提出外協(xié)產(chǎn)品和供應(yīng)商管理體系。

二、工作途徑

針對(duì)以上影響火箭成功率的因素，需要以運(yùn)載火箭發(fā)射成功率提升作為工作的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，全面系統(tǒng)梳理影響型號(hào)成敗的Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式，有效識(shí)別影響成敗的關(guān)鍵產(chǎn)品、關(guān)鍵操作、關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證其過(guò)程嚴(yán)格受控。開(kāi)展“三再”工作，提升產(chǎn)品可靠性，減少Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式的產(chǎn)品數(shù)量，結(jié)合可靠性增長(zhǎng)專(zhuān)項(xiàng)工作，科學(xué)制定階段措施，分類(lèi)、分級(jí)、分時(shí)實(shí)施推進(jìn)。明確工作標(biāo)準(zhǔn)，重視頂層謀劃，加強(qiáng)過(guò)程控制，推行科學(xué)的產(chǎn)品保證管理，杜絕低層次、批次性質(zhì)量問(wèn)題，確保運(yùn)載火箭發(fā)射任務(wù)持續(xù)成功。具體措施如下：

一是開(kāi)展“三再”工作，提升產(chǎn)品固有可靠性。針對(duì)影響型號(hào)成敗的關(guān)重件全面深入開(kāi)展“三再”工作，采取針對(duì)性的措施消除單點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的固有可靠性?！叭佟惫ぷ鞯哪康氖翘岣弋a(chǎn)品的固有可靠性，消除薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)鍛煉新入崗設(shè)計(jì)師，增加設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。其工作定義為“再分析、再設(shè)計(jì)、再驗(yàn)證”。

再分析。針對(duì)已有的各種生產(chǎn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品研制過(guò)程發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)依據(jù)、環(huán)境進(jìn)行再?gòu)?fù)核。利用質(zhì)量與可靠性方法，全面系統(tǒng)的梳理影響型號(hào)成敗的關(guān)重件和Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式、薄弱環(huán)節(jié)，識(shí)別產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝和過(guò)程關(guān)鍵特性。既要“撒大網(wǎng)，又要過(guò)篩子”，做到不漏項(xiàng)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，保證各型號(hào)橫向一致。

再設(shè)計(jì)。針對(duì)識(shí)別出的產(chǎn)品單點(diǎn)模式、薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)用先進(jìn)和規(guī)范的可靠性設(shè)計(jì)方法、手段，采取“背靠背”等方式開(kāi)展設(shè)計(jì)、工藝改進(jìn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果比對(duì)，摸清產(chǎn)品設(shè)計(jì)余量和裕度，提高產(chǎn)品固有可靠性。

再驗(yàn)證。對(duì)技術(shù)狀態(tài)變化或測(cè)試、使用條件不覆蓋的產(chǎn)品開(kāi)展再驗(yàn)證工作，可采取數(shù)字模擬和實(shí)物試驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行。

“三再”工作采取科學(xué)有效的分析方法，根據(jù)型號(hào)總體、分系統(tǒng)和部組件產(chǎn)品特點(diǎn)，可采用（不限于）FMEA方法、FTA方法、飛行時(shí)序動(dòng)作檢查確認(rèn)、頭腦風(fēng)暴法、三次設(shè)計(jì)、線索表法、對(duì)照任務(wù)剖面查需求滿足情況等方法。在梳理出具體工作項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，借助可靠性增長(zhǎng)工程和型號(hào)可靠性專(zhuān)項(xiàng)工程等的牽引，不斷提高關(guān)鍵產(chǎn)品的可靠性水平。

二是加強(qiáng)過(guò)程控制，提升工作質(zhì)量。

編制成敗型操作項(xiàng)目辨識(shí)與控制規(guī)范。針對(duì)可能造成I、II類(lèi)故障的成敗型操作項(xiàng)目，制定標(biāo)準(zhǔn)的辨識(shí)與控制規(guī)范，應(yīng)用于火箭單機(jī)生產(chǎn)、火箭總裝總測(cè)和發(fā)射場(chǎng)等環(huán)節(jié)，指導(dǎo)具體工作。

加強(qiáng)產(chǎn)品驗(yàn)收工作。對(duì)同類(lèi)同等級(jí)產(chǎn)品要統(tǒng)一產(chǎn)品交付驗(yàn)收方法、驗(yàn)收內(nèi)容、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，建立專(zhuān)業(yè)驗(yàn)收?qǐng)F(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)組批驗(yàn)收，提高驗(yàn)收工作效率，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)包內(nèi)容進(jìn)行檢查和確認(rèn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量管控水平。

實(shí)施動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)字化專(zhuān)項(xiàng)。開(kāi)展液體火箭動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、檢測(cè)和管理全流程數(shù)字化工作，解決關(guān)鍵環(huán)節(jié)不可檢、不可測(cè)產(chǎn)品影響成敗的問(wèn)題。

完善多余物控制措施。梳理易產(chǎn)生多余物環(huán)節(jié)和不易檢測(cè)、不易清除多余物的部位；分析多余物可能造成的影響，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)有效控制多余物的影響域，降低產(chǎn)品對(duì)多余物的敏感性，提高產(chǎn)品的健壯性，完善多余物防控的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；結(jié)合工藝和過(guò)程控制關(guān)鍵特性的識(shí)別與控制工作，完善產(chǎn)品生產(chǎn)和交付使用全過(guò)程的多余物控制措施；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善多余物防控體系。

有效實(shí)施運(yùn)載火箭質(zhì)量監(jiān)理制度。充分學(xué)習(xí)借鑒設(shè)備監(jiān)理、工程監(jiān)理等其他監(jiān)理行業(yè)成熟經(jīng)驗(yàn)和有效做法，將目前各監(jiān)理行業(yè)成熟和先進(jìn)的組織管理模式、評(píng)價(jià)方法等行之有效的監(jiān)理方式、方法進(jìn)行總結(jié)和提煉，并針對(duì)運(yùn)載火箭研制生產(chǎn)管理特點(diǎn)和質(zhì)量監(jiān)理需求進(jìn)行吸收和借鑒，形成既適應(yīng)監(jiān)理工作基本規(guī)律又具有航天特色的運(yùn)載火箭質(zhì)量監(jiān)理規(guī)范。充分考慮運(yùn)載火箭在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)等各階段質(zhì)量管控中的關(guān)鍵和重要環(huán)節(jié)，確定質(zhì)量監(jiān)理工作內(nèi)容，明確需要文件審查、現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證以及簽署意見(jiàn)的環(huán)節(jié)，使質(zhì)量監(jiān)理為型號(hào)高質(zhì)量保成功提供有力支撐。

三是加強(qiáng)外協(xié)產(chǎn)品和供應(yīng)商管理。嚴(yán)格航天型號(hào)供應(yīng)商準(zhǔn)入管理，明確航天型號(hào)供應(yīng)商全級(jí)次管理要求，把航天的質(zhì)量控制要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到最末端供應(yīng)商，確保航天質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到外協(xié)、外包和外購(gòu)產(chǎn)品研制生產(chǎn)全過(guò)程，做到縱向到底、橫向一致。承擔(dān)航天外協(xié)、外包產(chǎn)品的供應(yīng)商，質(zhì)量管理體系和流程必須符合航天標(biāo)準(zhǔn)。建立供應(yīng)商績(jī)效評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)行供應(yīng)商動(dòng)態(tài)管理，不斷提升供應(yīng)商整體能力，逐步建成航天型號(hào)供應(yīng)商管理體系并有效運(yùn)行。