多航天器在軌管理模式建立與實(shí)踐

(1 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)(2 中國空間技術(shù)研究院，北京 100094)

我國航天事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，航天器在軌運(yùn)行管理工作面臨著巨大挑戰(zhàn)和發(fā)展瓶頸，主要體現(xiàn)在：①現(xiàn)有航天器在軌管理工作評價(jià)顆粒度粗、技術(shù)監(jiān)視手段不足?！笆濉蹦┢?，在軌運(yùn)行的航天器數(shù)量將突破200個(gè)，在軌管理任務(wù)量較“十二五”增加近3倍，且新一代航天器在軌壽命長、用戶對航天器連續(xù)服務(wù)時(shí)間、穩(wěn)定性及應(yīng)急響應(yīng)速度要求高，現(xiàn)有航天器在軌管理工作評價(jià)要求及技術(shù)手段難以滿足新的要求，主要體現(xiàn)在在軌異常處置不夠及時(shí)、應(yīng)急狀態(tài)下信息溝通不夠有效、人工介入環(huán)節(jié)較多且智能化手段薄弱等。②用戶對航天器在軌管理要求不斷提高。一方面，面對激烈的商業(yè)化市場競爭，用戶對服務(wù)意識和服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高；另一方面，在管理團(tuán)隊(duì)人力資源有限而在軌航天器數(shù)量逐年增長的情況下，用戶對團(tuán)隊(duì)管理效率的提升越來越迫切。本文針對以上瓶頸問題，提出了多航天器在軌管理模式，以進(jìn)一步確保航天器穩(wěn)定運(yùn)行、提升管理效能和用戶使用滿意度。

1 多航天器在軌管理模式

面對航天器在軌管理工作評價(jià)顆粒度粗、技術(shù)監(jiān)視手段不足，以及服務(wù)意識、服務(wù)質(zhì)量和管理效率需要提高的現(xiàn)狀，本文從精細(xì)化、智能化、多元化和集約化4個(gè)維度進(jìn)行分析，建立以提煉管理要素為手段，以全流程精細(xì)化管理為核心的多航天器在軌管理模式，并通過提升工具智能化程度、加強(qiáng)多元化支持保障能力及集約隊(duì)伍配置等保障與支持手段，達(dá)到降本增效的目的，從而確保170余個(gè)航天器在軌穩(wěn)定運(yùn)行，提升管理效能和用戶使用滿意度[1]。多航天器在軌管理模式建立方案如圖1所示。

圖1 多航天器在軌管理模式建立方案

2 航天器在軌精細(xì)化管理

多航天器在軌管理模式的核心是全流程精細(xì)化管理[2]。通過建立精細(xì)化管理模型對多航天器在軌管理工作項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)性梳理和分類，建立工作制度，細(xì)化工作流程，并對工作效果進(jìn)行量化評估，以評估結(jié)果作為反饋繼續(xù)完善后續(xù)工作，從而形成多航天器在軌管理閉環(huán)控制[3]。

全流程精細(xì)化管理要素詳見表1。實(shí)際在軌管理工作中，運(yùn)行管理中心以評估要素及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)開展工作，并定期自查，年底由歸口管理機(jī)關(guān)統(tǒng)一組織評估與整改。

若航天器在軌管理工作的整體效果為C，則C應(yīng)由發(fā)射保障、在軌交付、日常監(jiān)視及異常處置4項(xiàng)工作的執(zhí)行效果進(jìn)行管理與評估，見式(1)。

C=∑Pi

(1)

若限定C的最大取值為100(歸一化處理后)，則可以通過對各要素的評價(jià)計(jì)算C的整數(shù)分值，進(jìn)而可對年度在軌管理工作進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表1 全流程精細(xì)化管理要素

續(xù) 表

表2 特征要素評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 精細(xì)化管理評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 航天器在軌智能化管理

工具手段是提升在軌管理能力和效率的重要途徑。面向多航天器管理的需求，在軌日常監(jiān)測方面，在已有門限報(bào)警的基礎(chǔ)上，引入基于知識的專家技術(shù)，研發(fā)平臺化多航天器智能診斷系統(tǒng)；在數(shù)據(jù)查詢分析方面，在原有多航天器數(shù)據(jù)集中式管理的基礎(chǔ)上，引入非關(guān)系型分布式技術(shù)，研發(fā)一體化在軌數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)；在24 h值班方面，在原有分散信息管理和查詢的基礎(chǔ)上，建立集成化值班輔助決策平臺。通過上述通用化易擴(kuò)展、平臺化易配置、智能化高效率系統(tǒng)軟件的建設(shè)并投入使用，大幅提升在軌監(jiān)視能力、數(shù)據(jù)分析能力和運(yùn)行管理效率。

(1)平臺化多航天器智能診斷系統(tǒng)?；谝?guī)則的多航天器智能診斷系統(tǒng)具有條件判讀、關(guān)聯(lián)判讀、復(fù)雜趨勢監(jiān)視、故障處置預(yù)案提示等功能[4]。該系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)師監(jiān)測衛(wèi)星和分析異常的邏輯思路，采用一套航天器在軌故障診斷知識專用語言，并配置一套故障診斷推理機(jī)軟件。它通過統(tǒng)一監(jiān)視界面和實(shí)時(shí)輸出音頻診斷報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)百余個(gè)航天器的同時(shí)監(jiān)視；通過圖形化知識錄入，實(shí)現(xiàn)在軌診斷知識的快速編輯、傳遞和共享。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，能大幅提升在軌航天器監(jiān)視能力，使常規(guī)異常的處置效率提高了120%。

(2)一體化在軌數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)多航天器在軌智能化管理，開發(fā)一體化的數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在軌遙測數(shù)據(jù)、信息查詢等功能推送至設(shè)計(jì)師桌面，并可向用戶提供在軌飛行數(shù)據(jù)查詢、定制、關(guān)聯(lián)顯示、統(tǒng)計(jì)分析等多種服務(wù)，有利于產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)積累，支持總體和單機(jī)研制單位的產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)。通過分布式設(shè)計(jì)和海量數(shù)據(jù)無損壓縮存儲等技術(shù)應(yīng)用[5]，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用檢索效率，年數(shù)據(jù)量查詢時(shí)間達(dá)到秒級；通過實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)與延時(shí)遙測數(shù)據(jù)的快速拼接設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)延時(shí)遙測數(shù)據(jù)的即時(shí)入庫，為在軌異常分析提供強(qiáng)有力的支持。在軌數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)為航天器設(shè)計(jì)師分析在軌數(shù)據(jù)提供豐富的功能手段，月均查詢率達(dá)40余萬次。

(3)集成化值班輔助決策平臺[6]。為實(shí)現(xiàn)多航天器在軌智能化管理，建立集成化值班輔助決策平臺，為24 h值班人員在報(bào)警確認(rèn)、異常處置、信息溝通等方面提供依據(jù)，并確保值班各項(xiàng)工作流程化、電子化、集約化，有效提高值班效率。同時(shí)，在值班管理上實(shí)現(xiàn)了由人工紙質(zhì)記錄到電子化管理的轉(zhuǎn)變。此平臺一方面可以方便地存儲和維護(hù)在軌管理原始信息，提高值班人員的工作效率，增強(qiáng)報(bào)警或異常處理過程的可追溯性，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理；另一方面，能為在軌管理經(jīng)驗(yàn)積累及數(shù)據(jù)分析提供第一手完備的資料。

4 航天器在軌多元化服務(wù)

通過實(shí)踐探索，建立用戶溝通交流制度，形成面向航天器安全、任務(wù)安全管理的三方聯(lián)保制度，拓展面向重大任務(wù)的支持方向，探索建立面向出口商業(yè)衛(wèi)星的遠(yuǎn)程支持模式[7]。

(1)用戶溝通與服務(wù)。制定在軌航天器用戶溝通管理辦法，加強(qiáng)與航天器用戶的信息溝通和反饋，主動(dòng)向用戶收集載荷在軌運(yùn)行信息，掌握用戶使用模式和使用要求，獲取用戶的反饋意見，及時(shí)解決用戶使用中遇到的問題。對用戶開展定期回訪工作，匯報(bào)在軌航天器健康評估情況，并對用戶提出的問題和建議進(jìn)行閉環(huán)管理，在新項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)層面進(jìn)一步調(diào)整思路，既要確保航天器安全，又要確保用戶的連續(xù)使用。

(2)三方聯(lián)保。建立測控單位、用戶單位和研制單位的三方協(xié)同工作制度。測控單位的主要任務(wù)包括實(shí)時(shí)跟蹤并監(jiān)視航天器運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行軌道測量、測控上行及異常處置策略。用戶單位的主要任務(wù)包括航天器應(yīng)用任務(wù)編排、數(shù)傳數(shù)據(jù)接收等。研制單位提供在軌技術(shù)支持。三方相互協(xié)作，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行日常監(jiān)視，相互及時(shí)通報(bào)異常并協(xié)同處理，共同商定重大事件，確保航天器在軌穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)任務(wù)支持。以系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行和服務(wù)為目標(biāo)，加大航天器的綜合運(yùn)行控制管理和應(yīng)用，分析可用的空間及地面資源、可用的航天器資源和航天器運(yùn)行狀態(tài)及健康情況，研究面向不同應(yīng)用任務(wù)的系統(tǒng)規(guī)劃與決策支持技術(shù)，提升不同用戶對同一航天器任務(wù)需求的調(diào)度支持能力，統(tǒng)一提供調(diào)度決策支持能力。

(4)出口衛(wèi)星管理遠(yuǎn)程支持。建設(shè)所有出口國際商業(yè)衛(wèi)星的遠(yuǎn)程支持鏈路(包括“尼日利亞通信衛(wèi)星”、“委內(nèi)瑞拉通信衛(wèi)星”等)，接收所有國際商業(yè)衛(wèi)星的遙測數(shù)據(jù)。研制單位通過遠(yuǎn)程方式提供在軌技術(shù)支持，包括日常監(jiān)視及異常處理的技術(shù)支持；定期提供航天器在軌運(yùn)行健康評估報(bào)告；提供延壽期在軌管理工作方案或離軌方案等重大事件的技術(shù)支持；提供航天器在軌常規(guī)測控事件的實(shí)施方案技術(shù)支持(包括地影期管理、位置保持技術(shù)等)，協(xié)助外方管理好在軌衛(wèi)星。

5 集約化隊(duì)伍配置保障

航天器在軌管理是一個(gè)跨項(xiàng)目、跨專業(yè)、跨部門的多專業(yè)、多任務(wù)、多管理層次交叉的綜合管理工作，而實(shí)施在軌管理工作的專職人員有限，如果仍采用以往每人管理幾個(gè)航天器的方式，人力資源將難以承受。為適應(yīng)“十三五”期間在軌航天器數(shù)量增加近3倍而管理人員不增的情況，在原有單星單個(gè)責(zé)任人的管理隊(duì)伍配置基礎(chǔ)上，采取多種方式集約配置在軌管理隊(duì)伍。

(1)二維橫縱向矩陣模式。按照項(xiàng)目、專業(yè)和在軌管理責(zé)任人等維度進(jìn)行配置：按項(xiàng)目分工配置，每個(gè)項(xiàng)目明確一位責(zé)任人；按專業(yè)配置，成立電源、控制等多個(gè)專業(yè)管理小組，橫向開展分析，以支持責(zé)任人的工作。此外，安排人員24 h值班，不間斷地監(jiān)視衛(wèi)星，確保衛(wèi)星在軌管理責(zé)任落實(shí)。圖2為在軌管理隊(duì)伍配置模式[8]。

(2)依照正常工作模式和異常工作模式，采用在軌管理專職人員+異常處置階段在軌管理兼職人員的“1+N”管理模式，構(gòu)建日常和異常階段的在軌管理隊(duì)伍[9]。

(3)逐步松綁一人管多個(gè)航天器的模式，探索平臺小組管理模式。通過建立配套的責(zé)任體系和工作規(guī)范，設(shè)置平臺或領(lǐng)域小組，建立面向星座和平臺的系列化管理模式，打通一人多個(gè)航天器的壁壘，讓平臺共性發(fā)揮引領(lǐng)作用，有效解決人員需求量大、應(yīng)對管理航天器峰值能力不足的問題。

圖2 在軌管理隊(duì)伍配置模式Fig.2 In-orbit management team configuration mode

6 實(shí)踐成果

近年來，經(jīng)過不斷探索和創(chuàng)新，本文提出的多航天器在軌管理模式取得了顯著成效，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)航天器在軌管理任務(wù)圓滿完成。確保了以北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、嫦娥三號探測器為代表的170余個(gè)航天器的在軌穩(wěn)定運(yùn)行，年均處置在軌異常近300次，年均發(fā)射保障40余次。圓滿完成了以“北斗泰山”為代表的重大在軌保障任務(wù)及以“馬航搜救”為代表的應(yīng)急保障任務(wù)。

(2)航天器在軌管理能力持續(xù)增強(qiáng)、管理效率持續(xù)提升。目前已支持3000星年的千萬億字節(jié)級遙測數(shù)據(jù)的無損壓縮存儲，實(shí)現(xiàn)100 000次/秒實(shí)時(shí)高速入庫，單參數(shù)1年的曲線查詢耗時(shí)由原來的分鐘級縮短到秒級。此外，針對導(dǎo)航衛(wèi)星異常，通過優(yōu)化流程，99%異常處置時(shí)間由30 min縮短到10 min左右，緊急異常處置能力進(jìn)一步提升，航天器連續(xù)服務(wù)能力得到提高。

(3)航天器用戶的滿意度不斷提升。通過不斷強(qiáng)化溝通交流制度和服務(wù)制度，航天器用戶的滿意度不斷提升；年度用戶滿意率突破性的達(dá)到99%以上。

(4)在軌管理專職隊(duì)伍能力及運(yùn)行效率日益加強(qiáng)。24 h值班管理從40星/3人提高到了156星/2人，在軌管理責(zé)任人從人均管理1個(gè)航天器提高到了人均管理6個(gè)航天器。