美軍航天裝備試驗(yàn)鑒定體系措施分析與啟示

姜盛鑫、韓天龍、陸宏偉、李鴻儒、商乾 /中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所

研發(fā)一項(xiàng)新型航天裝備對(duì)各國(guó)來(lái)說(shuō)都不是一件容易的事。事實(shí)上，航天工程是當(dāng)今最為典型的復(fù)雜大系統(tǒng)工程，具有規(guī)模龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)密集、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)。美軍航天裝備試驗(yàn)鑒定體系源于基礎(chǔ)的系統(tǒng)工程，其包括了對(duì)硬件和軟件的建模與仿真、試驗(yàn)與分析、飛行與作戰(zhàn)的測(cè)試評(píng)價(jià)。試驗(yàn)鑒定工作從籠統(tǒng)意義上可分為2 個(gè)部分，即“試驗(yàn)”是指對(duì)硬件和軟件測(cè)試中的可量化和可測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)際采集，“鑒定” 是指對(duì)測(cè)量和處理的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和評(píng)定。

試驗(yàn)鑒定體系在美軍裝備采辦工作中處于十分重要的位置?！皣?guó)防采辦” 通常是指發(fā)展、獲取和使用高新技術(shù)裝備全過(guò)程的活動(dòng)，包括需求分析、立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、保障、改進(jìn)及退役報(bào)廢等全過(guò)程。美國(guó)國(guó)防部相關(guān)文件中要求“試驗(yàn)鑒定應(yīng)貫穿國(guó)防采辦過(guò)程。試驗(yàn)鑒定必須能夠向決策者提供基本信息，評(píng)估技術(shù)性能參數(shù)的實(shí)現(xiàn)情況，并確定系統(tǒng)是否在預(yù)期用途下具備操作有效性、適用性、可生存性和安全性?！?可以預(yù)見到的是，完備的試驗(yàn)鑒定流程能夠帶來(lái)諸多優(yōu)點(diǎn)，如能夠?yàn)檠b備從前期設(shè)計(jì)研制到后期投入使用全流程提供堅(jiān)定信心，能夠有效降低因潛在缺陷導(dǎo)致功能異常的風(fēng)險(xiǎn)，能夠清晰展示科研任務(wù)項(xiàng)目的價(jià)值。

一、美軍航天裝備試驗(yàn)鑒定體系的多層措施

試驗(yàn)鑒定貫穿于美軍航天裝備全生命流程，涉及的影響因素復(fù)雜多變，所以有必要從環(huán)境、性能、系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)以及在軌等多個(gè)層面對(duì)航天裝備試驗(yàn)鑒定進(jìn)行全面分析，以便為各項(xiàng)工作開展提供完備的綜合措施。

1.環(huán)境層面

由于環(huán)境是任何活動(dòng)開展所必須考慮的根本因素，同時(shí)對(duì)于航天裝備來(lái)說(shuō)，其發(fā)射和在軌環(huán)境更加嚴(yán)苛復(fù)雜，所以在美軍航天裝備試驗(yàn)鑒定體系中，環(huán)境因素被列為首要因素。為了確保發(fā)射任務(wù)成功且在軌服役正常，有必要明確定義環(huán)境，并縝密預(yù)測(cè)極端情況；通過(guò)分析計(jì)算確定超出這些極限的裕度以及持續(xù)時(shí)間，從而給出保守的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)要求。除了發(fā)射和在軌環(huán)境外，裝備還必須承受從制造、處理、測(cè)試和儲(chǔ)存等流程環(huán)境中引發(fā)的問(wèn)題，見表1。

2.性能層面

航天裝備除了必須經(jīng)受住來(lái)自環(huán)境的苛刻考驗(yàn)外，還必須具備達(dá)到特定性能的指標(biāo)要求。在單機(jī)、部組件、分系統(tǒng)等開展性能試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在合適的環(huán)境下明確測(cè)試內(nèi)容，完成所有單元（主要單元和冗余單元）的正確操作，并在可行范圍內(nèi)執(zhí)行所有指令和操作模式，同時(shí)利用儀表、接口類組件配合完成測(cè)試，后續(xù)還需驗(yàn)證最大與最小極限范圍內(nèi)的相關(guān)性能。性能試驗(yàn)期間采集的數(shù)據(jù)將用于支撐各單機(jī)、部組件、分系統(tǒng)的鑒定工作，更新或驗(yàn)證運(yùn)行狀態(tài)下的單機(jī)、部組件、分系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模型，以及為地面測(cè)試條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整時(shí)提供參考。此外，在裝備集成之前，有必要對(duì)所有主要、冗余硬件和軟件功能的正確操作進(jìn)行分級(jí)演示，以避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致性能無(wú)法正常發(fā)揮的情況。

3.系統(tǒng)層面

單機(jī)、部組件、分系統(tǒng)的功能通過(guò)性能層面得到測(cè)試驗(yàn)證，系統(tǒng)層面則關(guān)注于裝備各分系統(tǒng)集成后的總體功能與性能，同時(shí)還要重點(diǎn)關(guān)注各分系統(tǒng)的接口測(cè)試，從而充分發(fā)揮裝備的實(shí)際性能與作戰(zhàn)能力（見圖1） 。系統(tǒng)間測(cè)試不僅局限于航天裝備的系統(tǒng)功能，還需要地面、空間、用戶等配套系統(tǒng)來(lái)共同完成。首先，分別建立各對(duì)口分系統(tǒng)與地面、空間、用戶等系統(tǒng)的鏈接，測(cè)試其鏈接性能：其次，需要關(guān)注多條鏈接一起運(yùn)行時(shí)的性能影響，這些測(cè)試使得驗(yàn)證特定系統(tǒng)功能需求與外部接口需求兼容性成為可能；最后，根據(jù)作戰(zhàn)場(chǎng)景，將測(cè)試采集的數(shù)據(jù)用于評(píng)定裝備實(shí)際性能，并按需開展相應(yīng)的備份工作，同時(shí)將其用于更新后續(xù)新研系統(tǒng)性能模型。

4.發(fā)射場(chǎng)層面

航天裝備運(yùn)到發(fā)射場(chǎng)后的測(cè)試有3 個(gè)基本目的：一是要確保航天裝備在出廠運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有損壞：二是要確保發(fā)射場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施能夠保障發(fā)射任務(wù)順利開展；三是要確保航天裝備加注燃料后的安全狀態(tài)。發(fā)射場(chǎng)測(cè)試對(duì)于評(píng)估發(fā)射任務(wù)系統(tǒng)的完成程度和發(fā)射資源系統(tǒng)的利用程度具有重要意義，同時(shí)也是縮短研制周期性、提升方案可行性的有效途徑。

5.在軌層面

航天裝備順利入軌后的運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試也是美軍試驗(yàn)鑒定體系的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)在軌測(cè)試裝備的主要系統(tǒng)功能，對(duì)航天裝備是否按設(shè)計(jì)實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行判斷，為航天裝備發(fā)揮期望效能提供科學(xué)依據(jù)。該測(cè)試包括3 個(gè)主要測(cè)試階段：一是初始化狀態(tài)下實(shí)施檢查確認(rèn)；二是正常運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)施操作和維護(hù)；三是異常狀態(tài)下實(shí)施特殊故障排除。

表1 不同階段的環(huán)境分析

圖1 系統(tǒng)層面測(cè)試流程

二、幾點(diǎn)啟示

隨著我國(guó)加速由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，國(guó)家對(duì)先進(jìn)的批量化航天裝備的發(fā)展，以及保障進(jìn)入空間、探索和利用空間資源的能力提出了更高、更廣泛的需求，對(duì)我國(guó)航天裝備試驗(yàn)鑒定工作的迅速實(shí)施提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。通過(guò)研究美軍航天裝備試驗(yàn)鑒定體系的相關(guān)內(nèi)容，分析其方式方法與成功經(jīng)驗(yàn)，有助于對(duì)我國(guó)航天裝備試驗(yàn)鑒定工作的開展提供參考借鑒。

1.加強(qiáng)頂層政策指導(dǎo)

航天裝備試驗(yàn)鑒定工作作為國(guó)家級(jí)系統(tǒng)工程，是我國(guó)對(duì)航天裝備又好又快發(fā)展的意志體現(xiàn)，需要頂層政策進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。航天裝備試驗(yàn)鑒定工作需要經(jīng)歷長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程，頂層政策需要與時(shí)俱進(jìn)，多輪迭代，保持長(zhǎng)效。因此，急需利用頂層政策的威懾力，針對(duì)航天裝備試驗(yàn)鑒定工作詮釋實(shí)踐的目標(biāo)意義，完善部門運(yùn)轉(zhuǎn)的職能制度，從而為各級(jí)工作開展提供指導(dǎo)依據(jù)，為各項(xiàng)措施執(zhí)行注入驅(qū)動(dòng)信心。

2.加強(qiáng)測(cè)試內(nèi)容設(shè)計(jì)

航天裝備測(cè)試內(nèi)容是為支撐裝備發(fā)揮功能性、適用性以及可靠性而開展的必要任務(wù)，能夠?qū)﹁b定評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的信息采集提供支撐。因此，測(cè)試內(nèi)容可以看作是試驗(yàn)鑒定工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，直接決定著整體工作的成敗。航天裝備試驗(yàn)鑒定工作中的測(cè)試內(nèi)容龐大復(fù)雜，需要加強(qiáng)測(cè)試內(nèi)容分解設(shè)計(jì)，并結(jié)合裝備使用特征和期望效能，科學(xué)合理地完善測(cè)試內(nèi)容，明確各級(jí)測(cè)試“干什么” 的問(wèn)題。

3.加強(qiáng)測(cè)試流程優(yōu)化

航天裝備測(cè)試流程是統(tǒng)籌規(guī)劃裝備測(cè)試內(nèi)容，對(duì)全過(guò)程中的測(cè)試任務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)合理的劃分，明確各階段測(cè)試安排。為了更好地完成測(cè)試目標(biāo)，充分發(fā)揮測(cè)試作用，避免測(cè)試中出現(xiàn)拖沓重復(fù)，有必要加強(qiáng)測(cè)試流程優(yōu)化?；谙惹巴瓿傻臏y(cè)試經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合后續(xù)需要開展的測(cè)試內(nèi)容，通過(guò)多重創(chuàng)新對(duì)測(cè)試流程進(jìn)行綜合優(yōu)化，進(jìn)而系統(tǒng)解決測(cè)試“怎么干” 的問(wèn)題。

4.加強(qiáng)鑒定評(píng)價(jià)驗(yàn)證

鑒定評(píng)價(jià)是試驗(yàn)鑒定工作中另一個(gè)重要部分，航天裝備在完成一系列測(cè)試、投入批量生產(chǎn)前，需要鑒定評(píng)價(jià)工作，以確定裝備是否達(dá)到規(guī)劃要求，并體現(xiàn)出科研項(xiàng)目?jī)r(jià)值。因此，需由權(quán)威專業(yè)人員借助可量化、可考核、可執(zhí)行的驗(yàn)證措施，全面覆蓋鑒定評(píng)價(jià)流程，同時(shí)確保過(guò)程可重復(fù)、問(wèn)題可追溯，進(jìn)而加強(qiáng)鑒定評(píng)價(jià)驗(yàn)證。

5.加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是保證航天裝備試驗(yàn)鑒定這項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程能夠順利開展的重要基礎(chǔ)。加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制，將試驗(yàn)鑒定全過(guò)程中涉及的各責(zé)任主體的測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試流程、鑒定評(píng)價(jià)等相關(guān)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，建立可廣泛應(yīng)用且方便管理的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，可在一定程度上降低不確定性的出現(xiàn)，進(jìn)而確保試驗(yàn)鑒定工作成為有組織秩序、有嚴(yán)格把控的裝備活動(dòng)。

我國(guó)航天裝備試驗(yàn)鑒定工作的實(shí)施是快速提升裝備質(zhì)量，顯著發(fā)揮裝備效能的直接手段，尚且需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。通過(guò)對(duì)美軍航天裝備試驗(yàn)鑒定體系中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行解讀分析，找尋我國(guó)航天裝備試驗(yàn)鑒定工作可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)和可行方法，筑牢我國(guó)航天裝備發(fā)展的新力量。