低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座試驗(yàn)星生產(chǎn)模式研究

朱開(kāi)鼎、張海江、楊軍、張鴻鵬、梅迪 /中國(guó)空間技術(shù)研究院

目前，全球多個(gè)國(guó)家都提出了低軌通信衛(wèi)星星座計(jì)劃，國(guó)外宇航公司發(fā)揮其顯著系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及強(qiáng)大工業(yè)基礎(chǔ)，已具備了快速進(jìn)入空間、高效利用空間的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)“星鏈”（Starlink）等低軌衛(wèi)星星座密集部署，將進(jìn)一步掌控全球衛(wèi)星軌道權(quán)益及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)我國(guó)系統(tǒng)用天及空間技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是衛(wèi)星通信和互聯(lián)網(wǎng)融合的新型網(wǎng)絡(luò)，是國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施的主要組成部分。我國(guó)正處在實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興“中國(guó)夢(mèng)”的關(guān)鍵歷史時(shí)期，建設(shè)我國(guó)自主可控、全球覆蓋、天地互聯(lián)的全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，是我國(guó)新時(shí)期需求推動(dòng)和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。我國(guó)低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)必須按照“國(guó)家引導(dǎo)、市場(chǎng)主導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、安全可控、融合發(fā)展”的原則開(kāi)展建設(shè)，是面向國(guó)家戰(zhàn)略需求和全球化發(fā)展趨勢(shì)建設(shè)的全球覆蓋、互聯(lián)互通的空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。真正適合我國(guó)國(guó)情、符合國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)、能夠滿(mǎn)足國(guó)家需要的空間互聯(lián)網(wǎng)星座系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足幾個(gè)特點(diǎn)：①全球覆蓋空間組網(wǎng)，滿(mǎn)足全球用戶(hù)分布不均勻，目標(biāo)市場(chǎng)分布不均勻的實(shí)際情況，顯著改善有效容量；②政商融合，滿(mǎn)足國(guó)家戰(zhàn)略站位，確保優(yōu)質(zhì)客戶(hù)服務(wù)；③隨遇接入，站位國(guó)家戰(zhàn)略，滿(mǎn)足移動(dòng)用戶(hù)和物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)泛在通信的目標(biāo)，一次建設(shè)實(shí)現(xiàn)寬窄結(jié)合的目標(biāo)；④分階段實(shí)施，滿(mǎn)足商業(yè)投資回報(bào)周期的需求。

一、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座試驗(yàn)星研制特點(diǎn)

為滿(mǎn)足后續(xù)星座批產(chǎn)要求，應(yīng)提前投產(chǎn)星座試驗(yàn)星用以驗(yàn)證相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和提供在軌測(cè)試，面對(duì)當(dāng)前國(guó)際低軌星座激烈的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座試驗(yàn)星具備的特點(diǎn)如下：

1.衛(wèi)星功能復(fù)雜，技術(shù)跨度巨大

功能覆蓋通信、導(dǎo)航增強(qiáng)、航空監(jiān)視等眾多領(lǐng)域，整星采用高性能多波束天線(xiàn)、千路以上的路由交換等技術(shù)，技術(shù)狀態(tài)新、集成度高、難度大，性能比肩國(guó)際一流，衛(wèi)星一步正樣研制風(fēng)險(xiǎn)大。有效載荷采用全數(shù)字處理載荷架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)載荷星上再生處理與組網(wǎng)交換，其數(shù)據(jù)處理和交換容量達(dá)到國(guó)內(nèi)最高水平。

2.周期異常緊張，遠(yuǎn)超研制常規(guī)

星座試驗(yàn)星研制從合同簽署到發(fā)射周期極其緊張。載荷關(guān)鍵單機(jī)研制難度較大，存在技術(shù)上產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)難度大、管理上不可控因素多，進(jìn)度壓力大。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)星及后續(xù)星座研制任務(wù)具有系統(tǒng)性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、競(jìng)爭(zhēng)激烈、周期緊張、任務(wù)繁重等顯著特點(diǎn)，對(duì)科研模式、生產(chǎn)能力和快速組網(wǎng)運(yùn)行都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為落實(shí)好“高質(zhì)量、高效率、高效益”的要求，積極推動(dòng)衛(wèi)星研制模式轉(zhuǎn)型，必須采取面向商業(yè)航天、適應(yīng)批產(chǎn)研制模式的研制管理措施。

3.批產(chǎn)要求很高，兼顧質(zhì)量成本

衛(wèi)星設(shè)計(jì)與研制過(guò)程中必須遵循批量化生產(chǎn)制造，高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命和高水平的成本控制。

二、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座研制管理策略

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)星及后續(xù)星座研制任務(wù)具有系統(tǒng)性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、競(jìng)爭(zhēng)激烈、周期緊張、任務(wù)繁重等顯著特點(diǎn)，對(duì)科研模式、生產(chǎn)能力和快速組網(wǎng)運(yùn)行都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為落實(shí)好“高質(zhì)量、高效率、高效益”的要求，積極推動(dòng)衛(wèi)星研制模式轉(zhuǎn)型，必須采取面向商業(yè)航天、適應(yīng)批產(chǎn)研制模式的研制管理措施。針對(duì)星座研制特點(diǎn)，結(jié)合研制模式轉(zhuǎn)型需求，星座研制管理的整體策略主要為以下4 個(gè)方面。

1.研制理念先進(jìn)

在充分繼承中國(guó)空間技術(shù)研究院航天器研制成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照雙“1+6+2”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制。一方面，按照宇航產(chǎn)品“1+6+2”規(guī)范要求進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)；另一方面，創(chuàng)新性建立星座系統(tǒng)“1+6+2”準(zhǔn)則（先進(jìn)性+ 面向用戶(hù)、面向市場(chǎng)、面向成本、面向制造、面向集成、面向驗(yàn)證+智能化、工業(yè)化）。

2.研制模式創(chuàng)新

各分系統(tǒng)/專(zhuān)業(yè)集成設(shè)計(jì)。充分考慮衛(wèi)星功能性能的先進(jìn)性、高性?xún)r(jià)比和生產(chǎn)線(xiàn)可制造性，實(shí)施高度集成設(shè)計(jì)，多學(xué)科優(yōu)化。

系統(tǒng)直接面向產(chǎn)品。多分系統(tǒng)/專(zhuān)業(yè)協(xié)同，通過(guò)試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，逐步建立系統(tǒng)直接面向單機(jī)的研制模式 ，統(tǒng)一制定產(chǎn)品性能規(guī)范、工作陳述、試驗(yàn)矩陣及試驗(yàn)計(jì)劃；同類(lèi)產(chǎn)品統(tǒng)一機(jī)電接口、可插拔互換。

多供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)性配套。試驗(yàn)星階段采取多家配套，單機(jī)統(tǒng)一接口設(shè)計(jì)。后續(xù)組批生產(chǎn)階段擬采取“競(jìng)爭(zhēng)采購(gòu)、一次投產(chǎn)、分組交付、滾動(dòng)備份”策略。

3.研制流程優(yōu)化

（1）設(shè)計(jì)流程優(yōu)化。采取多分系統(tǒng)/專(zhuān)業(yè)同源集同設(shè)計(jì)，充分考慮面向制造的設(shè)計(jì)；

（2）制造流程優(yōu)化。面向生產(chǎn)線(xiàn)的總裝與測(cè)試流程一體化設(shè)計(jì)，采用艙段解耦、模塊研制、并行總裝、一鍵測(cè)試、自動(dòng)判讀等；

（3）試驗(yàn)流程優(yōu)化。針對(duì)短周期開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，研制模式創(chuàng)新，采取工程星、VPI 平臺(tái)并行驗(yàn)證思路，優(yōu)化試驗(yàn)矩陣及試驗(yàn)條件；批產(chǎn)階段強(qiáng)化單機(jī)/模塊驗(yàn)證，提前發(fā)現(xiàn)工藝問(wèn)題，系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)隨成熟度逐步裁剪。

（4）發(fā)射流程優(yōu)化。太陽(yáng)翼、天線(xiàn)發(fā)射場(chǎng)不展開(kāi)；衛(wèi)星發(fā)射不加電，自主變軌。

4.實(shí)施工業(yè)生產(chǎn)

試驗(yàn)星與生產(chǎn)線(xiàn)同步建設(shè)及驗(yàn)證。通過(guò)試驗(yàn)星研制打牢生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；生產(chǎn)線(xiàn)階段采取試驗(yàn)星和工程星開(kāi)展上線(xiàn)實(shí)操驗(yàn)證，確保實(shí)現(xiàn)工藝、參數(shù)和文件的量化及固化，為后續(xù)組批生產(chǎn)打牢基礎(chǔ)。

批產(chǎn)階段采用生產(chǎn)線(xiàn)研制模式。以“效率優(yōu)先、質(zhì)量可控、成本合理”為目標(biāo)，以“集約制造、智能制造、精益制造”為總體思路，在天津建設(shè)國(guó)際一流的現(xiàn)代化生產(chǎn)線(xiàn)。

三、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)星研制任務(wù)及過(guò)程管理

試驗(yàn)星衛(wèi)星由有效載荷和平臺(tái)兩大部分組成。平臺(tái)包括結(jié)構(gòu)、熱控、姿軌控、供配電、信息等5 個(gè)分系統(tǒng)；有效載荷包括通信載荷（包含寬帶通信、移動(dòng)通信、星間組網(wǎng)功能）、位置服務(wù)載荷（搭載項(xiàng)目）等，根據(jù)不同研制要求進(jìn)行差異化配置。平臺(tái)各專(zhuān)業(yè)采用通用化設(shè)計(jì)理念，根據(jù)有效載荷特點(diǎn)和對(duì)平臺(tái)的能力要求做適應(yīng)性更改。衛(wèi)星研制主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 衛(wèi)星研制主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1.單機(jī)、部組件研制流程及特點(diǎn)

結(jié)合衛(wèi)星研制流程及生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)理念，單機(jī)/模塊持續(xù)穩(wěn)定供貨及生產(chǎn)節(jié)奏匹配是整星生產(chǎn)線(xiàn)高效運(yùn)行的前提條件。其中，有效載荷單機(jī)配套是生產(chǎn)線(xiàn)正常運(yùn)行的重點(diǎn)與難點(diǎn)，需重點(diǎn)關(guān)注。針對(duì)單機(jī)研制配套，試驗(yàn)星具體思路與原則包括以下幾個(gè)方面。

（1）總體及各分系統(tǒng)/專(zhuān)業(yè)集成設(shè)計(jì)。對(duì)標(biāo)國(guó)際，以系統(tǒng)最優(yōu)為原則，打破傳統(tǒng)分工壁壘，進(jìn)行集同設(shè)計(jì)，總體與各專(zhuān)業(yè)、單機(jī)研制單位一起制定單機(jī)/模塊的性能規(guī)范、試驗(yàn)矩陣、試驗(yàn)計(jì)劃、測(cè)試細(xì)則、工作陳述等，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試與性能驗(yàn)證。不同供應(yīng)商產(chǎn)品機(jī)電接口統(tǒng)一，可插拔互換。

（2）產(chǎn)品配套立足國(guó)產(chǎn)，確保自主可控。推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展和能力提升，產(chǎn)品研制要以自主可控要求為指導(dǎo)，立足國(guó)產(chǎn)，確保過(guò)程可控。

（3）適度鼓勵(lì)多家競(jìng)爭(zhēng)，擇優(yōu)采購(gòu)。建立多供貨商模式，實(shí)施擇優(yōu)采購(gòu)機(jī)制，產(chǎn)品定型后采取“批次采購(gòu)、按需交付、滾動(dòng)備份”模式，按批量生產(chǎn)，形成貨架產(chǎn)品。

2.進(jìn)度管理措施

（1）頂層策劃充分，分階段逐步實(shí)施

在全生命周期策劃基礎(chǔ)上，針對(duì)衛(wèi)星具體研制階段及專(zhuān)題工作項(xiàng)目，項(xiàng)目辦組織開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)策劃，分階段形成衛(wèi)星計(jì)劃流程，提前落實(shí)好保障條件。

（2）采取專(zhuān)題調(diào)度會(huì)機(jī)制

考慮到為扎實(shí)推進(jìn)各項(xiàng)工作，項(xiàng)目采取院級(jí)周調(diào)度例會(huì)機(jī)制，每周組織各責(zé)任單位針對(duì)衛(wèi)星詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制、物資保障和整星AIT 等工作開(kāi)展專(zhuān)題協(xié)調(diào)，確保各項(xiàng)工作按計(jì)劃推進(jìn)。

（3）開(kāi)展年、月、周、日四級(jí)計(jì)劃控制，減小計(jì)劃偏差

項(xiàng)目辦根據(jù)型號(hào)研制任務(wù)要求，考慮其他型號(hào)資源占用情況，及時(shí)細(xì)化年度、月度、每周衛(wèi)星研制計(jì)劃，參加通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部每周調(diào)度會(huì)開(kāi)展部?jī)?nèi)協(xié)調(diào)，參加研究院研制月度例會(huì)開(kāi)展院內(nèi)協(xié)調(diào)，確保工作人員安排、環(huán)境試驗(yàn)資源、測(cè)試資源不沖突；AIT 階段，細(xì)化現(xiàn)場(chǎng)工作周計(jì)劃、日計(jì)劃來(lái)指導(dǎo)衛(wèi)星研制進(jìn)度，主要確保總裝及測(cè)試人力資源、工裝等小型資源不沖突。通過(guò)四級(jí)計(jì)劃控制，全力做到集團(tuán)、院級(jí)年度考核節(jié)點(diǎn)全部完成，整體計(jì)劃偏差小于15 天。

（4）堅(jiān)持項(xiàng)目辦例會(huì)機(jī)制，不斷提高精細(xì)化管理水平

為按計(jì)劃完成各項(xiàng)工作，全面提升型號(hào)項(xiàng)目隊(duì)伍計(jì)劃管理水平，項(xiàng)目辦堅(jiān)持每周召開(kāi)項(xiàng)目辦例會(huì)，結(jié)合當(dāng)前研制進(jìn)展，深入分析計(jì)劃管理等薄弱環(huán)節(jié)，提出后續(xù)改進(jìn)建議，不斷加強(qiáng)精細(xì)化管理水平。

（5）全面計(jì)劃考核，嚴(yán)格考核制度

將試驗(yàn)星大系統(tǒng)協(xié)調(diào)相關(guān)計(jì)劃節(jié)點(diǎn)納入集團(tuán)公司考核節(jié)點(diǎn)，確保工程總體各項(xiàng)系統(tǒng)抓總工作按計(jì)劃開(kāi)展。對(duì)于院內(nèi)研制單位，嚴(yán)格按照院考核節(jié)點(diǎn)和考核要求進(jìn)行考核；對(duì)于院外研制單位，項(xiàng)目辦年初與各單位進(jìn)行溝通后以專(zhuān)題計(jì)劃下發(fā)各承研單位；對(duì)于單位內(nèi)部各研究室、中心，項(xiàng)目辦按照內(nèi)部計(jì)劃管理要求細(xì)化年度考核節(jié)點(diǎn)。待辦事項(xiàng)及時(shí)納入考核節(jié)點(diǎn)，嚴(yán)格考核，確保計(jì)劃完成率達(dá)到95%以上。

四、研制管理結(jié)果

1.在總體設(shè)計(jì)及流程創(chuàng)新方面

（1）在充分繼承研究院航天器研制成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照雙“1+6+2”設(shè)計(jì)和制定研制流程，如整星及單機(jī)都要考慮成本設(shè)計(jì)，產(chǎn)品選用時(shí)加大成本評(píng)估值。以太陽(yáng)翼用拉斷器為例，具有低沖擊、低成本、高可靠等特點(diǎn)，成本可降至原成本的40%；

（2）充分考慮衛(wèi)星性能的先進(jìn)性、高性?xún)r(jià)比和生產(chǎn)線(xiàn)可制造性，實(shí)施高度集成設(shè)計(jì)，載干比超過(guò)了40%；

（3）直接面向單機(jī)，統(tǒng)一組織制定產(chǎn)品性能規(guī)范、工作陳述、試驗(yàn)矩陣及試驗(yàn)計(jì)劃，產(chǎn)品接口一致，可互換，實(shí)現(xiàn)多供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)性配套機(jī)制；

（4）充分考慮面向生產(chǎn)線(xiàn)的總裝與測(cè)試流程一體化設(shè)計(jì)，艙段解耦、模塊研制，單板并行實(shí)施，獨(dú)立總裝、集成與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了解耦生產(chǎn)；

（5）針對(duì)短周期開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，研制模式創(chuàng)新，采取工程星、模擬驗(yàn)證平臺(tái)并行驗(yàn)證思路，優(yōu)化試驗(yàn)矩陣及試驗(yàn)條件；

（6）批產(chǎn)階段，衛(wèi)星加注在出廠(chǎng)前完成，在發(fā)射場(chǎng)太陽(yáng)翼及天線(xiàn)不展開(kāi)，整星發(fā)射場(chǎng)周期大幅縮減，發(fā)射階段支持不加電、自主變軌等能力；

（7）星座具備全自主任務(wù)規(guī)劃功能，地面系統(tǒng)控制中心通過(guò)信息化和智能化等手段，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期無(wú)人值守、降低在軌運(yùn)維成本。

2.在元器件方面

面對(duì)商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)、短周期研制、高密度發(fā)射等需求，建立互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星CAST-H 選用規(guī)范及元器件優(yōu)選目錄，開(kāi)展統(tǒng)一選型審查把關(guān)，大幅壓縮元器件品種，優(yōu)化元器件采購(gòu)質(zhì)保方案，有效實(shí)現(xiàn)成本控制和壓縮配套周期。

通過(guò)實(shí)施分級(jí)選用，降低宇航級(jí)元器件選用比例，預(yù)計(jì)元器件固有成本可降低50%以上；通過(guò)合理組批、大批量采購(gòu)的方式，可有效提高采購(gòu)規(guī)模效益，預(yù)計(jì)元器件采購(gòu)價(jià)格可再降低30%；通過(guò)質(zhì)量保證流程優(yōu)化，減少重復(fù)傳遞和試驗(yàn)，可將質(zhì)量保證由原來(lái)的13 個(gè)步驟優(yōu)化整合至6 項(xiàng)，預(yù)計(jì)質(zhì)量保證效率可提升40%；通過(guò)建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星元器件采購(gòu)與配套信息化平臺(tái)，可有效提高采購(gòu)、質(zhì)量保證、物流配套等環(huán)節(jié)的配套效率，預(yù)計(jì)配套周期可節(jié)省30%以上。

面對(duì)商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)、短周期研制、高密度發(fā)射等需求，建立互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星CAST-H 選用規(guī)范及元器件優(yōu)選目錄，開(kāi)展統(tǒng)一選型審查把關(guān)，大幅壓縮元器件品種，優(yōu)化元器件采購(gòu)質(zhì)保方案，有效實(shí)現(xiàn)成本控制和壓縮配套周期。

3.在研制管理方面

建立有效的型號(hào)計(jì)劃管控機(jī)制，進(jìn)度管控規(guī)范有力，針對(duì)載荷進(jìn)度短線(xiàn)采取“跟產(chǎn)、集同”工作模式，年內(nèi)連續(xù)召開(kāi)型號(hào)綜合周調(diào)度會(huì)和項(xiàng)目辦例會(huì)，全力推進(jìn)型號(hào)研制進(jìn)度實(shí)施；針對(duì)短線(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)行專(zhuān)題策劃，在型號(hào)研制初期識(shí)別出相關(guān)單機(jī)短線(xiàn)并制定了專(zhuān)題計(jì)劃，實(shí)行日?qǐng)?bào)機(jī)制，保障了計(jì)劃的日清日結(jié)；在A(yíng)IT大型測(cè)試和試驗(yàn)階段，按照主線(xiàn)不停的要求，全力保證了整星進(jìn)度需求。

面對(duì)低軌星座系統(tǒng)建設(shè)迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)，后續(xù)要堅(jiān)持系統(tǒng)思維，充分站位國(guó)家戰(zhàn)略，考慮發(fā)展急需，適應(yīng)市場(chǎng)需求。與此同時(shí)，為適應(yīng)星座批產(chǎn)任務(wù)，針對(duì)商業(yè)衛(wèi)星大批量研制需求，急需創(chuàng)新研制模式，堅(jiān)持“設(shè)計(jì)是源頭、流程是核心、配套是關(guān)鍵”的理念，建設(shè)智能化柔性脈動(dòng)衛(wèi)星生產(chǎn)線(xiàn)，發(fā)揮全產(chǎn)業(yè)鏈配套優(yōu)勢(shì)，牽引拉動(dòng)配套產(chǎn)品產(chǎn)能建設(shè)，積極探索全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同配套模式，從“柔性、脈動(dòng)、精益、定型、批次”等方面實(shí)現(xiàn)新突破，打造研制模式變革的“試驗(yàn)田”，促進(jìn)研制模式轉(zhuǎn)型升級(jí)，張開(kāi)雙臂擁抱我國(guó)商業(yè)航天發(fā)展，積極應(yīng)對(duì)低軌衛(wèi)星星座快速發(fā)展的新挑戰(zhàn)。