在軌衛(wèi)星平臺(tái)在役考核標(biāo)體系構(gòu)建*

侯 煒 韋國(guó)軍 齊分嶺，2 邊曉敬 申 遠(yuǎn)

（1.航天工程大學(xué) 北京 102206）（2.66389部隊(duì) 太原 030031）（3.31012部隊(duì) 北京 100080）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)裝備試驗(yàn)飛速發(fā)展，試驗(yàn)鑒定領(lǐng)域出現(xiàn)重大變化，對(duì)于裝備試驗(yàn)鑒定體系制度有更高的要求［1］，在役考核作為性能試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)的延伸，對(duì)裝備的改型升級(jí)提供支持和支撐。其中，在役考核指標(biāo)體系作為在役考核工作的核心和基礎(chǔ)，其內(nèi)容設(shè)置是否科學(xué)、全面、合理，直接關(guān)系到在役考核的成效。衛(wèi)星在役考核工作中，平臺(tái)在役考核受到的關(guān)注和重視程度不夠，目前也沒(méi)有一套令研制方、鑒定單位和使用單位都能夠普遍認(rèn)可的在役考核指標(biāo)體系，構(gòu)建一套行之有效的平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系已然比較迫切。本文研究了航天裝備指標(biāo)體系構(gòu)建的一般方法，并在此基礎(chǔ)上提出利用映射分解方法構(gòu)建衛(wèi)星平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系，使指標(biāo)與能力掛鉤，為后續(xù)優(yōu)化和評(píng)估提供支撐。

2 衛(wèi)星平臺(tái)在役考核必要性分析

在役考核定義中，在役考核的對(duì)象一般為裝備或者系統(tǒng)［2］，但衛(wèi)星是特殊的一類(lèi)，實(shí)際上載荷與平臺(tái)是分成兩個(gè)部分組織實(shí)施試驗(yàn)鑒定的，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)航天器平臺(tái)在役考核進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究較少，鑒定部門(mén)對(duì)于載荷的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)平臺(tái)的重視程度。

應(yīng)用衛(wèi)星的特點(diǎn)是種類(lèi)多而數(shù)量少，特別是有效載荷種類(lèi)繁多，要求各異，難以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。若效仿造車(chē)過(guò)程中底盤(pán)與載荷的關(guān)系，把平臺(tái)和有效載荷區(qū)別對(duì)待，平臺(tái)就像底盤(pán)需要盡可能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，使其對(duì)一定范圍內(nèi)的有效載荷具有通用性。目前中國(guó)空間技術(shù)研究院公用平臺(tái)包括CAST衛(wèi)星公用平臺(tái)系列［3］、地球靜止軌道衛(wèi)星公用平臺(tái)系列（DJS-1、DJS-2、DJZ等）、太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星公用平臺(tái)系列（TTS-1、TTS-2）、小衛(wèi)星平臺(tái)CAST968以及返回式衛(wèi)星公用平臺(tái)FSW系列等。相應(yīng)的平臺(tái)為了保障有效載荷有效發(fā)揮效能，也需要快速迭代。通過(guò)平臺(tái)在軌數(shù)據(jù)收集以及用戶(hù)反饋，單獨(dú)進(jìn)行針對(duì)平臺(tái)的試驗(yàn)鑒定活動(dòng)，或許對(duì)平臺(tái)后續(xù)改型升級(jí)，提高交付質(zhì)量能夠起到更好的支持和支撐。

2.1 衛(wèi)星平臺(tái)試驗(yàn)鑒定現(xiàn)狀

衛(wèi)星平臺(tái)的任務(wù)就保障作為應(yīng)用系統(tǒng)的有效載荷完成各項(xiàng)任務(wù)和工作，從“能用”和“管用”的角度來(lái)分析整星的話，載荷無(wú)疑是核心要素，平臺(tái)只是起著保障作用，平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行的目的就是保障有效載荷的正常工作［4］。同時(shí)，平臺(tái)和載荷分屬兩個(gè)部門(mén)共同管理，這樣導(dǎo)致衛(wèi)星在管理過(guò)程中有分頭管理的特殊現(xiàn)象，在日常試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)方關(guān)注“用”較多，關(guān)注平臺(tái)本身的獨(dú)有的試驗(yàn)鑒定較少。最后對(duì)于航天裝備來(lái)講，試驗(yàn)鑒定存在特殊性，對(duì)于衛(wèi)星平臺(tái)如何開(kāi)展試驗(yàn)，如何采集數(shù)據(jù)，如何抽取結(jié)果可以借鑒的先例都比較少，被大家廣泛認(rèn)可的平臺(tái)考核指標(biāo)體系還尚未形成。以上原因都導(dǎo)致了平臺(tái)的試驗(yàn)鑒定被忽視。

在衛(wèi)星日常運(yùn)行過(guò)程中，從數(shù)量上看，衛(wèi)星故障或者異常絕大多數(shù)是由平臺(tái)的故障或者缺陷引起的。從硬件來(lái)講，平臺(tái)占據(jù)整星九成以上的分系統(tǒng)，在軌時(shí)間內(nèi)累計(jì)發(fā)生故障或者異常的概率和頻率也比載荷高，由表1可以看出，平臺(tái)在壽命期內(nèi)發(fā)生異?？倲?shù)遠(yuǎn)高于載荷自身異常。

表1 某系列通信衛(wèi)星壽命期內(nèi)異常數(shù)量統(tǒng)計(jì)

2.2 平臺(tái)對(duì)載荷的影響分析

平臺(tái)故障一般在壽命初期或壽命末期發(fā)生比較頻繁，其中壽命初期故障主要由器件、工藝導(dǎo)致，壽命末期故障由部件性能導(dǎo)致的較多，比如壽命末期電源故障往往需要調(diào)整衛(wèi)星能源使用情況。電源分系統(tǒng)故障或者蓄電池性能下降會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星觸發(fā)能源保護(hù)模式、蓄電池組測(cè)溫電阻失效、太陽(yáng)翼帆板電流異常等一系列問(wèn)題［5］。

除了平臺(tái)內(nèi)部原因，還有空間環(huán)境，操作不當(dāng)、設(shè)計(jì)缺陷等其他原因會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)出現(xiàn)故障。各種誘因?qū)е滦l(wèi)星平臺(tái)狀態(tài)異常統(tǒng)計(jì)如圖1所示，可以看出部件老化、空間環(huán)境、設(shè)計(jì)缺陷和工藝缺陷是導(dǎo)致平臺(tái)狀態(tài)異常的主要原因。這些平臺(tái)異常最終會(huì)成為衛(wèi)星整體的異常問(wèn)題，影響衛(wèi)星的任務(wù)完成和狀態(tài)。

圖1 平臺(tái)異常原因統(tǒng)計(jì)圖

2.3 快速響應(yīng)對(duì)平臺(tái)試驗(yàn)鑒定存在需求

衛(wèi)星的快速響應(yīng)是指衛(wèi)星能夠快速生產(chǎn)、快速發(fā)射和快速應(yīng)用［6］。以遙感衛(wèi)星為例，現(xiàn)有在軌遙感衛(wèi)星都有特定性質(zhì)的觀測(cè)任務(wù)，在相應(yīng)的觀測(cè)軌道上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)狀況需要應(yīng)急觀測(cè)時(shí)，利用現(xiàn)有在軌遙感衛(wèi)星變軌執(zhí)行新的任務(wù)會(huì)導(dǎo)致該衛(wèi)星既定的計(jì)劃發(fā)生改變，使得該衛(wèi)星綜合使用效能降低，同時(shí)還要支付高昂觀測(cè)代價(jià)。又或者重點(diǎn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域上空的在軌衛(wèi)星受到攻擊，形成天基系統(tǒng)功能缺失，需要緊急組裝、發(fā)射相應(yīng)應(yīng)急功能衛(wèi)星等情況。在以往衛(wèi)星發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，不足以應(yīng)對(duì)突發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)和應(yīng)對(duì)突發(fā)的危機(jī)的需求，也不足以滿足信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)信息獲取時(shí)效性的要求，衛(wèi)星平臺(tái)是衛(wèi)星快速響應(yīng)能力的基礎(chǔ)，平臺(tái)與載荷之間接口是否標(biāo)準(zhǔn)化、傳輸協(xié)議是否一致、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)是否匹配、信息鏈路渠道是否暢通都影響著快速響應(yīng)的能力［7］。

除上述外，平臺(tái)在試驗(yàn)過(guò)程中還存在如使命任務(wù)關(guān)系不明確、指標(biāo)論證不充分、考核不全面等其他問(wèn)題。

3 在役考核指標(biāo)構(gòu)建思路

3.1 指標(biāo)基本概念

指標(biāo)是度量事物屬性或事物之間關(guān)系的一種量化準(zhǔn)則［8］。一般情況下，反映裝備屬性的指標(biāo)可以分為基礎(chǔ)指標(biāo)和派生指標(biāo)?；A(chǔ)指標(biāo)是指可以直接度量的指標(biāo)；派生指標(biāo)是基礎(chǔ)指標(biāo)通過(guò)一定的關(guān)系運(yùn)算得到的指標(biāo)；效能指標(biāo)是一種特殊的派生指標(biāo)，是由其它派生指標(biāo)通過(guò)一定的關(guān)系運(yùn)算得到的指標(biāo)。從數(shù)學(xué)角度看，效能指標(biāo)、派生指標(biāo)和基礎(chǔ)指標(biāo)是一個(gè)從高維度空間到低維度空間的映射，這種映射的邏輯關(guān)系通過(guò)層次表示出來(lái)，就是指標(biāo)體系。裝備在役考核，考核對(duì)象是武器裝備，根本目的是科學(xué)鑒定，核心是指標(biāo)。從鑒定定型試驗(yàn)總案、在役考核大綱、在役考核實(shí)施方案和細(xì)則的擬制，指標(biāo)體系都是其重要內(nèi)容之一。從在役考核數(shù)據(jù)采集、分析、評(píng)估到結(jié)論評(píng)判，包括考核科目設(shè)計(jì)，都是圍繞指標(biāo)體系展開(kāi)的。

3.2 在役考核指標(biāo)設(shè)計(jì)思路

1）根據(jù)在役考核內(nèi)容構(gòu)建在役考核指標(biāo)體系相關(guān)的概念，如部隊(duì)適用性、質(zhì)量穩(wěn)定性等進(jìn)行分析和定義，為后續(xù)設(shè)定指標(biāo)體系構(gòu)建提供理論支持［9］。

2）通過(guò)對(duì)作戰(zhàn)試驗(yàn)和在役考核對(duì)試驗(yàn)鑒定要求的分析，確定出影響裝備在役效能的主要因素，從中提煉出在役考核指標(biāo)體系的一級(jí)指標(biāo)。

3）以在役考核一級(jí)指標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，參考衛(wèi)星整星在作戰(zhàn)試驗(yàn)方面已有的研究成果，分解出具有共性的第二級(jí)指標(biāo)，構(gòu)建出兩層平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系基礎(chǔ)框架，作為具體裝備指標(biāo)體系構(gòu)建的依據(jù)。

4）進(jìn)行梳理與分析，提出平臺(tái)在役考核重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，在指標(biāo)體系基礎(chǔ)框架的基礎(chǔ)上，運(yùn)用基于映射分解構(gòu)建指標(biāo)體系的方法，最終構(gòu)建出航天器平臺(tái)在役考核評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.3 指標(biāo)分解及其定義

依據(jù)在役考核的要求，可以從以下五個(gè)方面考慮在役考核的指標(biāo)分解：一是裝備服役后滿足部隊(duì)使用、訓(xùn)練、作戰(zhàn)等需求方面；二是從裝備性能和狀態(tài)的保持方面；三是從裝備與裝備編配的適應(yīng)程度方面；四是從裝備與人、裝備與體系其他要素的結(jié)合方面；五是從服役期經(jīng)濟(jì)性方面。綜上所述，將在役考核指標(biāo)的一級(jí)指標(biāo)設(shè)置為部隊(duì)適用性指標(biāo)、質(zhì)量穩(wěn)定性指標(biāo)、裝備適編性指標(biāo)、裝備適配性指標(biāo)、服役期經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，如圖2所示。

圖2 在役考核指標(biāo)設(shè)置

在役考核一級(jí)指標(biāo)定義：

部隊(duì)適用性是指裝備在用戶(hù)部隊(duì)中滿足部隊(duì)訓(xùn)練、作戰(zhàn)使用需求的程度，主要考核裝備訓(xùn)練、作戰(zhàn)、保障、環(huán)境等適用程度。

質(zhì)量穩(wěn)定性指裝備在使用一段時(shí)間后，其主要性能和狀態(tài)保持穩(wěn)定的程度。實(shí)際工作中，可以選用裝備的主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，或者主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的其中幾個(gè)，通過(guò)試驗(yàn)觀察其與設(shè)計(jì)指標(biāo)值相比是否有變化，可用衰減率來(lái)度量。

裝備適編性指裝備在編配到部隊(duì)服役的環(huán)境下，裝備與裝備操作使用人員的適用性，可用人員編制合理性等指標(biāo)來(lái)度量。

裝備適配性指裝備在編配到部隊(duì)服役的環(huán)境下，裝備與裝備的適用性，可用裝備數(shù)量適當(dāng)性、裝備與任務(wù)適用性等指標(biāo)來(lái)度量。

服役期經(jīng)濟(jì)性指裝備在編配到部隊(duì)服役的環(huán)境下，作戰(zhàn)、訓(xùn)練、保障等使用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性，主要包括平均保障費(fèi)用、平均壽命周期費(fèi)用以及費(fèi)效比等。

4 基于映射分解構(gòu)建在役考核指標(biāo)體系

4.1 提出在役考核重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題

平臺(tái)在役考核可以用以能力反推指標(biāo)，那么就需要首先把在役考核重點(diǎn)考核和關(guān)注的問(wèn)題提出來(lái)，并使這些重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題覆蓋在役考核的關(guān)鍵內(nèi)容［10］。以某型通用衛(wèi)星平臺(tái)為例，結(jié)合該平臺(tái)使命任務(wù)和日常在軌工作，提出對(duì)于平臺(tái)需重點(diǎn)關(guān)注的在役考核問(wèn)題，如表2所示。

表2 某型通用衛(wèi)星平臺(tái)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題

4.2 基于映射分解的在役考核指標(biāo)體系構(gòu)建方法

上述步驟已經(jīng)了解到我們?cè)谄脚_(tái)在役考核工作中需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，結(jié)合指標(biāo)分解，運(yùn)用映射的指標(biāo)體系構(gòu)建方法將重點(diǎn)關(guān)注的能力性能轉(zhuǎn)化為指標(biāo)體系［11］，具體分為三個(gè)步驟：1）根據(jù)指標(biāo)分解以及衛(wèi)星平臺(tái)關(guān)注的問(wèn)題，給出映射的行和列；2）列出衛(wèi)星平臺(tái)的行（指標(biāo)）和列（能力）之間的關(guān)系，并在交叉的方格內(nèi)打“√”，沒(méi)有兩者相對(duì)應(yīng)的關(guān)系則不填留白；3）根據(jù)映射表中構(gòu)建的對(duì)應(yīng)關(guān)系，嘗試構(gòu)建指標(biāo)和能力的映射關(guān)系，并自下而上的推導(dǎo)出衛(wèi)星平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系，如表3所示。

表3 在役考核能力指標(biāo)映射表

4.3 生成衛(wèi)星平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系

4.3.1 部隊(duì)適用性指標(biāo)

部隊(duì)適用性主要包括平臺(tái)部分保障性指標(biāo)和前期未能充分驗(yàn)證的作戰(zhàn)使用性指標(biāo)，以及前期平臺(tái)作戰(zhàn)試驗(yàn)由于樣本數(shù)量、試驗(yàn)環(huán)境受制未能測(cè)試的指標(biāo)，都要納入平臺(tái)在役考核部隊(duì)適用性指標(biāo)中來(lái)，在平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系中，我們主要考慮5個(gè)方面的二級(jí)指標(biāo)和12個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如表4所示。

表4 部隊(duì)適用性指標(biāo)

4.3.2 質(zhì)量穩(wěn)定性指標(biāo)

質(zhì)量穩(wěn)定性主要是指平臺(tái)在服役部隊(duì)后，主要性能和狀態(tài)的保持程度。實(shí)際平臺(tái)在役考核工作中，可以選用平臺(tái)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)與實(shí)際采集數(shù)據(jù)的衰減率來(lái)衡量，在平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系中，我們主要考慮4個(gè)方面的二級(jí)指標(biāo)和5個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如表5所示。

表5 質(zhì)量穩(wěn)定性指標(biāo)

4.3.3 部隊(duì)適編性指標(biāo)

裝備適編性是指裝備配備部隊(duì)后編配數(shù)量滿足部隊(duì)日常訓(xùn)練和完成任務(wù)的程度，主要包括人員適編性、裝備數(shù)量適編性、任務(wù)適編性三個(gè)方面的指標(biāo)，在平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系中，主要考慮3個(gè)方面的二級(jí)指標(biāo)和9個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如表6所示。

表6 裝備適編性

4.3.4 裝備適配性指標(biāo)

裝備適配性考察平臺(tái)與載荷、平臺(tái)與衛(wèi)星、平臺(tái)與地面應(yīng)用系統(tǒng)的匹配程度，在平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系中，主要考慮兩個(gè)方面的二級(jí)指標(biāo)和5個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如表7所示。

表7 裝備適配性指標(biāo)

4.3.5 服役期經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

服役經(jīng)濟(jì)性只要包括衛(wèi)星平臺(tái)壽命周期經(jīng)濟(jì)效費(fèi)比情況，主要通過(guò)指標(biāo)判斷平臺(tái)使用起來(lái)“劃算不劃算”的問(wèn)題［12］。在實(shí)際調(diào)研中，衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)射入軌后考慮其經(jīng)濟(jì)性較少，但對(duì)于后期改型升級(jí)仍有借鑒參考意義，主要考慮3個(gè)二級(jí)指標(biāo)和6個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如表8所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合目前衛(wèi)星平臺(tái)試驗(yàn)鑒定現(xiàn)狀結(jié)合當(dāng)前天空激烈角逐的國(guó)際形勢(shì)分析了平臺(tái)在役考核的必要性，提出了平臺(tái)在役考核指標(biāo)構(gòu)建思路和原則，最后利用映射分解的方法初步構(gòu)建了衛(wèi)星平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系，彌補(bǔ)了當(dāng)前衛(wèi)星平臺(tái)在役考核指標(biāo)體系的空白。但由于篇幅限制未能對(duì)衛(wèi)星在役考核指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)估，待后續(xù)進(jìn)行拓展研究。

表8 服役期經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)