運載火箭去任務化模式及其在型號中的實踐

◎上海航天技術研究院 王瑋等

運載火箭去任務化模式及其在型號中的實踐

◎上海航天技術研究院 王瑋等*

目前，我國CZ系列運載火箭的研制生產管理普遍采用定制化模式，即在火箭研制之初就與衛星任務關聯綁定，并設定產品代號。全生命周期中，原材料和元器件按批采購，部分通用單機和零、部（組）件組批生產驗收、按發交付，其后各階段則帶有明顯的發次屬性，包括大系統、大部段產品的生產和試驗、火箭總裝與出廠測試、發射任務。在這種模式中需根據衛星型號要求和發射方案，在產品庫中選取合適的型號或定制化研制新產品，編制定制化軟件，設置定制化流程。

這種傳統的定制化模式適應了各發次任務之間的差異性，充分滿足了任務需求，并依靠定制化的方式實現了火箭性能的最優化，從明確對火箭的要求開始直至執行發射，運載火箭需要的研制周期為20個月。但是，隨著近年來中國航天迎來高密度發射，定制化模式的弊端逐漸顯現出來，主要表現在：產品整箭級的互換性差，面對計劃調整等突發情況的快速響應能力不足，存在制約任務實施進度的風險；另外，已生產完畢的火箭無法挪作其它任務使用，存在已制品不得已只能長期貯存的情況。

為了應對這種風險，上海航天技術研究院考慮引入去任務化概念，對運載火箭研制生產模式進行優化，提高火箭應對不同任務的靈活性，并縮短任務周期，以有效應對高密度發射。

一、去任務化模式的相關概念

1.去任務化的基本概念

所謂去任務化模式是相對于定制化模式提出的，指在運載火箭的研制生產環節取消任務屬性，獨立性較強地組織研制生產，任務屬性較晚介入主研制流程，從而使任務計劃較小地影響產品的研制流程。去任務化最理想的情況是：火箭按一種設計狀態批生產、測試、貯存，不與具體任務關聯，待發射任務及其要求明確后再選取庫存產品、注入任務相關參數，完成必要測試后即可赴發射場執行發射任務。

2.去任務化與定制化模式的比較

作為運載火箭2種不同的科研生產管理模式，去任務化模式和定制化模式在技術環節與管理環節上均存在差異。圖1和圖2分別為去任務化模式和定制化模式的主要流程。

圖1 定制化模式流程圖

圖2 去任務化模式流程圖

從圖1可以看出，任務要求貫穿研制、生產、測試、發射各流程始終，僅虛線框內部分可與任務不關聯。整個任務周期長，且火箭在分系統齊套及試驗階段已具備任務屬性，產品很難與其它任務相互調配。

從圖2可以看出，虛線框內部分均可與任務不關聯，意味著火箭研制生產可以不受具體任務影響；任務屬性在較后期介入，火箭硬件已生產測試完畢，后續任務周期較短，意味著任務可以不受火箭研制進度影響。

通過對各個環節的對比，可以系統梳理2種模式的異同，見表1。

二、去任務化模式的探索實踐

1.型號現狀分析

CZ-4系列運載火箭目前的科研生產模式是典型的定制化模式，僅單星發射就存在6種型號構型。任務要求明確后，根據任務情況選擇其中某種構型，確定全箭技術狀態，部分產品（整流罩、適配器等與星箭接口相關產品）定制化生產，火箭從分系統研制開始帶有任務特征，后續僅用于本次任務發射，不具備互換調整的條件。

表1 去任務化模式與定制化模式的比較

2.去任務化瓶頸分析

一是硬件產品狀態差異大。CZ-4系列運載火箭現存的多個構型之間不能互換，主要表現在總體、箭體結構、動力系統、控制系統等系統的產品狀態差異上，經統計，CZ-4B和CZ-4C火箭現有狀態硬件產品通用化率達到81.7%。而非通用產品是火箭不能互換的主要瓶頸所在，盡可能提高產品通用化率，是縮減合并構型數量的重要手段。

二是測試環節與任務屬性相關聯。火箭控制系統測試、集成綜合測試均帶有任務屬性，與任務緊密關聯。目前模式下，控制系統在完成分系統測試后已不具備通用性，即便2發火箭硬件狀態完全一致，也因測試環節已注入不同參數而無法實現互換。

三是型號研制按發次進行管理。火箭的計劃任務下達、技術狀態控制、質量管理、生產線管理、總裝齊套管理、經費管理、用戶管理等方面均與任務關聯，按發次管理，互換容易造成管理上的混亂。

3.去任務化的途徑

一是技術狀態的統一。

在CZ-4系列運載火箭未實現通用化的產品中，部分差異經改進設計是可以統一狀態的，而另一部分差異后續仍需維持原狀態。未來，需要進一步提高產品的通用化率，增強產品研制生產和調配的靈活性。CZ-4B/4C火箭狀態存在差異的部件狀態梳理見表2。

通過對差異狀態產品進行改進設計，可以統一產品狀態，提高火箭產品的通用化率。但對于CZ-4系列運載火箭而言，部分產品后續仍需定制化設計，按2～3個不同狀態投產，實際情況距離完全意義上的去任務化仍有一定距離。根據實際情況，后續去任務化的目標設定為：型號按CZ-4B火箭和CZ-4C火箭各一個基本狀態，自整流罩以下產品實現狀態統一，三級過渡段、尾段、尾翼按整流罩狀態選配，整流罩仍根據衛星要求定制。

二是軟件和測試環節去任務化。

火箭的硬件產品通過統一狀態實現去任務化后，由于從分系統測試開始的火箭各類測試項目均帶有任務屬性，實際上該發火箭已與任務緊密關聯，不再具備通用性，不能真正實現去任務化。要保證一發經過完整測試的火箭具備通用性，就需要使之前的測試環節具備通用性。因此，需要研究測試環節的去任務化，從分系統測試環節開始，采用通用的測試軟件開展測試，各發火箭的測試流程和測試內容統一，與具體任務脫鉤，測試安排不受任務計劃影響。但最終飛行產品仍然要增加任務屬性，以滿足任務的個性化需求，為保證測試覆蓋性，可在任務明確后，安排進行與任務關聯的測試環節。

三是去任務化模式配套的管理措施。

傳統的定制化模式中，配套采用的管理文件、圖紙、投產計劃等管理措施都反映了任務相關信息，采用去任務化模式后，配套的管理措施需進行以下幾個方面的同步調整：

●火箭產品設計、工藝技術狀態不再按火箭發次明確，而是按照產品圖代號來明確。

表2 CZ-4B/4C火箭差異部件梳理表

●研制單位下達產品生產計劃時不標注產品對應的任務發次，而是根據生產單位的編號規定進行編號，待任務明確后由研制單位明確發次代號和產品編號之間的對應關系。

●單機（部段）產品驗收評審采用批量驗收的方式進行，驗收結論不明確發次，只明確同意本型號使用；單機（部段）產品交付總裝齊套時，根據齊套計劃要求明確裝箭產品編號，產品配套情況匯總后提交給總體和分系統單位。

●明確任務要求之前，產品的質量檢查確認工作按照產品編號進行，與用戶和上級機關溝通時主要匯報同批產品的生產技術狀態、進度、質量和驗收交付等信息；明確任務要求之后，發次代號與產品編號相關聯，質量檢查確認工作按發次代號進行，與用戶和上級機關溝通時匯報配套關系及本發產品的狀態及質量情況。

●各單位采用與去任務化相匹配的管理模式，適應型號組批生產與任務發次產品記賬方式不同帶來的財務管理變化。

三、效果展望與建議

1.效果展望

CZ-4系列火箭以3年為一個工作周期，全面推進型號去任務化，預期將對型號的研制生產模式帶來全新的轉變，具體包括：火箭產品由按任務計劃投產、測試、發射改為自行組批投產，統一測試、貯存，具有更高的自由度和獨立性；火箭狀態進一步統一，節省設計、生產、管理成本；注入任務屬性之前，各發火箭之間具備高度的互換性，容易調配，任務靈活性大大增強；任務下達后，5個月具備發射條件，相比之前的20個月周期大大縮短。

2.建議

運載火箭的技術狀態統一，仍然受外部約束的影響，由于外部輸入的多樣化，使火箭技術狀態仍不能完全統一。為實現運載火箭型號去任務化目標，建議加強星箭接口標準和規范的制定、推廣，使各衛星研制單位在衛星設計中依據規范開展星箭接口設計，對運載火箭的接口要求盡量統一，便于運載火箭開展與星箭接口相關部段的狀態統一工作。

去任務化對于運載火箭研制模式，是一次“以產品設計改進為基礎、以管理模式轉變為關鍵”的重要變革，不僅有利于批生產技術狀態的控制，更有利于整箭成熟度管理工作。去任務化將使火箭研制單位擺脫單個任務需求的限制和任務計劃的影響，同時具體任務也將因火箭研制生產效率的提高而獲得更大的靈活性。在高密度發射情況下，去任務化是提高效率、降低成本、優化流程的必要手段，將使現役型號激發出更大的活力，推進運載火箭的市場化轉型和產業化發展。

*其他作者：趙峰（中國航天科技集團公司）、吳佳林（上海航天技術研究院）