測控應(yīng)答機去型號化工作的探索與實踐

/中國航天科技集團有限公司 /中國航天標準化與產(chǎn)品保證研究院

目前，我國測控應(yīng)答機具有應(yīng)用領(lǐng)域廣、承制單位多、型號應(yīng)用需求差異明顯的特點，其設(shè)計研制過程仍采用“以型號任務(wù)為牽引、逐級研制交付產(chǎn)品”的傳統(tǒng)系統(tǒng)工程管理模式。在設(shè)計研制過程中，測控頻點、組碼等參數(shù)需求各異，帶來產(chǎn)品類型多、技術(shù)狀態(tài)繁雜、設(shè)計與生產(chǎn)狀態(tài)發(fā)散等問題；產(chǎn)品可靠性設(shè)計方面相對薄弱，帶來多種質(zhì)量問題頻發(fā)、整機穩(wěn)定性不夠等一系列問題。

綜合考慮這些特性與問題，在測控應(yīng)答機的設(shè)計研制過程中引入去型號化工作的概念。開展去型號化工作的探索與實踐，優(yōu)化了測控應(yīng)答機的研制生產(chǎn)模式，提高了測控應(yīng)答機應(yīng)用的靈活性，縮短了測控系統(tǒng)研制周期，滿足了不同型號與用戶的需求，從而能有效應(yīng)對型號高強度研制要求。

一、測控應(yīng)答機現(xiàn)狀與存在問題

測控應(yīng)答機是航天器平臺的重要組成部分，是測控分系統(tǒng)的配套產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于遙感、通信、導(dǎo)航、載人航天和深空探測等領(lǐng)域。同時，測控應(yīng)答機也是星地測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要性能參數(shù)受地面測控系統(tǒng)以及衛(wèi)星最終用戶制約。

目前，測控應(yīng)答機的設(shè)計模式是典型的定制化模式。在確定航天器型號的性能指標后，對測控應(yīng)答機進行設(shè)計研制，設(shè)計研制流程主要分為5步：一是用戶或總體確定航天器測控系統(tǒng)性能指標；二是總體根據(jù)測控系統(tǒng)性能指標，確定測控分系統(tǒng)指標；三是測控分系統(tǒng)進行指標分配，根據(jù)總體要求進行應(yīng)答機選配，并提出單機研制技術(shù)條件；四是產(chǎn)品研制單位進行產(chǎn)品設(shè)計、元器件選用及采購、產(chǎn)品研制等工作；五是型號總體和分系統(tǒng)完成單機驗收，并進行交付使用。

基于上述設(shè)計研制流程，對目前測控應(yīng)答機產(chǎn)品研制過程進行分析，總結(jié)得出以下5個方面的問題。

1．產(chǎn)品狀態(tài)不統(tǒng)一

測控應(yīng)答機的具體研制技術(shù)條件需要根據(jù)平臺、衛(wèi)星型號以及用戶的類別確定，導(dǎo)致研制輸入條件確定周期長，測控應(yīng)答機的產(chǎn)品接口狀態(tài)、設(shè)計狀態(tài)、驗證條件以及測試條件呈現(xiàn)多樣性。

2．產(chǎn)品需多次鑒定

測控應(yīng)答機原有狀態(tài)和鑒定條件是基于某一具體航天器型號確定的，在發(fā)生產(chǎn)品升級或狀態(tài)變化時需要進行不同程度的補充鑒定試驗驗證，導(dǎo)致同一功能的產(chǎn)品需進行多次鑒定，增加了產(chǎn)品研制成本。

3．產(chǎn)品交付周期長

當前測控應(yīng)答機的內(nèi)部頻率關(guān)系需要根據(jù)確定的工作頻率進行設(shè)計，一些部件不能提前訂貨，無法實現(xiàn)產(chǎn)品的滾動生產(chǎn)，延長了產(chǎn)品研制周期。

4．應(yīng)答機參數(shù)設(shè)計不靈活

用戶提出在產(chǎn)品交付前確定測控工作參數(shù)，或在軌實現(xiàn)工作參數(shù)可調(diào)整的要求，而當前測控應(yīng)答機在產(chǎn)品設(shè)計初期即確定了工作參數(shù)，后期更改將帶來成本和交付進度的雙重代價。

5．產(chǎn)品質(zhì)量可靠性不高

產(chǎn)品狀態(tài)的多樣性使研制人員在產(chǎn)品設(shè)計中更關(guān)注產(chǎn)品的電性能設(shè)計，而忽略了可靠性方面，從而使測控應(yīng)答機產(chǎn)品可靠性不高。

上述問題表明，當前測控應(yīng)答機的設(shè)計及研制狀態(tài)僅能適應(yīng)單臺套的生產(chǎn)模式，雖然測控應(yīng)答機為型譜產(chǎn)品，但隨著新平臺開發(fā)和新型號的研制，常用測控應(yīng)答機的功能和接口需求已經(jīng)超出原有型譜規(guī)定的范圍，在具體型號研制過程中需對測控應(yīng)答機產(chǎn)品功能性能或相關(guān)接口進行適應(yīng)性調(diào)整，否則無法高效開展去型號化研制。

二、開展去型號化工作的原則與思路

測控分系統(tǒng)作為航天器四大關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，其重要性不言而喻，測控應(yīng)答機的去型號化工作是相對定制化模式提出的，在測控應(yīng)答機研制生產(chǎn)環(huán)節(jié)取消型號屬性，不再與某一特定型號航天器測控系統(tǒng)的性能指標相關(guān)聯(lián)，而是設(shè)計面向多型號應(yīng)用的通用產(chǎn)品。

在開展工作之初，首先明確開展測控應(yīng)答機去型號化工作的原則，確定測控應(yīng)答機去型號化工作的實施對象，并進行分類。應(yīng)納入去型號化工作的包括：需求量較大、技術(shù)成熟和升級換代的測控應(yīng)答機產(chǎn)品；有型號應(yīng)用背景的新技術(shù)且技術(shù)條件統(tǒng)一的測控應(yīng)答機；以數(shù)字基帶為主的統(tǒng)一載波體制(USB、UCB)應(yīng)答機。不應(yīng)納入去型號化工作的包括：全模擬式應(yīng)答機；已經(jīng)交付或在研的產(chǎn)品；新技術(shù)應(yīng)答機應(yīng)用型號較少且成熟度不高以及未來沒有型號需求的產(chǎn)品。

在確定工作原則的基礎(chǔ)上，合理選擇測控應(yīng)答機去型號化的規(guī)格對象和技術(shù)路線，為后續(xù)去型號化工作的開展提供基礎(chǔ)。由于不同型號具有不同的應(yīng)用需求，測控應(yīng)答機頻點、碼組等指標往往需要改變，但其產(chǎn)品核心功能性能具有一定的通用性，不同型號應(yīng)用需求的差異性可通過FPGA、ASIC、模塊化設(shè)計等技術(shù)手段加以解決。

測控應(yīng)答機開展去型號化工作的具體思路概括為以下幾個方面：

頻點——通過對測控應(yīng)答機上下行射頻流程設(shè)計調(diào)整，實現(xiàn)頻率可調(diào)，進而實現(xiàn)測控應(yīng)答機上下行頻率的去型號化。

擴頻碼組——根據(jù)需要選配，在完成生產(chǎn)的情況下通過更改參數(shù)配置的方法更改擴頻碼，進而實現(xiàn)測控應(yīng)答機擴頻碼組的去型號化。

供電電源——采用模塊化設(shè)計，保證多種規(guī)格電源可以互換，不受型號一次電源影響。

指令接口形式——提供多種形式的指令接口，以適應(yīng)不同電壓、脈寬指令形式的需要，不同型號根據(jù)具體需求選配。

環(huán)境試驗條件——采取最大環(huán)境試驗條件包絡(luò)的原則，使其具備去型號化的能力。

研制流程——優(yōu)化研制交付流程，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)包完備、有效及研制過程受控，進而做到產(chǎn)品保證到位，型號放心選用。

文件體系——統(tǒng)一同類測控應(yīng)答機的文件體系，支撐去型號化組批采購與研制交付。

基礎(chǔ)產(chǎn)品——結(jié)合現(xiàn)有型號產(chǎn)品研制工作開展去型號化設(shè)計完善與必要的補充鑒定工作，以滿足不同型號和用戶需求。

三、測控應(yīng)答機去型號化工作的實現(xiàn)方法

經(jīng)過反復(fù)論證，總結(jié)概括出測控應(yīng)答機去型號化工作的基本流程，如圖1所示。

1．梳理和確定去型號化產(chǎn)品規(guī)格

這部分內(nèi)容包括應(yīng)答機狀態(tài)的梳理、研究未來型號對應(yīng)答機的需求和確定去型號化產(chǎn)品規(guī)格3項工作。在執(zhí)行過程中，按照工作電壓、接口類型、接收靈敏度、總線類型等屬性對測控應(yīng)答機進行規(guī)格以及狀態(tài)劃分。同時，梳理分析遙感、通信、導(dǎo)航、載人航天和深空探測等領(lǐng)域后續(xù)型號任務(wù)的使用需求，為后續(xù)測控應(yīng)答機的技術(shù)發(fā)展提供方向性指導(dǎo)。

圖1 測控應(yīng)答機去型號化工作流程圖

在梳理和分析的過程中，研制人員對去型號化工作的認識也在逐步加深，不再是單純按去型號化的概念對測控應(yīng)答機產(chǎn)品進行設(shè)計規(guī)劃，而是結(jié)合具體型號情況與產(chǎn)品現(xiàn)狀不斷優(yōu)化去型號化工作的產(chǎn)品規(guī)劃與實現(xiàn)方法。例如，2個單位使用不同類別的S頻段測控應(yīng)答機產(chǎn)品，最初規(guī)劃一個規(guī)格去型號化應(yīng)答機可以同時滿足不同單位的使用需求，但隨著去型號化工作的深入開展，一致認為由于2家用戶的功能需求存在一定差異并已各自形成了成熟產(chǎn)品，基于目前的技術(shù)體制，即使按模塊化思路進行去型號化設(shè)計改進并重新投產(chǎn)鑒定件，也不能很好地同時適應(yīng)2家用戶需求，最終決定劃分為2個規(guī)格分別開展去型號化工作，從而節(jié)約了研制成本，提升了研制效率。

2．制定通用技術(shù)要求和驗收大綱

統(tǒng)籌開展去型號化測控應(yīng)答機在產(chǎn)品技術(shù)要求、產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管控、產(chǎn)品環(huán)境試驗條件和測試方法、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包管理等方面的研究，明確去型號化測控應(yīng)答機產(chǎn)品在后續(xù)選用、采購與過程監(jiān)理等方面的相關(guān)管理要求，完成測控應(yīng)答機產(chǎn)品通用技術(shù)要求、驗收大綱等文件的編制和評審，最終確定輸入文件狀態(tài)。在實踐過程中，重點開展以下4個方面的“統(tǒng)一”工作。

一是統(tǒng)一產(chǎn)品研制輸入。按照測控應(yīng)答機“十三五”需求規(guī)劃，組織總體單位對各測控應(yīng)答機產(chǎn)品技術(shù)要求進行統(tǒng)一。

二是統(tǒng)一產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制。將產(chǎn)品代號作為產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的唯一標識，開展產(chǎn)品版本控制和技術(shù)狀態(tài)更改控制工作，避免同一產(chǎn)品代號下出現(xiàn)多種技術(shù)狀態(tài)。

三是統(tǒng)一產(chǎn)品環(huán)境試驗條件和測試方法。針對測控應(yīng)答機未來可能用到的環(huán)境，組織產(chǎn)品研制單位與各型號總體協(xié)調(diào)，以達成統(tǒng)一的產(chǎn)品試驗條件，并在產(chǎn)品規(guī)范或試驗規(guī)范中落實；建立統(tǒng)一的測試驗證程序，形成細則并納入標準文件體系。

四是統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)包管理。梳理測控應(yīng)答機產(chǎn)品數(shù)據(jù)包清單，制定統(tǒng)一的過程記錄模板，確保各批產(chǎn)品信息記錄要求一致、可比對。在選用產(chǎn)品時，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)包的相關(guān)內(nèi)容進行事先確認，當存在分歧時，在任務(wù)指令下達前協(xié)調(diào)和提出個性化信息需求。

3．制定單機設(shè)計方案和產(chǎn)品規(guī)范

依據(jù)通用技術(shù)要求，對測控應(yīng)答機進行單機方案設(shè)計，并以此編制設(shè)計報告、產(chǎn)品規(guī)范、可靠性安全性設(shè)計報告、技術(shù)風(fēng)險識別與分析評價報告等文件，并通過組織評審。在上述過程中，重點開展了2項“統(tǒng)一”工作。

一是統(tǒng)一原材料和元器件的采購與復(fù)驗。對各型號原材料和元器件需求進行統(tǒng)籌，明確統(tǒng)一的采購和復(fù)驗要求，以標準或受控文件的方式遞交給采購方和復(fù)驗方。根據(jù)產(chǎn)品具體的訂單需求、物資訂貨周期及存儲周期等因素進行綜合分析、統(tǒng)一采購，探索建立可供生產(chǎn)線形成貨架能力的常備物資機制。

二是統(tǒng)一零部件產(chǎn)品保證要求。建立統(tǒng)一的外協(xié)產(chǎn)品保證要求，進行過程控制，實現(xiàn)供應(yīng)配套的一致性。開展測控應(yīng)答機組件產(chǎn)品組批生產(chǎn)，整機裝配前對組件功能、性能進行充分驗證和全面評估，避免造成批次故障。

4．產(chǎn)品組批采購

根據(jù)型號分工定點或招投標情況，完成采購經(jīng)費協(xié)調(diào)工作，并對其結(jié)果進行審批及報備工作，完成后再進行合同簽署，并執(zhí)行組批采購工作。

5．生產(chǎn)及驗收交付

采購方進行測控應(yīng)答機的過程控制檢查，負責(zé)單機強制檢驗點等項目檢查，由型號與采購方協(xié)調(diào)下放補充技術(shù)要求，確定測控應(yīng)答機頻率和擴頻碼組等參數(shù)，產(chǎn)品研制單位收到補充技術(shù)要求、完成參數(shù)確定后開展驗收級環(huán)境試驗，進行出所測試后完成產(chǎn)品研制。其中，重點開展了3個方面的“統(tǒng)一”工作。

一是統(tǒng)一產(chǎn)品生產(chǎn)計劃管理。規(guī)范通用產(chǎn)品生產(chǎn)流程，協(xié)調(diào)避免臨時確認環(huán)節(jié)出現(xiàn)，進而形成統(tǒng)一產(chǎn)品生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)統(tǒng)一排產(chǎn)和管理。同時，根據(jù)統(tǒng)籌產(chǎn)品的相關(guān)需求，形成組批生產(chǎn)計劃，并且按照產(chǎn)品維度進行生產(chǎn)計劃維護管理。

二是統(tǒng)一產(chǎn)品生產(chǎn)標識。建立測控應(yīng)答機產(chǎn)品生產(chǎn)基線，生產(chǎn)指導(dǎo)性文件需使用產(chǎn)品化標識，再按生產(chǎn)基線要求配置到生產(chǎn)線，并將其作為生產(chǎn)依據(jù)。為保證記錄與產(chǎn)品的唯一對應(yīng)性和可追溯性，生產(chǎn)過程中保持記錄與產(chǎn)品唯一生產(chǎn)編號信息的一致性。

三是統(tǒng)一整機產(chǎn)品交付驗收程序。建立測控應(yīng)答機產(chǎn)品與型號2級驗收機制，制定標準化的入庫驗收程序并實施。待交付型號明確后，依據(jù)相關(guān)文件確認產(chǎn)品對用戶的需求，履行交付驗收工作，并最終形成交付產(chǎn)品。

通過開展測控應(yīng)答機的去型號化工作，初步形成了產(chǎn)品應(yīng)用單位統(tǒng)一制定通用產(chǎn)品研制技術(shù)要求、產(chǎn)品研制單位制定通用產(chǎn)品規(guī)范并作為采購依據(jù)的工作程序；促進了型號需求與產(chǎn)品型譜的對接，進一步壓縮了測控應(yīng)答機型譜產(chǎn)品規(guī)格，形成了去型號化測控應(yīng)答機的文件體系，為后續(xù)型號總體實現(xiàn)高效、重復(fù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，促進了研制單位對產(chǎn)品通用性、可靠性等設(shè)計工作的關(guān)注度與能力提升。同時，開展測控應(yīng)答機去型號化工作也為其它通用產(chǎn)品實施去型號化提供了有益借鑒，為后續(xù)通用產(chǎn)品訂單式組批采購、生產(chǎn)、驗收要求的完善與機制建立奠定了基礎(chǔ)。▲