淺議航天發射任務費用優化

邵佳琦 鮮思德

[摘? ? 要] 本文闡述了我國通用航天發射費用構成，提出了基于層次分析法和價值工程理論的航天發射費用優化的基本思路，并以某型固體火箭發射費用優化為例進行了具體運用，以期為新時期航天發射費用優化問題找到改進方向，實現成本支出的最小化，進而提升我國航天發射的國際競爭力。

[關鍵詞] 航天發射;費用優化;層次分析法;價值工程

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 21. 044

[中圖分類號] F273? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）21- 0114- 04

0? ? ? 引? ? 言

近年來，隨著軍民融合戰略的深度發展，國家出臺各種政策大力扶持民營航天，2018年可謂是中國民營航天的元年，國內多家民營航天企業依托國家發射基地相繼組織火箭測試飛行，星際榮耀“雙曲線一號”火箭、零壹空間“OS-X”火箭、藍箭航天“朱雀一號”相繼亮相、開展試驗和實施發射。商業航天在我國航天領域上大放異彩，借助政策優勢迅速成長，商業衛星任務逐年增多，競爭壓力也越來越大，要想在激烈的競爭環境下站穩腳跟，提升國際競爭力、確立優勢地位，就需要把發射費用控制在一個合理的范圍內。所以本文借鑒層次分析法（AHP）對航天發射任務進行評價指標構建并進行功能分析，再利用價值工程理論找出航天發射費用的優化方向。

1? ? ? 航天發射任務費用構成

在我國，目前航天發射要依托軍方發射基地完成。按照任務階段劃分，航天發射通常分為任務準備階段、任務實施階段和任務總結階段。按照任務系統劃分，航天發射涉及的硬件系統通常分為測發系統、測控系統、通信系統、氣象系統、勤務保障系統。按照任務流程劃分，準備階段的主要工作包括人員定位與考核、設施設備檢修檢測、任務軟件準備、試驗文書擬制簽批、任務準備評審、航天產品接運準備;實施階段的主要工作包括產品接運、卸車和交接、運載火箭吊裝對接、航天器、有效載荷和運載火箭測試、航天器加注扣罩、航天器轉運對接、機械接口協調與航天器功能檢查、星箭聯合檢查測試、火箭推進劑加注、臨射檢查及發射、上升過程跟蹤測量與控制;總結階段的主要工作包括設施設備狀態恢復、試驗結果快速分析、技術、質量及評估。航天發射任務的費用產生于整個任務過程，每一項活動都會產生消耗，不同階段均會產生型號試驗費、基本維持費分攤、人員生活費、固定資產折舊分攤和財產人員保險費。

2? ? ? 航天發射費用優化思路

航天發射任務一直以來都在追求先進的技術，卻忽略了成本的把控，導致了在任務活動的發生環節產生了很多不合理的開支，造成了大量資源的浪費，同時航天發射任務費用也會受到氣象條件、技術問題、不可抗力因素等諸多因素的影響，會出現推遲發射、甚至取消發射的情況，這些都大大增加了發射成本的支出。因此，軍隊人員力圖尋找到軍事效益和經濟利益的共同區，而這恰恰與價值工程的管理目標一致，都是為改善技術與經濟不統一的情況尋求最優的解決方案。所以本文選擇了基于層次分析法（AHP）的價值工程方法來解決航天發射任務費用優化的問題，優化步驟如圖1所示。

2.1? ?費用優化的基本原理

價值工程作為一個技術和經濟結合起來的現代化管理方法，可以在費用消耗最少的情況下實現資源最大化的利用。該方法主要以功能分析為主，是一項通過最低的成本來實現作業或服務必要價值的管理活動。首先對評價對象進行量化考核，然后再利用數學關系式V=■對作業或服務進行分析判斷。其中的“價值”是指某項作業或服務的效用與在壽命周期內的成本的比值，“功能”是指作業或服務所起到的作用，即實現用戶所要求的功能，對于過剩的功能要消除，不足的功能要改進，才能達到最佳的效果。

在價值工程的應用中，項目成本的計量相對容易，可以按項目的流程來統計成本，由于功能系數的影響因素有很多并且不容易計算，所以如何準確計算出功能系數是確定評價指標效用價值的關鍵。目前確定功能系數的方法有很多，比如環比評分法、強制分析法，這類方法主要靠專家的主觀評判直接確定功能重要程度，沒有嚴格的數據計算，存在主觀隨意性，容易出現誤判。所以，本文擬采用定性與定量相結合的層次分析法（AHP），引入客觀的賦值法來有效地克服之前缺乏科學理論依據的問題，具體方法是采用數據分析來確定權重向量，通過一致性檢驗，當沒有超過可接受的范圍時，將各指標權重作為之前專家打分的功能系數。

2.2? ?費用優化實現過程

2.2.1? ?建立航天發射任務層次結構圖

層次結構模型至少分為三層，將所包含的因素從上到下進行分解，最頂層為目標層，即要解決的問題;中間層為準則層，可以有一個或若干個層次，即需要考慮的因素;最底層為方案層。本文對航天發射任務流程的成本因素進行拆分，將航天發射任務作為評價對象，建立如圖2所示的層次結構圖。由于任務準備階段和任務總結階段的活動相對固定，涉及的費用波動不大，所以這里不繼續向下細分分析。

2.2.2? ?構造判斷矩陣

矩陣中的同一層次各個因素進行兩兩比較時，按重要性程度向專家咨詢，并進行等級評價，得到判斷矩陣。取值的方法通常采用九標度法，其含義如表1所示。

2.2.3? ?確定指標權重向量和最大特征值

根據專家打分后的判斷矩陣，運用特征根法計算出特征向量ωi，將每一列進行歸一化之后，得到最后的權重ωi，再計算最大特征值λmax滿足Aω=λmaxω。

2.2.4? ?一致性檢驗

在兩兩比較的過程中不一定能滿足判斷矩陣的大體一致性，總會出現一些誤差，所以要進行一致性檢驗?？梢杂肅.I.和C.R.來檢驗判斷矩陣的一致性，計算一致性指標C.I.，C.I.=■，當C.I.=0時，則判斷矩陣是完全一致性的;C.I.≤0.1時，我們認為判斷矩陣依然在可接受的范圍里;C.I.越大，判斷矩陣的不一致程度越高。對于多階矩陣可進一步引入矩陣的一致性比例C.R.，C.R.=■，平均隨機一致性指標R.I.如表2所示。

當C.R.<0.1時，則判斷矩陣的不一致性在可接受的范圍內，是令人滿意的，可將歸一化后的特征向量視為指標權重;當C.R.>0.1時，則說明判斷矩陣沒有達到一致性的要求，需要重新建立判斷矩陣，對bij進行調整，重新判斷一致性。

3? ? ? 某型火箭發射費用優化的具體實現

目前航天發射任務采用的火箭包含液體火箭和固體火箭兩種類型，液體火箭又有常規液體火箭、小型液體火箭之分。不同類型的火箭其用途有所區別，參與發射的人員、裝備、設備設施和發射流程頁有所不同，特別是液體火箭與固體火箭的區別更大。因此，發射費用的優化需依據型號而論，這里選擇某型固體火箭進行分析。

3.1? ?功能系數的確定

根據上述步驟，求解結果如表3，表4，表5，表6所示。

3.3? ?決策分析

（1）任務總結階段的價值系數遠遠高于1，從數值上可以看出評價對象的功能所占比重高于成本所占的比重，功能效用實現了既定要求，可以適當減少人力，但也要考慮到是否成本支出過少導致價值偏高或是功能過剩導致價值偏高，而這部分功能存在衛星用戶并不需要的可能性。

（2）任務準備階段以及任務實施階段中測發系統的價值系數都在1附近，能判斷出功能效用和成本投入基本持平，可以暫不考慮這部分的成本改進。

（3）任務實施階段的通信系統、氣象系統、勤務保障系統和試驗政工系統的價值系數小于1，說明費用支出很多卻沒有達到用戶提出的要求，可能就是平時所說的“事倍功半”，這部分需要優化改進，是重點關注對象?？纯词欠翊嬖谫Y源使用的重復性，導致成本支出過高，召集技術骨干和財會人員一起討論并制定優化方案，進而提升某型號固體火箭任務的價值。

4? ? ? 結? ? 語

國家提出的“軍民融合”發展戰略加快了航空航天領域“軍轉民”“民參軍”的融合，推進了軍用技術成果產業化，形成了一支高精尖產業技術團隊，未來將是國防和軍隊現代化建設堅實的物質以及技術支撐。要想航天產業有所發展，對成本的把控是不可缺少的，航天發射任務在執行過程中勢必會出現費用在任務某一環節產生的不合理，可能過多也可能過少，因此，采用基于層次分析法的價值工程理論可以解決發射任務中不必要的開支。將一個大型的發射項目分解成多個目標進行決策，實現任務準備階段、實施階段和總結階段的功能性分析，使得費用在任務環節做到合理搭配，避免了盲目性的判斷，可以有效地找準問題著力點，從根本上解決成本過多支出等不合理的現象，從而整體上提升航天產業的發射水平。

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