NASA空間探索任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管理研究

方漪 王羲翰 于海霞 （ 中國(guó)空間技術(shù)研究院， 北京空間科技信息研究所）

航天是高風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)探索活動(dòng)，在各類航天活動(dòng)中，對(duì)太陽系及更遠(yuǎn)太空的探索任務(wù)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，面臨來自技術(shù)、政策、人員、環(huán)境、資源等很多不確定因素的影響。以月球探測(cè)為例，截至2019年底，全球共實(shí)施月球探測(cè)任務(wù)122 次，其中任務(wù)成功或部分成功63 次，任務(wù)失敗59 次；2019年，印度的月船－2（Chandrayaan－2）任務(wù)落月失敗，再一次說明在探索宇宙的活動(dòng)中，必須將風(fēng)險(xiǎn)管理作為核心要素。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在長(zhǎng)期的空間探測(cè)任務(wù)中，開展了大量研究與實(shí)踐，成功將風(fēng)險(xiǎn)管理的理念、方法和工具應(yīng)用在空間探索任務(wù)的全過程之中，為保障任務(wù)成功提供關(guān)鍵支撐[1]。

1 NASA 風(fēng)險(xiǎn)管理的理念方法

NASA 通過長(zhǎng)期任務(wù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，一項(xiàng)空間探測(cè)任務(wù)面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)包括四個(gè)方面：一是設(shè)備故障導(dǎo)致探測(cè)器功能降級(jí)或失效；二是外部環(huán)境和事件影響，例如地震、洪水等自然災(zāi)害對(duì)研制任務(wù)的影響；三是人員失誤風(fēng)險(xiǎn)，主要是操作失誤、判斷失誤、消極怠工；四是組織機(jī)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，如內(nèi)部溝通不暢，責(zé)任界面不清、管理維度缺失、整體員工士氣不足，員工專業(yè)技能和培訓(xùn)不足等。

為有效應(yīng)對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)，NASA 制定了面向航天項(xiàng)目管理的一套成熟的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，從研制進(jìn)度、人力資源、技術(shù)、機(jī)構(gòu)配置、安全、環(huán)境、成本預(yù)算這七個(gè)方面開展風(fēng)險(xiǎn)管理，使風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)成為航天項(xiàng)目控制、系統(tǒng)工程和安全與任務(wù)保障的有機(jī)組成部分[2]。

在航天項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理中，NASA 在項(xiàng)目全生命周期各階段按照分級(jí)分類的方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和管理，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，定期評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)管理控制的有效性，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管理信息溝通的軟硬件，從而提高NASA 風(fēng)險(xiǎn)管理的決策質(zhì)量，確保航天項(xiàng)目的目標(biāo)任務(wù)實(shí)現(xiàn)。

具體而言，NASA 風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)包括基于風(fēng)險(xiǎn)信息的決策（RIDM）和持續(xù)風(fēng)險(xiǎn)管理（CRM）。基于風(fēng)險(xiǎn)信息的決策分三步：識(shí)別航天項(xiàng)目的備選方案；對(duì)備選方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析；對(duì)基于風(fēng)險(xiǎn)信息的備選方案進(jìn)行選擇[3]。

NASA 的持續(xù)風(fēng)險(xiǎn)管理由風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)緩釋計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)跟蹤、風(fēng)險(xiǎn)控制、溝通和記錄六大模塊構(gòu)成，具體流程形成一個(gè)類似“計(jì)劃-執(zhí)行-檢查-處理”（PDCA）的閉環(huán)管理：

NASA 風(fēng)險(xiǎn)管理的主要領(lǐng)域和流程

1）制定風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。執(zhí)行成功的風(fēng)險(xiǎn)管理所必需的前期活動(dòng)，需要根據(jù)航天項(xiàng)目的目標(biāo)、任務(wù)特點(diǎn)、過程控制需求以及風(fēng)險(xiǎn)管理策略、資源和方法來制定風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。

2）開展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。對(duì)發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行持續(xù)的識(shí)別和記錄。通過研究歷史數(shù)據(jù)，采訪專家，對(duì)比目標(biāo)和現(xiàn)有能力，判斷指標(biāo)趨勢(shì)等方法來識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)。

3）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和分析。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率、影響和時(shí)間表進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類和優(yōu)先級(jí)排序。需要確定風(fēng)險(xiǎn)的原因、條件、可能性、后果、風(fēng)險(xiǎn)敞口等；評(píng)估中使用風(fēng)險(xiǎn)矩陣、風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)估、多屬性決策等定性或定量分析評(píng)估方法。

4）實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)。根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)、資源和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃。首先指定風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任人，然后選擇或重新設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)備選方案，通過評(píng)估和權(quán)衡，確定最佳解決方案，制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃。

5）跟蹤和控制風(fēng)險(xiǎn)。跟蹤風(fēng)險(xiǎn)變化情況及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃的實(shí)施狀態(tài)，并根據(jù)需要采取糾正措施來控制風(fēng)險(xiǎn)。

6）風(fēng)險(xiǎn)管理溝通和記錄。在風(fēng)險(xiǎn)管理全流程持續(xù)記錄風(fēng)險(xiǎn)變化和管理實(shí)施情況，為管理決策提供支持；主要通過表格等方式將風(fēng)險(xiǎn)管理活動(dòng)中的風(fēng)險(xiǎn)、分析、處理/行動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄整理，輸出風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)據(jù)庫報(bào)告、狀態(tài)報(bào)告、跟蹤日志等[4]。

在管理工具層面，NASA 的風(fēng)險(xiǎn)管理工具分為定量和定性兩類，定量分析工具包括基于統(tǒng)計(jì)分析的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，例如概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（PRA）；基于原因和影響的風(fēng)險(xiǎn)分析，例如影響和關(guān)鍵性分析（FMECA）以及基于系統(tǒng)工程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析等。定性分析工具包括失效模型與影響分析（FMEA），故障樹分析（FTA）、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分類（RAC）、頭腦風(fēng)暴法、危險(xiǎn)程度分析法、關(guān)聯(lián)度分析法、過程映射分析法、基于分類的問卷調(diào)查法、帕累托分析法等[5]。

2 NASA 空間探測(cè)任務(wù)中的風(fēng)險(xiǎn)管理

空間探測(cè)任務(wù)中開展風(fēng)險(xiǎn)綜合量化分析

NASA 在空間探測(cè)任務(wù)中，注重分析與航天器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試和驗(yàn)證相關(guān)的典型風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)多階段項(xiàng)目的影響，確保每個(gè)里程碑按進(jìn)度和質(zhì)量完成。

以NASA 的獵戶座探測(cè)任務(wù)為例，該任務(wù)要完成“三步走”：第一步是無人飛行測(cè)試－1（EFT－1），將開展繞地軌道5800km 高度飛行并再入返回；第二步是探測(cè)任務(wù)－1（EM－1），將開展為期25天的無人繞月往返任務(wù)；第三步是探測(cè)任務(wù)－2（EM－2），計(jì)劃在2021年實(shí)現(xiàn)近地小行星的載人探測(cè)任務(wù)。獵戶座探測(cè)任務(wù)階段多時(shí)間跨度長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)管理難度大，NASA 在項(xiàng)目中運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣和風(fēng)險(xiǎn)分析軟件實(shí)現(xiàn)綜合風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和分析。

風(fēng)險(xiǎn)矩陣是常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，通過風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)影響兩個(gè)指標(biāo)來描述風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率評(píng)級(jí)從1 到5 不斷提高，概率小于10-6幾乎不會(huì)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)為1，概率大于0.1 很有可能發(fā)生的概率評(píng)級(jí)為5。風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)級(jí)從1 到5 不斷上升，對(duì)人身安全、設(shè)備、人員健康、探測(cè)環(huán)境、任務(wù)成果、成本、進(jìn)度等幾乎無影響的可忽略風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)級(jí)為1，對(duì)人身安全、設(shè)備、人員健康和自然環(huán)境產(chǎn)生重大威脅、任務(wù)失敗、成本過高導(dǎo)致任務(wù)取消、里程碑延期5 個(gè)多月或任務(wù)取消的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)級(jí)為5。識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)級(jí)來自于過去40年中NASA 空間探測(cè)任務(wù)的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，以及本次任務(wù)中工程師和項(xiàng)目管理人員的意見。

NASA 的工程設(shè)計(jì)人員完成這兩個(gè)指標(biāo)的評(píng)級(jí)后，可以建立一個(gè)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)影響的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，得到各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的級(jí)別。文中例舉的風(fēng)險(xiǎn)矩陣中，每個(gè)方框代表一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別(例如：低、中、高)，有時(shí)使用顏色表示(例如：綠色、黃色、紅色)，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別越高，解決這個(gè)問題就越緊迫和重要。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)排序，判斷哪些是高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)此開展資源的配置。

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，NASA 還使用量化風(fēng)險(xiǎn)分析軟件，建立風(fēng)險(xiǎn)模型，有效提升定量分析效率,如創(chuàng)建綜合進(jìn)度時(shí)間表，為每個(gè)子任務(wù)分配一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分，預(yù)估完成各個(gè)里程碑最小、最大和最可能的時(shí)間，建立進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，計(jì)算對(duì)具體任務(wù)進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)的連續(xù)分布，還可以計(jì)算不同風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別任務(wù)的比例和數(shù)量[6]。

NASA 確定的空間探測(cè)任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

多部門、國(guó)際合作項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理協(xié)作

國(guó)際合作是空間探測(cè)任務(wù)的常見模式，共享資源、共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，但國(guó)際合作也面臨多方管理協(xié)作溝通等方面的要求和挑戰(zhàn)，處理不好，可能引入新的風(fēng)險(xiǎn)，甚至影響任務(wù)成敗。因此，國(guó)際合作開展的空間探測(cè)任務(wù)中，風(fēng)險(xiǎn)管理的協(xié)同就非常重要。

以“卡西尼- 惠更斯”（Cassini-Huygens）土衛(wèi)六探測(cè)任務(wù)為例，該任務(wù)是NASA 和歐洲航天局（ESA）的國(guó)際合作探索項(xiàng)目，將探測(cè)土星、土星環(huán)及其衛(wèi)星，參與該項(xiàng)目的專家來自美國(guó)和歐洲的16 個(gè)國(guó)家。“卡西尼”軌道探測(cè)器由NASA 研制，承擔(dān)環(huán)繞土星飛行和中繼通信任務(wù)；“惠更斯”著陸器由ESA 研制，在飛到土衛(wèi)六時(shí)脫離“卡西尼”軌道探測(cè)器并在其表面著陸。

NASA 的風(fēng)險(xiǎn)管理工作集中在“卡西尼-惠更斯”整體飛行器的發(fā)射和軌道調(diào)整上；ESA 主要關(guān)注處理“惠更斯”著陸器所特有的風(fēng)險(xiǎn)。兩個(gè)機(jī)構(gòu)都在積極開展任務(wù)全過程的風(fēng)險(xiǎn)管理，并通過國(guó)際合作形成風(fēng)險(xiǎn)管理協(xié)作，從而主動(dòng)識(shí)別、評(píng)估和管理任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。

NASA 和ESA 的風(fēng)險(xiǎn)管理協(xié)作首先是在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估領(lǐng)域。NASA 和ESA 聯(lián)合組建風(fēng)險(xiǎn)管理小組，定期對(duì)現(xiàn)有和潛在的風(fēng)險(xiǎn)跟蹤評(píng)估。NASA 每季度安排風(fēng)險(xiǎn)小組會(huì)議，全面評(píng)估系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)和優(yōu)先級(jí)并討論風(fēng)險(xiǎn)緩釋方案。ESA 協(xié)同主承包商、每個(gè)分系統(tǒng)小組的專家對(duì)任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。兩者共同識(shí)別和評(píng)估“惠更斯”著陸器脫離“卡西尼”軌道探測(cè)器和信號(hào)中繼的風(fēng)險(xiǎn)。

其次是風(fēng)險(xiǎn)分析的協(xié)同。NASA 每季度記錄風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的變化趨勢(shì)，開發(fā)了一個(gè)3×4 的風(fēng)險(xiǎn)矩陣。ESA 開發(fā)了一個(gè)5×5 風(fēng)險(xiǎn)矩陣,結(jié)合NASA 已確定的風(fēng)險(xiǎn)，基于ESA 標(biāo)準(zhǔn)重新評(píng)估并將其納入ESA 風(fēng)險(xiǎn)管理工作。NASA 和ESA 團(tuán)隊(duì)定期同步項(xiàng)目計(jì)劃，NASA 每季度記錄風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)并同步給ESA，將其納入ESA 風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)雙方信息無縫鏈接和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的互通協(xié)同。

NASA 和ESA 的風(fēng)險(xiǎn)量化標(biāo)準(zhǔn)

NASA 和ESA 還制訂了“卡西尼-惠更斯”項(xiàng)目行動(dòng)計(jì)劃協(xié)調(diào)機(jī)制（MOP）。該機(jī)制可以讓兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員隨時(shí)獲得操作計(jì)劃狀態(tài)和結(jié)果并進(jìn)行溝通和審查，還通過對(duì)任務(wù)需求和研制活動(dòng)的清晰定義減少了誤解的風(fēng)險(xiǎn)。通過制定聯(lián)合時(shí)間表和行動(dòng)計(jì)劃，消除機(jī)構(gòu)間的方案偏差，緊急情況下可以按約定的行動(dòng)計(jì)劃執(zhí)行。MOP 作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)緩解方面的指導(dǎo)性文件，有效地促進(jìn)了兩個(gè)機(jī)構(gòu)協(xié)作風(fēng)險(xiǎn)的管理。[7]

3 NASA 風(fēng)險(xiǎn)管理工作的啟示

空間探測(cè)是航天活動(dòng)中風(fēng)險(xiǎn)比較高的一類，做好風(fēng)險(xiǎn)管理工作更為重要。美國(guó)和歐洲國(guó)家在空間探測(cè)領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)管理積累了大量經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，建立了覆蓋探測(cè)任務(wù)全周期的風(fēng)險(xiǎn)管理方法，很多做法值得我們研究、學(xué)習(xí)和借鑒。這些管理方法主要集中在四個(gè)方面：一是風(fēng)險(xiǎn)管理有機(jī)融入宇航研制項(xiàng)目管理流程，已經(jīng)與項(xiàng)目管理、系統(tǒng)工程和任務(wù)安全保證等管理有效對(duì)接，嵌入到項(xiàng)目進(jìn)度、成本預(yù)算、技術(shù)攻關(guān)、系統(tǒng)研制、人員隊(duì)伍等各類要素的管理和控制之中；二是關(guān)注深空環(huán)境、航天員安全等方面的特有風(fēng)險(xiǎn)因素的影響；三是建立基于歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模和量化分析的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策劃、風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施與跟蹤，效果評(píng)估與控制閉環(huán)管理；四是注重多國(guó)別、多機(jī)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)信息溝通與管理協(xié)同方法開發(fā)與應(yīng)用。