美軍航天裝備試驗鑒定體系措施分析與啟示

姜盛鑫、韓天龍、陸宏偉、李鴻儒、商乾 /中國航天標準化研究所

研發一項新型航天裝備對各國來說都不是一件容易的事。事實上，航天工程是當今最為典型的復雜大系統工程，具有規模龐大、系統復雜、技術密集、綜合性強等特點。美軍航天裝備試驗鑒定體系源于基礎的系統工程，其包括了對硬件和軟件的建模與仿真、試驗與分析、飛行與作戰的測試評價。試驗鑒定工作從籠統意義上可分為2 個部分，即“試驗”是指對硬件和軟件測試中的可量化和可測量數據的實際采集，“鑒定” 是指對測量和處理的數據信息進行分析和評定。

試驗鑒定體系在美軍裝備采辦工作中處于十分重要的位置。“國防采辦” 通常是指發展、獲取和使用高新技術裝備全過程的活動，包括需求分析、立項、設計、研制、試驗、生產、保障、改進及退役報廢等全過程。美國國防部相關文件中要求“試驗鑒定應貫穿國防采辦過程。試驗鑒定必須能夠向決策者提供基本信息，評估技術性能參數的實現情況，并確定系統是否在預期用途下具備操作有效性、適用性、可生存性和安全性。” 可以預見到的是，完備的試驗鑒定流程能夠帶來諸多優點，如能夠為裝備從前期設計研制到后期投入使用全流程提供堅定信心，能夠有效降低因潛在缺陷導致功能異常的風險，能夠清晰展示科研任務項目的價值。

一、美軍航天裝備試驗鑒定體系的多層措施

試驗鑒定貫穿于美軍航天裝備全生命流程，涉及的影響因素復雜多變，所以有必要從環境、性能、系統、發射場以及在軌等多個層面對航天裝備試驗鑒定進行全面分析，以便為各項工作開展提供完備的綜合措施。

1.環境層面

由于環境是任何活動開展所必須考慮的根本因素，同時對于航天裝備來說，其發射和在軌環境更加嚴苛復雜，所以在美軍航天裝備試驗鑒定體系中，環境因素被列為首要因素。為了確保發射任務成功且在軌服役正常，有必要明確定義環境，并縝密預測極端情況；通過分析計算確定超出這些極限的裕度以及持續時間，從而給出保守的設計和試驗要求。除了發射和在軌環境外，裝備還必須承受從制造、處理、測試和儲存等流程環境中引發的問題，見表1。

2.性能層面

航天裝備除了必須經受住來自環境的苛刻考驗外，還必須具備達到特定性能的指標要求。在單機、部組件、分系統等開展性能試驗時，應當在合適的環境下明確測試內容，完成所有單元（主要單元和冗余單元）的正確操作，并在可行范圍內執行所有指令和操作模式，同時利用儀表、接口類組件配合完成測試，后續還需驗證最大與最小極限范圍內的相關性能。性能試驗期間采集的數據將用于支撐各單機、部組件、分系統的鑒定工作，更新或驗證運行狀態下的單機、部組件、分系統的預測模型，以及為地面測試條件進行適當調整時提供參考。此外，在裝備集成之前，有必要對所有主要、冗余硬件和軟件功能的正確操作進行分級演示，以避免因操作不當導致性能無法正常發揮的情況。

3.系統層面

單機、部組件、分系統的功能通過性能層面得到測試驗證，系統層面則關注于裝備各分系統集成后的總體功能與性能，同時還要重點關注各分系統的接口測試，從而充分發揮裝備的實際性能與作戰能力（見圖1） 。系統間測試不僅局限于航天裝備的系統功能，還需要地面、空間、用戶等配套系統來共同完成。首先，分別建立各對口分系統與地面、空間、用戶等系統的鏈接，測試其鏈接性能：其次，需要關注多條鏈接一起運行時的性能影響，這些測試使得驗證特定系統功能需求與外部接口需求兼容性成為可能；最后，根據作戰場景，將測試采集的數據用于評定裝備實際性能，并按需開展相應的備份工作，同時將其用于更新后續新研系統性能模型。

4.發射場層面

航天裝備運到發射場后的測試有3 個基本目的：一是要確保航天裝備在出廠運輸過程中沒有損壞：二是要確保發射場基礎設施能夠保障發射任務順利開展；三是要確保航天裝備加注燃料后的安全狀態。發射場測試對于評估發射任務系統的完成程度和發射資源系統的利用程度具有重要意義，同時也是縮短研制周期性、提升方案可行性的有效途徑。

5.在軌層面

航天裝備順利入軌后的運行狀態測試也是美軍試驗鑒定體系的重要環節。通過在軌測試裝備的主要系統功能，對航天裝備是否按設計實際運行進行判斷，為航天裝備發揮期望效能提供科學依據。該測試包括3 個主要測試階段：一是初始化狀態下實施檢查確認；二是正常運行狀態下實施操作和維護；三是異常狀態下實施特殊故障排除。

表1 不同階段的環境分析

圖1 系統層面測試流程

二、幾點啟示

隨著我國加速由航天大國向航天強國邁進，國家對先進的批量化航天裝備的發展，以及保障進入空間、探索和利用空間資源的能力提出了更高、更廣泛的需求，對我國航天裝備試驗鑒定工作的迅速實施提出了更嚴峻的挑戰。通過研究美軍航天裝備試驗鑒定體系的相關內容，分析其方式方法與成功經驗，有助于對我國航天裝備試驗鑒定工作的開展提供參考借鑒。

1.加強頂層政策指導

航天裝備試驗鑒定工作作為國家級系統工程，是我國對航天裝備又好又快發展的意志體現，需要頂層政策進行統籌規劃。航天裝備試驗鑒定工作需要經歷長期的發展過程，頂層政策需要與時俱進，多輪迭代，保持長效。因此，急需利用頂層政策的威懾力，針對航天裝備試驗鑒定工作詮釋實踐的目標意義，完善部門運轉的職能制度，從而為各級工作開展提供指導依據，為各項措施執行注入驅動信心。

2.加強測試內容設計

航天裝備測試內容是為支撐裝備發揮功能性、適用性以及可靠性而開展的必要任務，能夠對鑒定評價數據的信息采集提供支撐。因此，測試內容可以看作是試驗鑒定工作中的關鍵環節之一，直接決定著整體工作的成敗。航天裝備試驗鑒定工作中的測試內容龐大復雜，需要加強測試內容分解設計，并結合裝備使用特征和期望效能，科學合理地完善測試內容，明確各級測試“干什么” 的問題。

3.加強測試流程優化

航天裝備測試流程是統籌規劃裝備測試內容，對全過程中的測試任務進行系統合理的劃分，明確各階段測試安排。為了更好地完成測試目標，充分發揮測試作用，避免測試中出現拖沓重復，有必要加強測試流程優化。基于先前完成的測試經驗，并結合后續需要開展的測試內容，通過多重創新對測試流程進行綜合優化，進而系統解決測試“怎么干” 的問題。

4.加強鑒定評價驗證

鑒定評價是試驗鑒定工作中另一個重要部分，航天裝備在完成一系列測試、投入批量生產前，需要鑒定評價工作，以確定裝備是否達到規劃要求，并體現出科研項目價值。因此，需由權威專業人員借助可量化、可考核、可執行的驗證措施，全面覆蓋鑒定評價流程，同時確保過程可重復、問題可追溯，進而加強鑒定評價驗證。

5.加強標準規范編制

標準規范是保證航天裝備試驗鑒定這項復雜系統工程能夠順利開展的重要基礎。加強標準規范編制，將試驗鑒定全過程中涉及的各責任主體的測試內容、測試流程、鑒定評價等相關對象進行標準化規范，建立可廣泛應用且方便管理的標準庫，可在一定程度上降低不確定性的出現，進而確保試驗鑒定工作成為有組織秩序、有嚴格把控的裝備活動。

我國航天裝備試驗鑒定工作的實施是快速提升裝備質量，顯著發揮裝備效能的直接手段，尚且需要經歷漫長的發展過程。通過對美軍航天裝備試驗鑒定體系中的相關內容進行解讀分析，找尋我國航天裝備試驗鑒定工作可借鑒的成功經驗和可行方法，筑牢我國航天裝備發展的新力量。