低軌衛星互聯網星座試驗星生產模式研究

朱開鼎、張海江、楊軍、張鴻鵬、梅迪 /中國空間技術研究院

目前，全球多個國家都提出了低軌通信衛星星座計劃，國外宇航公司發揮其顯著系統優勢及強大工業基礎，已具備了快速進入空間、高效利用空間的先發優勢，通過“星鏈”（Starlink）等低軌衛星星座密集部署，將進一步掌控全球衛星軌道權益及數據網絡資源，對我國系統用天及空間技術產業發展帶來新的挑戰。

低軌衛星互聯網是衛星通信和互聯網融合的新型網絡，是國家空間基礎設施的主要組成部分。我國正處在實現中華民族偉大復興“中國夢”的關鍵歷史時期，建設我國自主可控、全球覆蓋、天地互聯的全球衛星互聯網系統，是我國新時期需求推動和技術發展的必然結果。我國低軌衛星星座系統必須按照“國家引導、市場主導、創新驅動、安全可控、融合發展”的原則開展建設，是面向國家戰略需求和全球化發展趨勢建設的全球覆蓋、互聯互通的空間網絡系統。真正適合我國國情、符合國際發展趨勢、能夠滿足國家需要的空間互聯網星座系統應滿足幾個特點：①全球覆蓋空間組網，滿足全球用戶分布不均勻，目標市場分布不均勻的實際情況，顯著改善有效容量；②政商融合，滿足國家戰略站位，確保優質客戶服務；③隨遇接入，站位國家戰略，滿足移動用戶和物聯網用戶泛在通信的目標，一次建設實現寬窄結合的目標；④分階段實施，滿足商業投資回報周期的需求。

一、低軌衛星互聯網星座試驗星研制特點

為滿足后續星座批產要求，應提前投產星座試驗星用以驗證相關關鍵技術和提供在軌測試，面對當前國際低軌星座激烈的競爭形勢，衛星互聯網星座試驗星具備的特點如下：

1.衛星功能復雜，技術跨度巨大

功能覆蓋通信、導航增強、航空監視等眾多領域，整星采用高性能多波束天線、千路以上的路由交換等技術，技術狀態新、集成度高、難度大，性能比肩國際一流，衛星一步正樣研制風險大。有效載荷采用全數字處理載荷架構，可實現載荷星上再生處理與組網交換，其數據處理和交換容量達到國內最高水平。

2.周期異常緊張，遠超研制常規

星座試驗星研制從合同簽署到發射周期極其緊張。載荷關鍵單機研制難度較大，存在技術上產品實現難度大、管理上不可控因素多，進度壓力大。

衛星互聯網系統試驗星及后續星座研制任務具有系統性強、技術復雜、競爭激烈、周期緊張、任務繁重等顯著特點，對科研模式、生產能力和快速組網運行都是一個巨大的挑戰。為落實好“高質量、高效率、高效益”的要求，積極推動衛星研制模式轉型，必須采取面向商業航天、適應批產研制模式的研制管理措施。

3.批產要求很高，兼顧質量成本

衛星設計與研制過程中必須遵循批量化生產制造，高質量、長壽命和高水平的成本控制。

二、低軌衛星互聯網星座研制管理策略

衛星互聯網系統試驗星及后續星座研制任務具有系統性強、技術復雜、競爭激烈、周期緊張、任務繁重等顯著特點，對科研模式、生產能力和快速組網運行都是一個巨大的挑戰。為落實好“高質量、高效率、高效益”的要求，積極推動衛星研制模式轉型，必須采取面向商業航天、適應批產研制模式的研制管理措施。針對星座研制特點，結合研制模式轉型需求，星座研制管理的整體策略主要為以下4 個方面。

1.研制理念先進

在充分繼承中國空間技術研究院航天器研制成功經驗的基礎上，按照雙“1+6+2”標準進行研制。一方面，按照宇航產品“1+6+2”規范要求進行可靠性設計；另一方面，創新性建立星座系統“1+6+2”準則（先進性+ 面向用戶、面向市場、面向成本、面向制造、面向集成、面向驗證+智能化、工業化）。

2.研制模式創新

各分系統/專業集成設計。充分考慮衛星功能性能的先進性、高性價比和生產線可制造性，實施高度集成設計，多學科優化。

系統直接面向產品。多分系統/專業協同，通過試驗系統建設，逐步建立系統直接面向單機的研制模式 ，統一制定產品性能規范、工作陳述、試驗矩陣及試驗計劃；同類產品統一機電接口、可插拔互換。

多供應商競爭性配套。試驗星階段采取多家配套，單機統一接口設計。后續組批生產階段擬采取“競爭采購、一次投產、分組交付、滾動備份”策略。

3.研制流程優化

（1）設計流程優化。采取多分系統/專業同源集同設計，充分考慮面向制造的設計；

（2）制造流程優化。面向生產線的總裝與測試流程一體化設計，采用艙段解耦、模塊研制、并行總裝、一鍵測試、自動判讀等；

（3）試驗流程優化。針對短周期開發特點，研制模式創新，采取工程星、VPI 平臺并行驗證思路，優化試驗矩陣及試驗條件；批產階段強化單機/模塊驗證，提前發現工藝問題，系統級試驗隨成熟度逐步裁剪。

（4）發射流程優化。太陽翼、天線發射場不展開；衛星發射不加電，自主變軌。

4.實施工業生產

試驗星與生產線同步建設及驗證。通過試驗星研制打牢生產線設計基礎；生產線階段采取試驗星和工程星開展上線實操驗證，確保實現工藝、參數和文件的量化及固化，為后續組批生產打牢基礎。

批產階段采用生產線研制模式。以“效率優先、質量可控、成本合理”為目標，以“集約制造、智能制造、精益制造”為總體思路，在天津建設國際一流的現代化生產線。

三、低軌衛星互聯網試驗星研制任務及過程管理

試驗星衛星由有效載荷和平臺兩大部分組成。平臺包括結構、熱控、姿軌控、供配電、信息等5 個分系統；有效載荷包括通信載荷（包含寬帶通信、移動通信、星間組網功能）、位置服務載荷（搭載項目）等，根據不同研制要求進行差異化配置。平臺各專業采用通用化設計理念，根據有效載荷特點和對平臺的能力要求做適應性更改。衛星研制主要創新點見表1。

表1 衛星研制主要創新點

1.單機、部組件研制流程及特點

結合衛星研制流程及生產線設計理念，單機/模塊持續穩定供貨及生產節奏匹配是整星生產線高效運行的前提條件。其中，有效載荷單機配套是生產線正常運行的重點與難點，需重點關注。針對單機研制配套，試驗星具體思路與原則包括以下幾個方面。

（1）總體及各分系統/專業集成設計。對標國際，以系統最優為原則，打破傳統分工壁壘，進行集同設計，總體與各專業、單機研制單位一起制定單機/模塊的性能規范、試驗矩陣、試驗計劃、測試細則、工作陳述等，實施標準化的測試與性能驗證。不同供應商產品機電接口統一，可插拔互換。

（2）產品配套立足國產，確保自主可控。推動我國基礎工業發展和能力提升，產品研制要以自主可控要求為指導，立足國產，確保過程可控。

（3）適度鼓勵多家競爭，擇優采購。建立多供貨商模式，實施擇優采購機制，產品定型后采取“批次采購、按需交付、滾動備份”模式，按批量生產，形成貨架產品。

2.進度管理措施

（1）頂層策劃充分，分階段逐步實施

在全生命周期策劃基礎上，針對衛星具體研制階段及專題工作項目，項目辦組織開展專項策劃，分階段形成衛星計劃流程，提前落實好保障條件。

（2）采取專題調度會機制

考慮到為扎實推進各項工作，項目采取院級周調度例會機制，每周組織各責任單位針對衛星詳細設計、產品研制、物資保障和整星AIT 等工作開展專題協調，確保各項工作按計劃推進。

（3）開展年、月、周、日四級計劃控制，減小計劃偏差

項目辦根據型號研制任務要求，考慮其他型號資源占用情況，及時細化年度、月度、每周衛星研制計劃，參加通信與導航衛星總體部每周調度會開展部內協調，參加研究院研制月度例會開展院內協調，確保工作人員安排、環境試驗資源、測試資源不沖突；AIT 階段，細化現場工作周計劃、日計劃來指導衛星研制進度，主要確保總裝及測試人力資源、工裝等小型資源不沖突。通過四級計劃控制，全力做到集團、院級年度考核節點全部完成，整體計劃偏差小于15 天。

（4）堅持項目辦例會機制，不斷提高精細化管理水平

為按計劃完成各項工作，全面提升型號項目隊伍計劃管理水平，項目辦堅持每周召開項目辦例會，結合當前研制進展，深入分析計劃管理等薄弱環節，提出后續改進建議，不斷加強精細化管理水平。

（5）全面計劃考核，嚴格考核制度

將試驗星大系統協調相關計劃節點納入集團公司考核節點，確保工程總體各項系統抓總工作按計劃開展。對于院內研制單位，嚴格按照院考核節點和考核要求進行考核；對于院外研制單位，項目辦年初與各單位進行溝通后以專題計劃下發各承研單位；對于單位內部各研究室、中心，項目辦按照內部計劃管理要求細化年度考核節點。待辦事項及時納入考核節點，嚴格考核，確保計劃完成率達到95%以上。

四、研制管理結果

1.在總體設計及流程創新方面

（1）在充分繼承研究院航天器研制成功經驗的基礎上，按照雙“1+6+2”設計和制定研制流程，如整星及單機都要考慮成本設計，產品選用時加大成本評估值。以太陽翼用拉斷器為例，具有低沖擊、低成本、高可靠等特點，成本可降至原成本的40%；

（2）充分考慮衛星性能的先進性、高性價比和生產線可制造性，實施高度集成設計，載干比超過了40%；

（3）直接面向單機，統一組織制定產品性能規范、工作陳述、試驗矩陣及試驗計劃，產品接口一致，可互換，實現多供應商競爭性配套機制；

（4）充分考慮面向生產線的總裝與測試流程一體化設計，艙段解耦、模塊研制，單板并行實施，獨立總裝、集成與測試，實現了解耦生產；

（5）針對短周期開發特點，研制模式創新，采取工程星、模擬驗證平臺并行驗證思路，優化試驗矩陣及試驗條件；

（6）批產階段，衛星加注在出廠前完成，在發射場太陽翼及天線不展開，整星發射場周期大幅縮減，發射階段支持不加電、自主變軌等能力；

（7）星座具備全自主任務規劃功能，地面系統控制中心通過信息化和智能化等手段，可以實現長期無人值守、降低在軌運維成本。

2.在元器件方面

面對商業化競爭、短周期研制、高密度發射等需求，建立互聯網衛星CAST-H 選用規范及元器件優選目錄，開展統一選型審查把關，大幅壓縮元器件品種，優化元器件采購質保方案，有效實現成本控制和壓縮配套周期。

通過實施分級選用，降低宇航級元器件選用比例，預計元器件固有成本可降低50%以上；通過合理組批、大批量采購的方式，可有效提高采購規模效益，預計元器件采購價格可再降低30%；通過質量保證流程優化，減少重復傳遞和試驗，可將質量保證由原來的13 個步驟優化整合至6 項，預計質量保證效率可提升40%；通過建設互聯網衛星元器件采購與配套信息化平臺，可有效提高采購、質量保證、物流配套等環節的配套效率，預計配套周期可節省30%以上。

面對商業化競爭、短周期研制、高密度發射等需求，建立互聯網衛星CAST-H 選用規范及元器件優選目錄，開展統一選型審查把關，大幅壓縮元器件品種，優化元器件采購質保方案，有效實現成本控制和壓縮配套周期。

3.在研制管理方面

建立有效的型號計劃管控機制，進度管控規范有力，針對載荷進度短線采取“跟產、集同”工作模式，年內連續召開型號綜合周調度會和項目辦例會，全力推進型號研制進度實施；針對短線項目進行專題策劃，在型號研制初期識別出相關單機短線并制定了專題計劃，實行日報機制，保障了計劃的日清日結；在AIT大型測試和試驗階段，按照主線不停的要求，全力保證了整星進度需求。

面對低軌星座系統建設迅猛發展的態勢，后續要堅持系統思維，充分站位國家戰略，考慮發展急需，適應市場需求。與此同時，為適應星座批產任務，針對商業衛星大批量研制需求，急需創新研制模式，堅持“設計是源頭、流程是核心、配套是關鍵”的理念，建設智能化柔性脈動衛星生產線，發揮全產業鏈配套優勢，牽引拉動配套產品產能建設，積極探索全產業鏈協同配套模式，從“柔性、脈動、精益、定型、批次”等方面實現新突破，打造研制模式變革的“試驗田”，促進研制模式轉型升級，張開雙臂擁抱我國商業航天發展，積極應對低軌衛星星座快速發展的新挑戰。