基于“三高”標準的中國空間站建造和運營管理模式研究

胡海勇、石泳、聶小亮 /中國空間技術(shù)研究院

2020 年5 月8 日13 時49 分，新一代載人飛船試驗船經(jīng)過為期3 天的變軌飛行，成功著陸于東風著陸場設(shè)計區(qū)域，首飛任務(wù)取得圓滿成功，全面拉開了中國空間站在軌建造任務(wù)的序幕。按照中國空間站工程實施規(guī)劃，在空間站建造期間需實施11 次發(fā)射任務(wù)，包括1 次“天和”艙發(fā)射、1 次“問天”艙發(fā)射、1 次“夢天”艙發(fā)射、4 次貨運飛船發(fā)射以及4 次載人飛船發(fā)射。2022 年，中國空間站建造完成后，將迎來設(shè)計周期長達10 年的空間站運營期，開展一系列的空間科學試驗與宇宙探測任務(wù)，為此將需連續(xù)發(fā)射多艘載人飛船和貨運飛船，搭載航天員天地往返參與空間科學試驗和空間站在軌維修、運營管理，為空間站運送食品、設(shè)備、燃料、垃圾等貨物，型號任務(wù)發(fā)射密度高，且充滿了新技術(shù)、新任務(wù)和新挑戰(zhàn)。

在始終堅持質(zhì)量第一、安全至上的中國載人航天工程面前，如何在完成復雜任務(wù)的同時，實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高效益發(fā)展是一個值得深入研究的課題。

一、工程研制任務(wù)特點分析

中國空間站又稱“天宮”空間站，規(guī)模達100t，可為航天員提供110m的生活空間，運行于400km 的近地軌道高度。中國空間站建造和運營管理期間，將以北京航天城為中心，與天津、海南、酒泉、上海同步開展設(shè)計、總裝、測試、發(fā)射和飛控，任務(wù)并行程度高，協(xié)同緊密。

中國空間站建造和運營示意如圖1 所示，面臨的具體任務(wù)特點如下。

1.多地任務(wù)并行，資源保障要求高

空間站建造期間，“天和”艙、“問天”艙、“夢天”艙在天津和上海開展系統(tǒng)AIT 工作，載人飛船、貨運飛船在北京和上海開展系統(tǒng)AIT 工作，期間還有載人飛船在酒泉發(fā)射場執(zhí)行發(fā)射任務(wù)、貨運飛船在文昌發(fā)射場執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，存在多地同類型號多發(fā)并行工作的情況，對人才隊伍、地面設(shè)備、地面工裝等資源的配置和保障工作提出了很高要求。

2.批量特征明顯，產(chǎn)品質(zhì)量要求高

空間站建造期間，載人飛船和貨運飛船存在批量生產(chǎn)的特征，一批隊伍可能在同一周期內(nèi)并行開展多艘載人飛船和貨運飛船生產(chǎn)，這對原本要追求“穩(wěn)妥可靠、萬無一失”的載人航天質(zhì)量管理要求提出挑戰(zhàn)。

3.研制周期緊張，精細管理要求高

在中國載人航天歷史發(fā)展過程中，2 年內(nèi)（2016～2017 年）在最高峰時段發(fā)射了4 艘載人航天器，其中1 艘還屬于驗證型試驗返回艙。而在空間站建造階段，2 年內(nèi)要連續(xù)發(fā)射4 艘載人飛船、4 艘貨運飛船、1 艘“天和”艙、1 艘“問天”艙和1 艘“夢天”艙，研制周期較前期高峰時段縮短近2 倍，在運營階段還需要發(fā)射多艘載人飛船和貨運飛船用于運送航天員、補給貨物，這對工程研制進度的管理提出了更精細化的要求。

圖1 中國空間站建造和運營示意圖

4.任務(wù)聯(lián)系緊密，飛控能力要求高

在空間站建造和運營期間，“天和”艙、“問天”艙、“夢天”艙、載人飛船、貨運飛船需要對接成組合體，并長期共軌運行，飛行過程中的測控數(shù)據(jù)上下行、供電分配、供氣管理、信息系統(tǒng)等管理要素的內(nèi)在聯(lián)系非常緊密，對飛控試驗隊員管理整站的能力提出了很高要求。

二、載人飛船和貨運飛船組批投產(chǎn)模型

2020 年，空間站建造拉開序幕，載人飛船和貨運飛船告別單艙定制模式，開始進入小批量生產(chǎn)階段。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計文件和前期研制管理經(jīng)驗，載人飛船配套設(shè)備配套600 余臺、貨運飛船400余臺，另外載人飛船和貨運飛船艙體總裝周期和綜合測試周期均在3～6 個月、大型試驗周期為2～4 個月、落焊及回歸測試周期和出廠準備周期為1～2 個月、進場發(fā)射周期為2～3 個月，同時根據(jù)任務(wù)需要決定型號的在軌飛行周期。

基于以上主要管理參數(shù)，按照“提前3 年抓物資、2 年抓單機、1 年抓系統(tǒng)AIT”的管理經(jīng)驗，必須科學合理的調(diào)配資源，最大程度避免資源沖突，減少不必要的投入。以2 年一個周期進行滾動，第1 年齊套該批次元器件、原材料，每半年交付1 套載人飛船和1 套貨運飛船產(chǎn)品，2 年內(nèi)全部交齊該批次飛船，并備份一個載人飛船的組批投產(chǎn)管理模型。

三、高效率完成任務(wù)管理模型

面對日益繁重的工作任務(wù)，按照“1+2+3”（即“一個壓準壓實、兩個提高、三個狠抓”）的管理思路，如圖2 所示，筆者提出了高效率完成型號研制任務(wù)的管理方法。

1.壓準壓實各級崗位責任

統(tǒng)一工程全線認識，深刻理解空間站建設(shè)的重要意義，清醒認識任務(wù)的重要性和艱巨性，始終強化“每一位員工的工作與每個航天器的成敗密切相關(guān)，責任在身上、質(zhì)量在手中”的責任意識，始終保持“如履薄冰、如臨深淵”的風險意識。各單位領(lǐng)導要深入一線，親自檢查；各型號“兩總”要對重大風險進行深入分析、周密部署和嚴格管控；各級主任設(shè)計師要親自判讀數(shù)據(jù)并簽字確認；技術(shù)部門要發(fā)揮組織力量進行專業(yè)把關(guān)；管理部門要組織梳理好任務(wù)保障機制和緊急處理機制，應(yīng)對前、后方重大事件的處置要求。

2.提高組織級保障的力度

各單位行政一把手每月主持召開科研生產(chǎn)綜合例會，加強單位對科研生產(chǎn)的綜合管控；針對各型號研制過程中存在的重大風險、短線項目、質(zhì)量問題、資源保障，進行專題調(diào)度；對各型號間存在的共性問題進行協(xié)調(diào)解決，強化各型號間綜合統(tǒng)籌，確保研制任務(wù)順利推進；組織成立空間站工程各系統(tǒng)協(xié)同工作組、空間站工程系統(tǒng)間聯(lián)試工作組，對工程任務(wù)規(guī)劃、飛行試驗方案等技術(shù)問題進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；對系統(tǒng)間接口狀態(tài)進行統(tǒng)一管控；對測試設(shè)備（軟件）進行科學統(tǒng)籌。

3.提高單機產(chǎn)品驗收效率

圖2 高效率完成任務(wù)管理模型

組織成立產(chǎn)品驗收綜合調(diào)度組，嚴格產(chǎn)品狀態(tài)控制，統(tǒng)一通用產(chǎn)品技術(shù)指標、試驗條件、強制檢驗和驗收要求，對通用單機和關(guān)鍵通用模塊的狀態(tài)更改評審、超差偏離審批、質(zhì)量問題歸零和舉一反三進行統(tǒng)一管控。成立跨型號、跨專業(yè)和跨部門的產(chǎn)品質(zhì)量工作組，統(tǒng)一不同單位同類產(chǎn)品的驗收項目和檢查標準，統(tǒng)籌各型號通用產(chǎn)品和組批產(chǎn)品的研制計劃，統(tǒng)一組織到產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場開展關(guān)鍵通用產(chǎn)品生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的審查確認和產(chǎn)品實物驗收。

4.狠抓科研生產(chǎn)體系優(yōu)化

以科研生產(chǎn)任務(wù)為主線，統(tǒng)一管理動作、完善管理流程，強化人力資源、經(jīng)營財經(jīng)、設(shè)備物資、能力建設(shè)等對型號任務(wù)的業(yè)務(wù)支撐；強化發(fā)射場、飛控人員、地面設(shè)備統(tǒng)籌，提前落實保障條件；全面實施載人飛船、貨運飛船的組批投產(chǎn)與驗收、流水總裝與測試、滾動式進場與專業(yè)化飛控的組批研制模式；全面實施遠程測試模式，實現(xiàn)四地AIT 測試網(wǎng)絡(luò)互通；持續(xù)推進設(shè)計與測試崗位分離，減輕設(shè)計師測試跟產(chǎn)負擔；構(gòu)建常規(guī)在軌管理、空間站運營支持多項業(yè)務(wù)并行的在軌管理運營體系。

5.狠抓宇航智造工程實施

深入推動數(shù)字化工程建設(shè)，加強MBSE 工作頂層規(guī)劃，充分總結(jié)試點經(jīng)驗，形成“一套標準”“一套模型”“一套模式”；持續(xù)優(yōu)化EDS、PDS 等數(shù)字化工具，拓展多學科一體化協(xié)同設(shè)計，覆蓋更多專業(yè)、更多單位；打造智能測試系統(tǒng)，具備多個航天器并行智能化測試能力；深化管理信息化建設(shè)，提高型號研制過程管理效率。

6.狠抓短線項目計劃管理

各單位組織成立短線項目調(diào)度組，持續(xù)貫徹落實中國航天科技集團有限公司技術(shù)風險分析與控制要求、院長令等一系列行之有效的制度，緊盯風險項目和短線項目。主管領(lǐng)導靠前指揮，實施現(xiàn)場跟產(chǎn)，同時要求各單位組織專題調(diào)度會，狠抓短線，明確專項管理計劃；全面梳理研制工作，加強技術(shù)、質(zhì)量、計劃風險控制，從技術(shù)狀態(tài)管控、元器件原材料訂貨、產(chǎn)品研制和驗證、AIT 全過程策劃等方面提前安排工作項目和后續(xù)計劃，定期召開短線調(diào)度會，全力推進空間站工程任務(wù)計劃按期完成。

四、高質(zhì)量保證成功管理模型

面對政治工程必須成功的工作要求，按照“2+3+3”（即“兩個注重、三個嚴格、三個強化”）的管理思路，如圖3 所示，筆者提出了高質(zhì)量保證型號發(fā)射任務(wù)圓滿成功的管理方法。

1.注重問題舉一反三

成立由技術(shù)狀態(tài)委員會和各領(lǐng)域?qū)＜医M成的歸零工作審查組，統(tǒng)一收集和發(fā)布型號質(zhì)量問題信息、定位機理、歸零結(jié)論、舉一反三范圍和改進措施，確保各型號及時開展歸零和舉一反三；對關(guān)鍵單機和通用產(chǎn)品中歸零難度大、時間長、影響較大的質(zhì)量問題，組織型號“兩總”和專業(yè)專家全程參與現(xiàn)場跟蹤、問題定位、試驗驗證和歸零評審，確保徹底歸零；每月組織歸零工作組對各型號質(zhì)量問題的歸零機理和措施落實情況以及部內(nèi)外質(zhì)量問題舉一反三閉環(huán)情況進行審查，確保問題定期清零，不留隱患。

圖3 高質(zhì)量保證成功管理模型

2.注重飛行控制預案

以空間站系統(tǒng)為主導，聯(lián)合載人飛船系統(tǒng)和貨運飛船系統(tǒng)組建聯(lián)合飛控試驗隊，采用集中式或分布式飛控工作模式在北京中心和在軌航天器支持中心執(zhí)行任務(wù)。加強飛行程序復核、故障模式完善、應(yīng)急預案演練，同時組織各配套單位完成好地面數(shù)據(jù)的監(jiān)視和判讀，確保航天器在軌安全可靠運行。在非任務(wù)期間，由空間站系統(tǒng)牽頭組建專業(yè)技術(shù)團隊，在軌航天器支持中心進行技術(shù)保障，開展在軌狀態(tài)評估、維護維修任務(wù)地面驗證、故障輔助分析與處置、在軌物資管理等工作；形成分布、分級的飛控支持工作模式，確保空間站飛控任務(wù)順利實施。

3.嚴格落實“四個流程”管控

落實中國空間技術(shù)研究院院長“一號令”文件要求，制定發(fā)射場技術(shù)流程、計劃流程、產(chǎn)保工作流程、技術(shù)安全工作流程，并通過專項評審確認，進場前進行專項審查。發(fā)射場期間，嚴格按照“四個流程”安排各項工作，對可能發(fā)生的流程變更情況，加強影響分析論證，嚴格流程管控，確保發(fā)射場工作技術(shù)狀態(tài)受控。

4.嚴格推動“四項制度”實施

整船AIT 總裝測試過程中，堅持次日工作推演制度，對次日工作進行逐項推演，分析討論風險點和控制措施，確保操作萬無一失；堅持班前會和班后會制度，班前會上對當天工作項目及風險點進行提醒，班后會確認執(zhí)行結(jié)果；堅持結(jié)果比對制度，每項操作和測試項目完成后，將結(jié)果與北京地區(qū)實施結(jié)果進行比對，確保結(jié)果的一致性；堅持關(guān)鍵過程控制和確認制度，對發(fā)射場總裝過程關(guān)鍵檢驗點、強制檢驗點、不可測項目措施落實情況進行檢查確認。

5.嚴格控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程

各配套單位組織成立過程控制檢查組，在單機生產(chǎn)階段針對關(guān)鍵新研和問題多發(fā)的單位和產(chǎn)品，重點從供電安全間距、多余物控制、防靜電措施以及特殊工藝檢驗檢測方法4 個方面，組織對單機關(guān)鍵特性的準確性、生產(chǎn)工藝的量化程度和試驗覆蓋的全面性進行復核和檢查，與生產(chǎn)進度有機結(jié)合，將檢查重點前移至二、三次外協(xié)的關(guān)鍵通用部組件研試過程。AIT 階段對各載人航天器共性的AIT 專項測試、禁發(fā)指令、風險操作、多余物控制項目、極性測試和安全風險項目組織審查，從崗位職責、操作工具、執(zhí)行文件、工作環(huán)境、檢驗方法等方面完善管控標準，納入“四個流程”，在各型號AIT 研制過程統(tǒng)一實施，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

6.強化關(guān)鍵設(shè)計復核復查

開展型號研制產(chǎn)品保證再復核、關(guān)鍵單機關(guān)鍵指標復核、飛控故障預案設(shè)計與驗證復核、自主軌控與高速再入控制設(shè)計再確認、系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)計裕度復核、發(fā)射飛控及回收操作風險識別與控制等復核復查，通過采取扎實有效的質(zhì)量管控措施，確保發(fā)射任務(wù)圓滿成功。

7.強化發(fā)射場“四查兩比雙想”

策劃覆蓋技術(shù)區(qū)和發(fā)射區(qū)的“四查”項目，確保專項測試及操作前人員、依據(jù)文件、工具和地面設(shè)備準備到位，狀態(tài)受控，確保實施結(jié)果滿足要求；開展發(fā)射場各階段測試數(shù)據(jù)與北京地區(qū)數(shù)據(jù)縱向比對，開展GNC、測控、能源管理、熱管理4 個功能項的繼承類產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)與“神舟”十一號載人飛船和“天舟”一號貨運飛船數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ龋婚_展總裝測試階段、加注扣罩階段、待發(fā)射階段3 個階段的“雙想”工作。

8.強化發(fā)射場技術(shù)風險管控

根據(jù)載人航天工程辦公室、航天科技集團、研究院等上級單位下發(fā)的關(guān)于發(fā)射場技術(shù)風險分析與控制相關(guān)要求，以發(fā)射場4個流程為主線索，針對總裝、測試、加注、大系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性和匹配性、轉(zhuǎn)場及發(fā)射等主要環(huán)節(jié)，開展風險項目識別，制定控制措施并在發(fā)射場期間進行落實。

五、高效益建造運營管理模型

載人航天工程長期引領(lǐng)著眾多新技術(shù)和新領(lǐng)域，被眾人追崇為“高大上”的行業(yè)，但現(xiàn)實是載人航天的許多技術(shù)早已應(yīng)用到尋常百姓家的日常生活。比如，航天員在軌骨丟失防治技術(shù)，已應(yīng)用在老年人骨丟失治療；航天員在軌用的食品壓縮技術(shù)，已應(yīng)用到方便面干葉菜制作；航天員在軌健康檢測技術(shù)，已應(yīng)用到醫(yī)院的重癥監(jiān)護病房。開展載人航天工程，無疑可以在相當程度上帶動基礎(chǔ)科學研究和材料、電子、機械、化工等方面技術(shù)的發(fā)展。面對高效益開展工作的形勢要求，按照“1+3”（即“一個大力、三個深入”）的管理思路，如圖4 所示，筆者提出了高效益建設(shè)和運營空間站的管理方法。

1.大力推動空間大平臺應(yīng)用

中國空間站作為中國最大的空間應(yīng)用平臺，不僅要服務(wù)空間技術(shù)探索，還要服務(wù)國家國防建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展。在確保平臺安全穩(wěn)定運行的同時，要深入分析空間站在軌可用空間、供電能力、信道帶寬、光學設(shè)施等資源利用空間，充分挖掘大平臺的潛力，會同各科研院所、高校、企業(yè)等自然人，提出大平臺應(yīng)用金點子，采取“揭榜掛帥”的形式，充分發(fā)揮好中國空間站這個大平臺的作用。

2.深入航天育種技術(shù)研究

航天育種技術(shù)一直是植被研究者促使植物基因誘變的有效手段，科學家們先后通過利用返回式衛(wèi)星、“神舟”載人飛船、“天宮”空間實驗室及新一代載人飛船試驗船等航天器，搭載了一系列作物種子和植物材料，并在太空開展了空間誘變實驗，返回地面后，科學家們對其開展了幾代地面培育和正向篩選。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前有超過200 余種經(jīng)過航天育種推出的新品種通過了國家或省部級評審。經(jīng)初步測算，航天育種創(chuàng)造的直接經(jīng)濟規(guī)模大于2000 億元人民幣。后續(xù)，要繼續(xù)深入開展航天生物育種技術(shù)研究，培育更具意義和高科學價值的產(chǎn)品。

圖4 高效益建造運營管理模型

3.深入空間科學技術(shù)研究

中國空間站將在軌部署微生物、植物、醫(yī)學、微重力、力學、天文學、材料等高水平的實驗設(shè)備，為廣大科學家提供優(yōu)越的空間實驗條件，用以解決大規(guī)模空間應(yīng)用問題，且空間科學研究的應(yīng)用前景十分廣闊。比如，空間生物學研究可以為培育優(yōu)良物種、探索疾病機理、研發(fā)生物藥物、改進人類健康而服務(wù)；微重力流體與燃燒研究可以促進新型清潔能源開發(fā)、改善地球環(huán)境；空間材料研究可以改進地面材料加工與生產(chǎn)工藝，研發(fā)與生產(chǎn)先進材料，推動工業(yè)技術(shù)進步。

同時，空間站資源十分寶貴，所有上行的空間科學驗證項目需要經(jīng)過慎重遴選，追求產(chǎn)出一大批重大科學成果，突破一大批核心關(guān)鍵技術(shù)，獲得一大筆經(jīng)濟和社會效益。

4.深入天體探測技術(shù)研究

中國將在空間站運營階段部署一個巡天望遠鏡，該望遠鏡在天文學和物理學研究方面屬于國際上最先進的空間天文臺之一，分辨率將與著名的“哈勃”望遠鏡相同，但單次視場范圍將是哈勃望遠鏡的300 多倍，這將促進人類對生命起源、天體起源、宇宙起源、暗物質(zhì)等重大科學現(xiàn)象的研究，將推動人類對自然本質(zhì)進入更深層次的認識，對整個物理學、天文學和人類社會的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用，后續(xù)必須深入實施。