在軌衛(wèi)星平臺在役考核標體系構建*

侯 煒 韋國軍 齊分嶺，2 邊曉敬 申 遠

（1.航天工程大學 北京 102206）（2.66389部隊 太原 030031）（3.31012部隊 北京 100080）

1 引言

近年來，我國裝備試驗飛速發(fā)展，試驗鑒定領域出現(xiàn)重大變化，對于裝備試驗鑒定體系制度有更高的要求［1］，在役考核作為性能試驗和作戰(zhàn)試驗的延伸，對裝備的改型升級提供支持和支撐。其中，在役考核指標體系作為在役考核工作的核心和基礎，其內(nèi)容設置是否科學、全面、合理，直接關系到在役考核的成效。衛(wèi)星在役考核工作中，平臺在役考核受到的關注和重視程度不夠，目前也沒有一套令研制方、鑒定單位和使用單位都能夠普遍認可的在役考核指標體系，構建一套行之有效的平臺在役考核指標體系已然比較迫切。本文研究了航天裝備指標體系構建的一般方法，并在此基礎上提出利用映射分解方法構建衛(wèi)星平臺在役考核指標體系，使指標與能力掛鉤，為后續(xù)優(yōu)化和評估提供支撐。

2 衛(wèi)星平臺在役考核必要性分析

在役考核定義中，在役考核的對象一般為裝備或者系統(tǒng)［2］，但衛(wèi)星是特殊的一類，實際上載荷與平臺是分成兩個部分組織實施試驗鑒定的，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前對航天器平臺在役考核進行專門研究較少，鑒定部門對于載荷的重視程度遠遠大于對平臺的重視程度。

應用衛(wèi)星的特點是種類多而數(shù)量少，特別是有效載荷種類繁多，要求各異，難以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。若效仿造車過程中底盤與載荷的關系，把平臺和有效載荷區(qū)別對待，平臺就像底盤需要盡可能實現(xiàn)標準化，使其對一定范圍內(nèi)的有效載荷具有通用性。目前中國空間技術研究院公用平臺包括CAST衛(wèi)星公用平臺系列［3］、地球靜止軌道衛(wèi)星公用平臺系列（DJS-1、DJS-2、DJZ等）、太陽同步軌道衛(wèi)星公用平臺系列（TTS-1、TTS-2）、小衛(wèi)星平臺CAST968以及返回式衛(wèi)星公用平臺FSW系列等。相應的平臺為了保障有效載荷有效發(fā)揮效能，也需要快速迭代。通過平臺在軌數(shù)據(jù)收集以及用戶反饋，單獨進行針對平臺的試驗鑒定活動，或許對平臺后續(xù)改型升級，提高交付質(zhì)量能夠起到更好的支持和支撐。

2.1 衛(wèi)星平臺試驗鑒定現(xiàn)狀

衛(wèi)星平臺的任務就保障作為應用系統(tǒng)的有效載荷完成各項任務和工作，從“能用”和“管用”的角度來分析整星的話，載荷無疑是核心要素，平臺只是起著保障作用，平臺穩(wěn)定運行的目的就是保障有效載荷的正常工作［4］。同時，平臺和載荷分屬兩個部門共同管理，這樣導致衛(wèi)星在管理過程中有分頭管理的特殊現(xiàn)象，在日常試驗過程中試驗方關注“用”較多，關注平臺本身的獨有的試驗鑒定較少。最后對于航天裝備來講，試驗鑒定存在特殊性，對于衛(wèi)星平臺如何開展試驗，如何采集數(shù)據(jù)，如何抽取結果可以借鑒的先例都比較少，被大家廣泛認可的平臺考核指標體系還尚未形成。以上原因都導致了平臺的試驗鑒定被忽視。

在衛(wèi)星日常運行過程中，從數(shù)量上看，衛(wèi)星故障或者異常絕大多數(shù)是由平臺的故障或者缺陷引起的。從硬件來講，平臺占據(jù)整星九成以上的分系統(tǒng)，在軌時間內(nèi)累計發(fā)生故障或者異常的概率和頻率也比載荷高，由表1可以看出，平臺在壽命期內(nèi)發(fā)生異常總數(shù)遠高于載荷自身異常。

表1 某系列通信衛(wèi)星壽命期內(nèi)異常數(shù)量統(tǒng)計

2.2 平臺對載荷的影響分析

平臺故障一般在壽命初期或壽命末期發(fā)生比較頻繁，其中壽命初期故障主要由器件、工藝導致，壽命末期故障由部件性能導致的較多，比如壽命末期電源故障往往需要調(diào)整衛(wèi)星能源使用情況。電源分系統(tǒng)故障或者蓄電池性能下降會導致衛(wèi)星觸發(fā)能源保護模式、蓄電池組測溫電阻失效、太陽翼帆板電流異常等一系列問題［5］。

除了平臺內(nèi)部原因，還有空間環(huán)境，操作不當、設計缺陷等其他原因會導致平臺出現(xiàn)故障。各種誘因?qū)е滦l(wèi)星平臺狀態(tài)異常統(tǒng)計如圖1所示，可以看出部件老化、空間環(huán)境、設計缺陷和工藝缺陷是導致平臺狀態(tài)異常的主要原因。這些平臺異常最終會成為衛(wèi)星整體的異常問題，影響衛(wèi)星的任務完成和狀態(tài)。

圖1 平臺異常原因統(tǒng)計圖

2.3 快速響應對平臺試驗鑒定存在需求

衛(wèi)星的快速響應是指衛(wèi)星能夠快速生產(chǎn)、快速發(fā)射和快速應用［6］。以遙感衛(wèi)星為例，現(xiàn)有在軌遙感衛(wèi)星都有特定性質(zhì)的觀測任務，在相應的觀測軌道上長時間運行，當出現(xiàn)突發(fā)狀況需要應急觀測時，利用現(xiàn)有在軌遙感衛(wèi)星變軌執(zhí)行新的任務會導致該衛(wèi)星既定的計劃發(fā)生改變，使得該衛(wèi)星綜合使用效能降低，同時還要支付高昂觀測代價。又或者重點監(jiān)測目標區(qū)域上空的在軌衛(wèi)星受到攻擊，形成天基系統(tǒng)功能缺失，需要緊急組裝、發(fā)射相應應急功能衛(wèi)星等情況。在以往衛(wèi)星發(fā)射準備時間長，不足以應對突發(fā)的戰(zhàn)爭和應對突發(fā)的危機的需求，也不足以滿足信息化戰(zhàn)爭對信息獲取時效性的要求，衛(wèi)星平臺是衛(wèi)星快速響應能力的基礎，平臺與載荷之間接口是否標準化、傳輸協(xié)議是否一致、機構結構是否匹配、信息鏈路渠道是否暢通都影響著快速響應的能力［7］。

除上述外，平臺在試驗過程中還存在如使命任務關系不明確、指標論證不充分、考核不全面等其他問題。

3 在役考核指標構建思路

3.1 指標基本概念

指標是度量事物屬性或事物之間關系的一種量化準則［8］。一般情況下，反映裝備屬性的指標可以分為基礎指標和派生指標。基礎指標是指可以直接度量的指標；派生指標是基礎指標通過一定的關系運算得到的指標；效能指標是一種特殊的派生指標，是由其它派生指標通過一定的關系運算得到的指標。從數(shù)學角度看，效能指標、派生指標和基礎指標是一個從高維度空間到低維度空間的映射，這種映射的邏輯關系通過層次表示出來，就是指標體系。裝備在役考核，考核對象是武器裝備，根本目的是科學鑒定，核心是指標。從鑒定定型試驗總案、在役考核大綱、在役考核實施方案和細則的擬制，指標體系都是其重要內(nèi)容之一。從在役考核數(shù)據(jù)采集、分析、評估到結論評判，包括考核科目設計，都是圍繞指標體系展開的。

3.2 在役考核指標設計思路

1）根據(jù)在役考核內(nèi)容構建在役考核指標體系相關的概念，如部隊適用性、質(zhì)量穩(wěn)定性等進行分析和定義，為后續(xù)設定指標體系構建提供理論支持［9］。

2）通過對作戰(zhàn)試驗和在役考核對試驗鑒定要求的分析，確定出影響裝備在役效能的主要因素，從中提煉出在役考核指標體系的一級指標。

3）以在役考核一級指標為出發(fā)點，參考衛(wèi)星整星在作戰(zhàn)試驗方面已有的研究成果，分解出具有共性的第二級指標，構建出兩層平臺在役考核指標體系基礎框架，作為具體裝備指標體系構建的依據(jù)。

4）進行梳理與分析，提出平臺在役考核重點關注的問題，在指標體系基礎框架的基礎上，運用基于映射分解構建指標體系的方法，最終構建出航天器平臺在役考核評價指標體系。

3.3 指標分解及其定義

依據(jù)在役考核的要求，可以從以下五個方面考慮在役考核的指標分解：一是裝備服役后滿足部隊使用、訓練、作戰(zhàn)等需求方面；二是從裝備性能和狀態(tài)的保持方面；三是從裝備與裝備編配的適應程度方面；四是從裝備與人、裝備與體系其他要素的結合方面；五是從服役期經(jīng)濟性方面。綜上所述，將在役考核指標的一級指標設置為部隊適用性指標、質(zhì)量穩(wěn)定性指標、裝備適編性指標、裝備適配性指標、服役期經(jīng)濟性指標，如圖2所示。

圖2 在役考核指標設置

在役考核一級指標定義：

部隊適用性是指裝備在用戶部隊中滿足部隊訓練、作戰(zhàn)使用需求的程度，主要考核裝備訓練、作戰(zhàn)、保障、環(huán)境等適用程度。

質(zhì)量穩(wěn)定性指裝備在使用一段時間后，其主要性能和狀態(tài)保持穩(wěn)定的程度。實際工作中，可以選用裝備的主要戰(zhàn)術技術指標，或者主要戰(zhàn)術技術指標的其中幾個，通過試驗觀察其與設計指標值相比是否有變化，可用衰減率來度量。

裝備適編性指裝備在編配到部隊服役的環(huán)境下，裝備與裝備操作使用人員的適用性，可用人員編制合理性等指標來度量。

裝備適配性指裝備在編配到部隊服役的環(huán)境下，裝備與裝備的適用性，可用裝備數(shù)量適當性、裝備與任務適用性等指標來度量。

服役期經(jīng)濟性指裝備在編配到部隊服役的環(huán)境下，作戰(zhàn)、訓練、保障等使用過程中的經(jīng)濟性，主要包括平均保障費用、平均壽命周期費用以及費效比等。

4 基于映射分解構建在役考核指標體系

4.1 提出在役考核重點關注的問題

平臺在役考核可以用以能力反推指標，那么就需要首先把在役考核重點考核和關注的問題提出來，并使這些重點關注的問題覆蓋在役考核的關鍵內(nèi)容［10］。以某型通用衛(wèi)星平臺為例，結合該平臺使命任務和日常在軌工作，提出對于平臺需重點關注的在役考核問題，如表2所示。

表2 某型通用衛(wèi)星平臺重點關注的問題

4.2 基于映射分解的在役考核指標體系構建方法

上述步驟已經(jīng)了解到我們在平臺在役考核工作中需要重點關注的問題，結合指標分解，運用映射的指標體系構建方法將重點關注的能力性能轉化為指標體系［11］，具體分為三個步驟：1）根據(jù)指標分解以及衛(wèi)星平臺關注的問題，給出映射的行和列；2）列出衛(wèi)星平臺的行（指標）和列（能力）之間的關系，并在交叉的方格內(nèi)打“√”，沒有兩者相對應的關系則不填留白；3）根據(jù)映射表中構建的對應關系，嘗試構建指標和能力的映射關系，并自下而上的推導出衛(wèi)星平臺在役考核指標體系，如表3所示。

表3 在役考核能力指標映射表

4.3 生成衛(wèi)星平臺在役考核指標體系

4.3.1 部隊適用性指標

部隊適用性主要包括平臺部分保障性指標和前期未能充分驗證的作戰(zhàn)使用性指標，以及前期平臺作戰(zhàn)試驗由于樣本數(shù)量、試驗環(huán)境受制未能測試的指標，都要納入平臺在役考核部隊適用性指標中來，在平臺在役考核指標體系中，我們主要考慮5個方面的二級指標和12個三級指標，如表4所示。

表4 部隊適用性指標

4.3.2 質(zhì)量穩(wěn)定性指標

質(zhì)量穩(wěn)定性主要是指平臺在服役部隊后，主要性能和狀態(tài)的保持程度。實際平臺在役考核工作中，可以選用平臺的戰(zhàn)術技術指標與實際采集數(shù)據(jù)的衰減率來衡量，在平臺在役考核指標體系中，我們主要考慮4個方面的二級指標和5個三級指標，如表5所示。

表5 質(zhì)量穩(wěn)定性指標

4.3.3 部隊適編性指標

裝備適編性是指裝備配備部隊后編配數(shù)量滿足部隊日常訓練和完成任務的程度，主要包括人員適編性、裝備數(shù)量適編性、任務適編性三個方面的指標，在平臺在役考核指標體系中，主要考慮3個方面的二級指標和9個三級指標，如表6所示。

表6 裝備適編性

4.3.4 裝備適配性指標

裝備適配性考察平臺與載荷、平臺與衛(wèi)星、平臺與地面應用系統(tǒng)的匹配程度，在平臺在役考核指標體系中，主要考慮兩個方面的二級指標和5個三級指標，如表7所示。

表7 裝備適配性指標

4.3.5 服役期經(jīng)濟性指標

服役經(jīng)濟性只要包括衛(wèi)星平臺壽命周期經(jīng)濟效費比情況，主要通過指標判斷平臺使用起來“劃算不劃算”的問題［12］。在實際調(diào)研中，衛(wèi)星平臺發(fā)射入軌后考慮其經(jīng)濟性較少，但對于后期改型升級仍有借鑒參考意義，主要考慮3個二級指標和6個三級指標，如表8所示。

5 結語

本文結合目前衛(wèi)星平臺試驗鑒定現(xiàn)狀結合當前天空激烈角逐的國際形勢分析了平臺在役考核的必要性，提出了平臺在役考核指標構建思路和原則，最后利用映射分解的方法初步構建了衛(wèi)星平臺在役考核指標體系，彌補了當前衛(wèi)星平臺在役考核指標體系的空白。但由于篇幅限制未能對衛(wèi)星在役考核指標體系進行優(yōu)化和評估，待后續(xù)進行拓展研究。

表8 服役期經(jīng)濟性指標