通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理

摘要 衛(wèi)星項(xiàng)目具有技術(shù)要求高、資金成本高、系統(tǒng)性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)性高等特點(diǎn)，隨著科技進(jìn)步和通信需求增加，通信衛(wèi)星的發(fā)展越來越得到重視。通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)是功能作用發(fā)揮的關(guān)鍵，分析在軌運(yùn)行階段風(fēng)險(xiǎn)，對降低通信功能故障率和提高衛(wèi)星運(yùn)行穩(wěn)定性具有積極作用。文章基于對通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理方法的探究，分析了通信衛(wèi)星功能需求和在軌運(yùn)行需求，對通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；運(yùn)用層次分析法對衛(wèi)星系統(tǒng)、地面站等風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，得出風(fēng)險(xiǎn)等級；結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施，以提高通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

關(guān)鍵詞 通信衛(wèi)星；在軌運(yùn)行；風(fēng)險(xiǎn)管理

中圖分類號 V57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2023）05-0017-03

0 引言

隨著衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展進(jìn)步和應(yīng)用的擴(kuò)展，通信衛(wèi)星逐漸廣泛應(yīng)用于政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、氣象等各個(gè)領(lǐng)域。通信衛(wèi)星項(xiàng)目具有技術(shù)要求高、工藝復(fù)雜、投資金額大、系統(tǒng)性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)性高等特點(diǎn)，而且衛(wèi)星發(fā)射之后，其在軌維修難度大，在軌運(yùn)行期間出現(xiàn)故障對通信衛(wèi)星功能作用發(fā)揮將產(chǎn)生重大影響。開展衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間的風(fēng)險(xiǎn)管理研究，制定有針對性的應(yīng)對措施，可降低在軌運(yùn)行期間故障率，提高衛(wèi)星運(yùn)行效能。

衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)管理研究領(lǐng)域歷來是學(xué)者專家重視的領(lǐng)域。孫紀(jì)文等[1]針對環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星特點(diǎn)，分析風(fēng)險(xiǎn)管理重難點(diǎn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，給出了風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施，有效降低了風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度；肖荃益[2]從全壽命周期角度出發(fā)，構(gòu)建北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，研究結(jié)果能夠有效推廣北斗系統(tǒng)使用范圍。季業(yè)[3]利用在軌衛(wèi)星控制系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)測模型。曾婷[4]利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立了衛(wèi)星天線裝配的人機(jī)環(huán)風(fēng)險(xiǎn)耦合模型，并對風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行重要度排序。任書儀[5]對低軌大型衛(wèi)星運(yùn)行過程中的碰撞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。從以上研究內(nèi)容可以看出，人們對衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)管理研究日漸重視，但是針對通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究相對較少。該文提出的通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理方法首先分析通信衛(wèi)星功能需求和在軌運(yùn)行需求，對通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別；然后運(yùn)用層次分析法對衛(wèi)星系統(tǒng)、地面站等風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，得出風(fēng)險(xiǎn)等級；并以××通信衛(wèi)星作為實(shí)例，進(jìn)行在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析評估，最后結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則，制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施，進(jìn)而提高通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

1 在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的目的是全面、準(zhǔn)確和系統(tǒng)地識(shí)別和分析通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)事故的可能風(fēng)險(xiǎn)因素，能夠?qū)υ谲夁\(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)有更加直觀、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。當(dāng)前，沒有相關(guān)歷史項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)信息資料的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法主要有德爾菲法、頭腦風(fēng)暴法和專家面談法。德爾菲法采取多輪次匿名反饋集中的形式，形成趨于一致的意見，有助于防止個(gè)人對結(jié)果產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)挠绊懀黾訑?shù)據(jù)準(zhǔn)確性。頭腦風(fēng)暴以會(huì)議的形式征求專家意見，有利于誘發(fā)更多的意見建議。專家面談法，以逐個(gè)征求專家意見的形式，獲得每個(gè)人的意見建議，綜合整理得出結(jié)論。為增加數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，避免專家之間的意見相互影響，該文選擇德爾菲方法，由風(fēng)險(xiǎn)管理項(xiàng)目組選定相關(guān)專家，參考相關(guān)資料、研究成果等結(jié)合通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行實(shí)際形成初步風(fēng)險(xiǎn)因素，然后采用匿名遠(yuǎn)程函詢的方式收集專家意見，經(jīng)過綜合整理后再匿名反饋給各位專家，再次征詢意見。如此反復(fù)，經(jīng)過五輪反饋，專家意見趨于一致，進(jìn)而為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)分析與評價(jià)提供基礎(chǔ)。

德爾菲方法的優(yōu)點(diǎn)：一是吸收了不同的專家預(yù)測，充分利用了專家的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí)，具有資源利用的充分性。二是采用匿名或背靠背的方式，能使每一位專家獨(dú)立地做出自己的判斷，不會(huì)受到其他繁雜因素的影響，具有分析結(jié)論的可靠性。三是預(yù)測過程必須經(jīng)過幾輪的反饋，使專家的意見逐漸趨同，具有最終結(jié)論的統(tǒng)一性。表1是根據(jù)德爾菲方法得到的通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行階段風(fēng)險(xiǎn)因素清單。

2 在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型建立

在得到通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素清單后，需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。建立系統(tǒng)、科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，是提高風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)效率和得到正確風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)。層次分析法是目前應(yīng)用較為廣泛的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法，能夠解決多準(zhǔn)則決策問題。層次分析法以逐層逐因素分析為核心，將復(fù)雜問題簡單化，是處理復(fù)雜化問題的有效方法。層次分析法將與決策問題息息相關(guān)、緊密聯(lián)系的原則分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層等層次，針對各層次因素進(jìn)行定性定量分析。各風(fēng)險(xiǎn)因素在層次分析過程中具有不同的重要性，故需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重計(jì)算。建立通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型的具體過程如下：

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)

層次結(jié)構(gòu)建立過程共三層，分別為目標(biāo)層、標(biāo)準(zhǔn)層和指標(biāo)層。較為常見的為目標(biāo)層，即研究過程預(yù)設(shè)的目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)層為目標(biāo)層實(shí)現(xiàn)過程中的中間環(huán)節(jié)，一般由多層構(gòu)成。指標(biāo)層為相對具體的決策和措施。

2.2 建立判斷矩陣

指標(biāo)層在目標(biāo)層的衡量和判斷過程所占權(quán)重不同，決策者在進(jìn)行指標(biāo)相互對比過程中，通過專家調(diào)查建立決策矩陣B=（aij）n×n，定義為1～9，矩陣倒數(shù)為標(biāo)度。

2.3 一致性判斷

一致性判斷能夠檢驗(yàn)所求權(quán)重是否滿足相關(guān)要求，符合一致性要求才能作為所求權(quán)重使用。首先計(jì)算判斷矩陣的最大特征值，然后計(jì)算一致性指標(biāo)CI，計(jì)算如式（1）所示。

（1）

式中，n——判斷矩陣的秩；λmax——判斷矩陣的最大特征值。利用CI計(jì)算RI，若RI＜0.1，則權(quán)重滿足一致性要求，否則需要重新構(gòu)建判斷矩陣。

3 實(shí)例研究

××通信衛(wèi)星為無線電通信中繼衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)地球與航天器之間、地球站之間的通信，按照運(yùn)行軌道劃分為中軌道通信衛(wèi)星。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系建立

由于通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間環(huán)境復(fù)雜多變，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)因素較多且相對復(fù)雜，在建立風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系的過程中，難以將所有風(fēng)險(xiǎn)因素全部考慮其中，結(jié)合通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素清單，根據(jù)系統(tǒng)性、獨(dú)立性、科學(xué)性、可操作性等指標(biāo)體系建立原則，建立通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，如圖1所示。該評估指標(biāo)體系包含3個(gè)一級指標(biāo)和10個(gè)二級指標(biāo)。

3.2 評估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

目前指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法較多，例如層次分析法、專家調(diào)查法、決策實(shí)驗(yàn)室分析法和熵權(quán)法等，每種方法都有自身的適用條件和優(yōu)勢特點(diǎn)。層次分析法是一種多層次權(quán)重解析結(jié)構(gòu)分析法，將定性與定量結(jié)合，將人的思維過程數(shù)學(xué)化、模型化和規(guī)范化，更加便于接受。專家調(diào)查法圍繞某一主題或問題，征求有關(guān)專家或者權(quán)威人士的意見和看法。決策實(shí)驗(yàn)室分析法通過系統(tǒng)中各要素之間的邏輯關(guān)系和直接影響矩陣，確定要素間的因果關(guān)系和每個(gè)要素在系統(tǒng)中的地位，是一種運(yùn)用圖論和矩陣工具的系統(tǒng)分析方法。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，具有較高的適用性，可以結(jié)合一些其他的方法共同使用。結(jié)合通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)際，選擇目前應(yīng)用最廣泛的層次分析法來計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重。具體計(jì)算過程如下：

根據(jù)通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)層次模型，結(jié)合研究問題實(shí)際，選擇5位領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行指標(biāo)評價(jià)，評價(jià)過程中運(yùn)用“1～9標(biāo)度法”，對各層次評估指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較分析，給出對比值。建立的標(biāo)準(zhǔn)層D和指標(biāo)層D1～D3的判斷矩陣如下：

通過Matlab軟件計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算結(jié)果為ωd1=0.21，ωd2=0.31，ωd3=0.48，一級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最大特征值為3.054，經(jīng)一致性檢驗(yàn)，CI值為0.027，滿足一致性條件。然后，依次對衛(wèi)星本體風(fēng)險(xiǎn)、衛(wèi)星測控風(fēng)險(xiǎn)和通信干擾風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)建判斷矩陣。運(yùn)用Matlab軟件計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重，然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得出風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)一致性檢驗(yàn)，各指標(biāo)權(quán)重均能通過檢驗(yàn)。權(quán)重計(jì)算結(jié)果如下：

ωd1=（0.4，0.6）

ωd2=（0.3，0.11，0.15，0.24，0.2）

ωd3=（0.34，0.15，0.22，0.29）

基于一級、二級風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重，得出通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系權(quán)重如表2所示。

由表2可知，準(zhǔn)則層中的通信干擾風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重最大，為0.48；衛(wèi)星測控風(fēng)險(xiǎn)為0.31；衛(wèi)星本體風(fēng)險(xiǎn)為0.21；指標(biāo)層中的自然因素風(fēng)險(xiǎn)最高，為0.164；數(shù)據(jù)程序風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重最低，為0.034。

3.3 模糊綜合評價(jià)

將FUSS相關(guān)理論轉(zhuǎn)換為專家評語集進(jìn)行通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，語義集為風(fēng)險(xiǎn)較小、風(fēng)險(xiǎn)小、風(fēng)險(xiǎn)適中、風(fēng)險(xiǎn)較高、風(fēng)險(xiǎn)極高，分別對應(yīng)1、2、3、4、5。利用風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重和專家評語集進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，共組織10位專家進(jìn)行評價(jià)，將評價(jià)情況轉(zhuǎn)換為小數(shù)形式展現(xiàn)，評價(jià)情況如表3所示。

由表3能夠得出準(zhǔn)則層隸屬矩陣，根據(jù)模糊評價(jià)向量計(jì)算公式Ci=BiRi求出準(zhǔn)則層評價(jià)向量分別如下：

C1=（0.052 8，0.086 4，0.060 4，0.060 4，0）

C2=（0.009 2，0.108 1，0.147 6，0.041 7，0.003 4）

C3=（0.027 8，0.07，0.153 8，0.165 3，0.049 2）

根據(jù)最大隸屬度原則，衛(wèi)星本體風(fēng)險(xiǎn)屬于較小，衛(wèi)星測控風(fēng)險(xiǎn)屬于中度風(fēng)險(xiǎn)，通信干擾風(fēng)險(xiǎn)屬于較高風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)指標(biāo)層模糊評價(jià)矩陣，推出準(zhǔn)則層模糊綜合評價(jià)矩陣如下：

準(zhǔn)則層權(quán)重向量如下：

ωD=（0.21，0.31，0.48）

故準(zhǔn)則層模糊隸屬矩陣如下：

C=（0.027 3，0.085 3，0.132 2，0.104 9，0.024 7）

根據(jù)最大隸屬度原則，通信衛(wèi)星在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)屬于中度風(fēng)險(xiǎn)，需要針對性制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對監(jiān)控措施，降低風(fēng)險(xiǎn)水平至可接受范圍內(nèi)。

4 風(fēng)險(xiǎn)管控措施

為有效地降低通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素水平，避免通信業(yè)務(wù)被影響，要結(jié)合通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行特點(diǎn)，針對已識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)因素制定風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

針對衛(wèi)星本體風(fēng)險(xiǎn)，主要是從提高衛(wèi)星自身可靠性、做好故障預(yù)防和提前變軌等方面著手；針對衛(wèi)星測控風(fēng)險(xiǎn)，主要是從規(guī)范化衛(wèi)星測控流程規(guī)定、加強(qiáng)自動(dòng)化識(shí)別錄入、定期做好元器件檢查等方面著手；針對通信干擾風(fēng)險(xiǎn)，主要是從預(yù)測干擾時(shí)間、強(qiáng)化天線功能、空間環(huán)境播報(bào)等方面著手，整體降低通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)水平。

5 結(jié)語

該文以××通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理為例，基于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評估和風(fēng)險(xiǎn)管控4個(gè)方面進(jìn)行梳理分析，并提出針對性管控措施，可為通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

作為一項(xiàng)典型的項(xiàng)目管理活動(dòng)，通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、持續(xù)的過程，務(wù)必對其進(jìn)行深入的分析和研究，采用將定性方法和定量方法相結(jié)合的形式，基于先進(jìn)的企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理理論，建立和完善風(fēng)險(xiǎn)評估、評價(jià)和決策體系，對通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施全面、持續(xù)和有效的管理，減少因風(fēng)險(xiǎn)造成的損失，提高通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

參考文獻(xiàn)

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