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以航天系统工程优势建造国际一流卫星导航系统
    日期:2010年05月28日    字体:【】【】【

  

    (本文作者 中国航天科技集团公司副总经理 袁家军)
  2000年10月31日中国第一颗导航卫星成功发射,拉开了我国卫星导航系统建设的序幕。北斗导航试验系统已经稳定运行了近10年,在我国国防和国民经济建设等多个领域发挥了重要作用。当前,中国北斗卫星导航系统区域系统进入密集组网发射阶段,同时全球系统也已开始全面实施。
  中国航天科技集团公司以北斗卫星导航系统研制建设为契机,创造性地运用航天系统工程理论和方法,坚持技术创新、产品创新、体制机制创新和管理创新,为我国卫星导航系统的发展作出了应有的贡献。
  中国航天系统工程是完成北斗导航系统的重要基础
  北斗卫星导航系统工程建设主要目标是突破以星座组网、高精度时空基准、星座自主运行为主要特征的关键技术,整合国内卫星导航资源,建成具有自主知识产权、技术先进、稳定可靠的卫星导航系统。中国航天科技集团公司在北斗卫星导航重大专项工程建设中主要承担卫星系统和运载系统的研制发射任务。
  航天系统工程理论和方法是以钱学森为代表的中国航天工作者在具体工程实践中,将科学技术创新、组织管理创新和体制机制创新有机结合,将还原论与整体论辨证有机地统一,形成的解决复杂工程系统研制与建设的集成创新的理论和方法。
  1958年,钱学森的《工程控制论》中文版出版,奠定了中国系统工程的理论基础。20世纪60至70年代,“两弹一星”等国家重大项目开始系统工程方法的摸索与实践。20世纪80至90年代,航天器型号设立总指挥和总设计师两条指挥线,明确了总指挥作为航天器型号负责人,型号系统工程与项目管理进一步发展。
  从20世纪90年代中期开始,中国航天系统工程进入全面发展阶段,形成了诸如“集同设计”、“重心前移”、“从源头抓起”、“零缺陷管理”的系统工程管理思想以及质量问题归零“双五条”、技术状态更改“五条”、“风险分析与控制要求”、元器件管理“五统一”等一系列方法规范。通过载人航天工程及探月工程等重大项目的实践,系统工程和项目管理理念和方法进一步改进,并不断向规范化方向发展。2006年10月,神舟六号系统工程实践荣获国际项目管理协会评选的年度唯一卓越大奖。
  经过54年的探索和实践,中国航天科技集团公司在航天系统工程方法、程序、工具、手段及团队建设、航天文化等方面形成了独特的核心能力,是完成北斗导航系统建设的重要基础。
  逐步形成了以研发为基础的发展战略研究能力、复杂航天系统数字化集同设计环境以及复杂系统可靠性设计方法和程序以及风险识别与控制能力,包括创立了“九新”分析方法、制定了航天型号风险分析与控制指南等。复杂系统精细化质量管理方法与程序,包括制定航天型号质量精细化质量管理要求、质量归零“双五条”、技术状态更改“五条”、元器件管理“五统一”和质量与可靠性数据包等。大系统工程及项目管理方法与程序,包括责任令和计划考核体系、项目经理负责制、航天型号管理规定、卫星和火箭研制程序、神舟飞船系统工程管理、航天型号项目管理手册等。
  还有经过飞行验证的技术、产品、管理标准和规范,经过飞行验证的型谱化成熟产品体系,航天器系统集成及地面验证能力:具备5个航天器大型AIT中心和2个运载AIT中心,具备年出厂20~25个航天器和20发运载火箭的总装、总测和试验能力。
  跨学科集成创新团队快速成长的管理模式:5个卫星总体设计部、2个运载总体设计部、8个型号系统级研发中心团队,以及总设计师、总指挥200多人和100多个配置齐全的项目管理队伍。
  此外,以航天精神、“两弹一星”精神、载人航天精神组成的航天“三大精神”为主的独特的航天文化也是航天系统工程的重要组成部分。
  北斗卫星导航系统建设面临的挑战和对策
  尽管中国航天科技集团公司在北斗卫星导航试验系统和区域系统建设中积累了一定的经验,但面对全球系统建设的特点和难点,仍然面临诸多挑战。
  一、面临的挑战:
  复杂系统工程组织管理
  作为涉及研制单位众多、组网卫星数量最多的宇航工程,传统的组织管理模式难以适应任务要求。需要在高效率顶层决策、各系统组织协调、举国体制效能发挥及项目精细化控制等方面进一步探索和实践。
  大系统总体方案优化
  信号体制、发射组网策略、入轨方式等因素协调和决策难度大,将直接制约卫星和运载系统方案优化和确定。
  如何建立开放的技术创新体系
  发挥中国航天科技集团公司的整体优势,并通过广泛的产学研合作集智攻关是工程建设的有效途径,但如何建立良性竞争机制,完善科学、技术和工程协调体系是当前面临的重要课题。
  复杂星座的控制与管理
  较之于区域系统星座在轨运行管理,全球系统在轨运行卫星数量多、覆盖面积大、运行控制模式更为复杂。因此,给复杂星座的在轨运行管理、技术支持和应急处理等带来很大挑战。
  关键产品国产化
  国内基础工业水平相对薄弱,部分国产化产品的研制进度、性能和可靠性指标、质量等级、供货能力等与工程建设要求尚有较大差距。
  二、采取的措施:
  提高复杂系统工程组织管理能力
  探索总体设计和系统集成联合工作模式,建立联合项目办。强化复杂系统顶层策划、系统抓总和高效决策能力;强化复杂系统全寿命周期风险识别与控制能力;强化项目研制全过程精细化管理能力。
  加强顶层设计,提高系统优化能力
  整合优势资源,组建导航卫星工程中心和运载火箭上面级专职研制队伍;对标国际一流水平,把握全球系统发展规律,加强系统顶层协同设计,优化设计方案,保证系统先进性;加强系统可靠性设计,识别风险和关键环节,保证星座和卫星系统高可靠;科学规划星座组网、补网和备份策略,确保星座系统的连续稳定运行。
  集智攻关,吃透技术
  发挥集团公司整体优势,广泛联合国内优势力量开展产学研大协作,突破关键技术;加强系统任务分析,合理分解技术指标;加强设计和可靠性的地面和在轨试验验证,充分验证方案设计正确性和产品可靠性;建立对导航重大技术问题的独立评估机制,提高工程建设风险的识别和控制能力。
  加强基础研究
  针对单粒子、表面充放电等空间环境效应开展试验与分析研究;通过建立卫星抗辐射技术国防科技重点实验室等手段,大力提升星上产品抗辐射能力;深入开展地面试验验证方法的研究和手段建设;加强在轨数据分析与应用,支持模型修正与设计改进。
  完善数字化设计与仿真验证平台
  加强数字化设计工具应用,提升设计、仿真验证能力;完善网络数字化设计环境,提高异地协同设计能力。
  实施国产化专项工程
  借助北斗卫星导航系统建设,推动关键产品国产化替代工作,加速核心元器件/部件国产化进程,改变受制于人的局面;充分开展地面及在轨试验验证,确保国产化元器件/部件的性能指标、可靠性满足工程需要。
  推进产品定型,加速提升产品成熟度
  充分继承成熟技术,做好产品定型与货架式产品管理,提高产品成熟度,满足长寿命、高可靠要求;制定产品成熟度规范和标准体系框架,形成“择优选用、系统最优”的工作机制,确保在短期内研制出高水平产品。
  加强精细化质量管理
  以产品数据包为核心,严格控制技术状态、强化产品工艺管理,精细化管理产品过程质量。
  建立面向小批量生产精细化质量管理程序与方法;建立全球卫星导航系统设计规范、产品规范、管理规范和产品保证规范等一系列标准体系。
  加强科研生产体系建设
  建立研制单位科研生产和质量管理体系项目全生命周期持续评估机制,持续提升管理成熟度;建立重大短线、共性问题识别与处理机制,控制项目运行风险:建立全生命周期管理信息化系统(PLM),实现项目高效管理。
  加速培养一流创新型团队
  加速培养和引进卫星导航领域领军人才;面向产业转型,实现系统研发、工程实施和产品保证队伍的分离;探索和研究适应大型复杂星座工程项目的队伍组织模式;加强航天精神、“两弹一星”精神、载人航天精神的传承,弘扬航天文化。
                       

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