運載火箭多任務并行出廠發射管理研究與實踐

◎北京宇航系統工程研究所 覃藝 金志強 賈大玲 劉琳 邢曉光

運載火箭多任務并行出廠發射管理研究與實踐

◎北京宇航系統工程研究所 覃藝 金志強 賈大玲 劉琳 邢曉光

作為我國現役運載火箭的主力軍,某運載火箭型號承擔了探月工程、“北斗”導航衛星工程等國家重大工程及其它軍用、民用和商業衛星的發射任務。自2006年以來,通過優化資源配置、挖掘生產潛能,同時開展了技術創新和管理創新等手段,該型火箭圓滿完成了2006～2007年、2010～2012年2輪高密度發射任務。從2015年開始至整個“十三五”期間,該型火箭的發射任務量還將進一步上升,全面進入第3輪持續高密度發射階段,各大工程快速組網、集中密集發射。

與第3輪高密度發射階段集中密集發射的需求相比,當前的運載火箭研制生產和測試發射主要存在以下4個方面的差距：

一是運載火箭產品質量不穩定,測試操作過程中容易發生質量問題,一旦發生質量問題,其處理過程會影響發射節奏,甚至造成高密度發射任務無法按計劃完成；二是原有的運載火箭研制生產和測試發射模式采用的是單發總裝測試與出廠發射一支隊伍執行一發任務的模式,一個月發射一次已經是單一系列運載火箭發射密度的上限；三是按照原有的發射任務專列運輸模式,一個專列負責運輸一發火箭,專列在發射場和研制單位之間往返需要一個月左右的周期,鐵路運輸資源無法滿足第3輪高密度發射階段集中密集發射的需求；四是以往的飛行結果數據獲取和分析評估方式無法滿足高密度發射飛行結果及時評判的要求。

在此背景下,在上級機關和用戶的大力支持與各協作配套單位的通力合作下,北京宇航系統工程研究所有針對性、有計劃、有組織地開展了相關研究。從火箭產品生產、綜合試驗、總裝、出廠測試及評審、專列運輸、測試發射等方面進行全盤統籌策劃,提出了多任務并行出廠發射的管理模式并及時在型號中推廣應用,滿足了高密度、快節奏的發射任務需求,為各大重點工程的圓滿完成和航天大國地位的提升作出了重要貢獻。

一、實施過程

1．總體策劃思路

在現有基礎能力水平的基礎上,為適應發射時間間隔短、多任務交替密集發射的形勢,型號項目隊伍經過多輪深入的方案論證,把突破點放在技術、管理和流程創新方面,提出了“嚴抓質量控制關鍵點,批量化研制生產,并行綜合試驗及總裝測試,出廠質量評審流程優化,2發同時出廠運輸,多任務交叉并行測試發射,飛行結果快速分析評估”的管理思路并進行實踐,達到2發火箭同時出廠、運輸、測試、交替發射的目標,以滿足第3輪持續高密度發射階段1年10余次發射、高峰時期平均17～18天發射一次的要求。

首先,通過抓產品質量控制關鍵點與對技術風險的有效管控,從問題的徹底解決入手確保產品交付質量和發射場操作測試質量；其次,通過實施組批生產和多任務并行總裝出廠,并加以出廠質量流程優化和專列運輸資源優化等手段,確?；鸺从媱潯匆蟪鰪S,使任務實現前提；再次,通過優化測試發射流程和人員動態管理,交叉并行測試發射提高任務效率,以滿足快速發射要求；最后,通過飛行結果數據快速獲取和分析,及時總結評估,為持續快節奏發射提供技術支撐。

2．實施內容

一是嚴抓質量控制關鍵點，確保產品質量。

產品質量是確保發射成功的前提,新形勢下的快節奏發射要求每一次發射均容不得任何閃失。因此,從抓產品質量控制關鍵點、技術風險有效管控及問題的徹底解決入手,探索型號任務成功的最佳路徑,提升質量工作效益,推進精益質量保證,確保產品交付質量和發射場操作測試質量。

通過質量頂層策劃,在每年初制定技術狀態基線和技術狀態變化表,將Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式、關鍵特性、不可檢測項目、強制檢驗點和連接部位量化控制（擰緊力矩）納入技術狀態基線中進行管控,對分系統級的重大技術狀態更改更要慎重決策,不僅加強對技術狀態變化的審查力度,更要全面規劃技術狀態更改實施的切入點。

在產品測試過程控制方面,重視測試覆蓋性分析,針對運載火箭特點解決產品可測性和優化發射場流程等問題。按照測試覆蓋“進行到底”的要求,建立了基于測試方法、測試狀態、測試環境、測試設備、測試指標的測試覆蓋性分析方法。按照工作項目覆蓋性確認準則和“五要素”分析方法,全面識別和清理產品出廠不覆蓋發射場測試、地面測試不覆蓋天上狀態、冗余產品措施不可檢測等項目,提出針對性方案,實現“出廠覆蓋靶場、地面覆蓋天上、測試邊界真實、冗余措施可測、測試項目覆蓋”的目標。

扎實推進產品研制生產過程精細化、量化控制,同時杜絕“成功疲勞”。將產品防雷、防雨、防水、防潮、防靜電、防多余物、防損傷、防病毒和人員防麻痹、防差錯、防粗糙、防漂浮等措施落實到產品研制生產與試驗的各個環節,確保組批生產順利完成和高密度發射任務圓滿成功,發射場和飛行質量問題呈現大幅下降趨勢,多發任務實現全生命周期“零故障”。

為適應高密度發射、快節奏研制生產的任務需求,建立了質量問題快速處理、快速歸零機制。針對研制生產、發射場和發射飛行過程中出現的質量問題,實施問題快速處理、快速剝離、快速歸零和“舉一反三”措施,縮短問題協調處理周期,并實施動態管理和信息集中管理。對于質量問題技術、管理歸零和其它型號發生的質量問題的“舉一反三”工作,要求在3天內限期完成。同時,為了確保質量問題歸零和“舉一反三”的徹底性,定期對相關單位歸零和“舉一反三”措施的落實情況進行檢查,確保糾正措施在后續產品研制生產中得到徹底落實；對共性問題進行綜合分析,通過研究改進和集中治理消除產品薄弱環節和問題隱患,杜絕類似問題再次發生。

二是通用化組批生產和并行總裝出廠。

為進一步提高研制生產效率,在統一火箭構型和單機產品技術狀態逐步固化的基礎上,改變原有的單發火箭、單件產品定制式研制生產的管理模式,實施了通用化組批生產和多任務并行總裝出廠管理模式（見圖1）。

在新的管理模式下,大部段和單機產品生產不再按單一任務發次管理,重點突出加強批產策劃和組織管理的理念,通用化單機（部段）按產品類型進行組批生產,即通用單機和部段產品生產裝配按批管理、按批驗收和按批交付；只與單一發射任務相關的專用產品或者特殊狀態產品,按單件進行定制式生產、單發交付。產品交付后,系統級綜合試驗及總裝總測采取2～3發交叉并行開展的方式進行。通過實施單機（部段）產品組批生產和多任務并行總裝出廠,大大提高了運載火箭研制生產效率,解決了多發任務同時交付出廠的問題。

三是型號出廠質量管理流程優化。

按照原有的質量復查和評審流程,每項工作的要求相對較多、工作有重疊、流程較復雜且工作效率不高,不能滿足平均17天一發的高密度發射任務需求。針對該問題,對全年的發射任務進行質量管理工作整體策劃,優化流程（見圖2和圖3）,將原來串行的出廠質量評審流程改成采取多任務并行同步開展質量復查、組批驗收、集中評審、聯合評審的流程,大大提高了型號出廠質量工作效率,為2發火箭同時出廠發射、提高發射任務執行效率奠定了堅實基礎。

四是2發火箭同時出廠運輸組織管理。

在高密度發射形勢下,型號總裝場地和鐵路專列運輸資源問題十分突出。在總裝場地資源方面,目前總裝車間只具備存儲6+2發火箭的能力（含在軌總裝2發）,而高密度發射要求高峰時段總裝車間有9發火箭的存儲需求（含2發火箭并行總裝和2發火箭并行測試的密集工作）,同時其它型號還有相當數量的火箭存儲需求,大大突破了總裝車間存儲能力的上限。在鐵路運輸專列資源方面,2015年下半年至2016年初有10次發射任務在7個月內集中發射,平均間隔17天一發,任務密集程度空前,同時總裝廠還需要專列安排其它產品運輸任務。按正常的專列運輸流程,一個專列從北京進行產品裝車、出發、進場卸車至返回北京至少需要25天時間,根本無法滿足17天一發的任務需求。

針對以上問題,策劃、優化總裝資源和鐵路專列運輸資源的利用,以滿足任務需求。一是采取一趟專列運輸2發火箭到發射場的措施；二是與研究院主管部門、中國航天科技集團公司、鐵路部門等單位加強溝通,保證按時發車,縮短辦理車運時間和專列返回的周期；三是與基地協調,對基地測試廠房布置進行優化,同時做好溫濕度環境、操作空間環境、人員資源等保障條件,達到2發火箭同時進場、卸車、停放、測試的要求。

五是多任務交叉并行測試發射組織管理。

為進一步提高發射場的測試發射效率、縮減人員,對發射場的測試發射流程和組織管理進行了改進和創新,實現了2～3發火箭交叉并行測試發射,同時能夠兼顧后方火箭研制工作,滿足了高強度、快節奏發射的需要。

繼續優化發射場測試發射流程,進一步縮減火箭測試發射周期。在滿足質量管理要求的前提下,合理優化測試流程安排,通過動力系統技術區測試、慣組單元測試簡化,使發射區總檢查測試由4次優化轉為3次,進一步優化了發射流程。

為進一步滿足17天發射一發的任務需求,采取技術廠房和發射陣地雙工位同時測試、2～3發火箭交叉并行作業的措施,一發任務在發射區一個工位測試,另外1～2發火箭在技術廠房進行技術區操作測試,同時另外一個發射工位也在進行地面設備恢復準備工作。

根據發射場技術流程優化及崗位工作特點,進一步優化發射隊組織結構、完善規范發射場的組織管理制度、縮減測試發射人員、實施人員動態管理。首先,圍繞發射場技術流程、操作測試和計劃、質量、技安管理等方面,進一步完善測試發射現場組織管理,確保發射任務現場實施更加順暢；其次,通過流程優化和崗位優化等方面進一步壓縮測試發射人員數量,并對發射隊人員實行動態管理,根據現場測試項目開展和完成情況合理調配隊員進場并返回研制單位；再次,通過發射場與研制單位之間的遠程網絡聯系,實現了前方發射隊人員和后方科研人員的遠程快速協同辦公,根據研制生產及發射任務的實際進展,前方人員在開展測試發射工作的同時兼顧其承擔的其它任務研制工作,必要的時候后方人員通過網絡支援前方的數據判讀、故障分析及決策工作。

六是飛行結果數據快速獲取和分析評估。

高密度發射要求及時進行飛行結果評判與任務總結評估,同時發現飛行中的故障和隱患,為問題歸零和后續任務剝離、“舉一反三”爭取足夠的時間,但是以往的發射遙測數據需要派專人去取,故發射后至少7天才能拿到飛行測量數據,至少15天才能完成飛行結果分析,已經不能滿足高密度發射的需求。為此,通過加速飛行數據的獲取與飛行結果分析等措施,將飛行結果數據獲取及分析評估時間縮短至5天左右,滿足了高密度、快節奏的發射任務需求。

二、實踐效果

通過改進運載火箭研制組織管理流程和模式,提出并實施了技術狀態和關鍵特性納入基線管控、測試覆蓋性“五要素”分析和改進、研制生產和測試發射過程精細化量化控制、質量問題快速處理和快速歸零管理等工作,確保產品交付質量和發射場操作測試質量；通過開展通用化組批生產和并行總裝出廠、型號出廠質量管理流程優化、2發火箭同時出廠運輸、多任務交叉并行測試發射、遠程快速協同設計及測試、飛行結果數據快速獲取和分析等方面工作,提升了測試發射效率。

通過創新管理,使該型火箭的發射密度、成功率均達到世界一流水平,取得的政治、經濟和社會效益顯著。自2015年3月開始實施至2016年初,已經創造了中國航天史上單一系列火箭型號最高密度發射的紀錄。同時,與往年平均每發火箭發生5個左右的質量問題相比,火箭研制生產、發射場和飛行中的質量問題呈現出大幅下降趨勢,11次發射任務中有8發火箭實現了從研制出廠至發射飛行全生命周期內零故障,其它3發火箭也僅發生了一個質量問題,保障了高密度任務的圓滿完成。

2016～2020年期間,該型運載火箭預計將執行50余次發射任務,年平均發射任務量10發左右,高峰期仍為17～20天一次發射。同時,預計這一時期中國的宇航發射任務總量將達到100多發,平均年發射任務在20發以上,其它宇航型號和武器型號也面臨短時間內密集發射的形勢,高強密度發射進入常態化。因此,運載火箭的多任務并行出廠發射管理成果將繼續應用于后續高密度發射任務,同時為其它宇航型號與導彈武器型號研制及國防工業領域其它工作提供參考和借鑒,具有重要的推廣應用價值。 ▲