測控應答機去型號化工作的探索與實踐

/中國航天科技集團有限公司 /中國航天標準化與產品保證研究院

目前，我國測控應答機具有應用領域廣、承制單位多、型號應用需求差異明顯的特點，其設計研制過程仍采用“以型號任務為牽引、逐級研制交付產品”的傳統系統工程管理模式。在設計研制過程中，測控頻點、組碼等參數需求各異，帶來產品類型多、技術狀態繁雜、設計與生產狀態發散等問題；產品可靠性設計方面相對薄弱，帶來多種質量問題頻發、整機穩定性不夠等一系列問題。

綜合考慮這些特性與問題，在測控應答機的設計研制過程中引入去型號化工作的概念。開展去型號化工作的探索與實踐，優化了測控應答機的研制生產模式，提高了測控應答機應用的靈活性，縮短了測控系統研制周期，滿足了不同型號與用戶的需求，從而能有效應對型號高強度研制要求。

一、測控應答機現狀與存在問題

測控應答機是航天器平臺的重要組成部分，是測控分系統的配套產品，廣泛應用于遙感、通信、導航、載人航天和深空探測等領域。同時，測控應答機也是星地測控系統的關鍵部件，主要性能參數受地面測控系統以及衛星最終用戶制約。

目前，測控應答機的設計模式是典型的定制化模式。在確定航天器型號的性能指標后，對測控應答機進行設計研制，設計研制流程主要分為5步：一是用戶或總體確定航天器測控系統性能指標；二是總體根據測控系統性能指標，確定測控分系統指標；三是測控分系統進行指標分配，根據總體要求進行應答機選配，并提出單機研制技術條件；四是產品研制單位進行產品設計、元器件選用及采購、產品研制等工作；五是型號總體和分系統完成單機驗收，并進行交付使用。

基于上述設計研制流程，對目前測控應答機產品研制過程進行分析，總結得出以下5個方面的問題。

1．產品狀態不統一

測控應答機的具體研制技術條件需要根據平臺、衛星型號以及用戶的類別確定，導致研制輸入條件確定周期長，測控應答機的產品接口狀態、設計狀態、驗證條件以及測試條件呈現多樣性。

2．產品需多次鑒定

測控應答機原有狀態和鑒定條件是基于某一具體航天器型號確定的，在發生產品升級或狀態變化時需要進行不同程度的補充鑒定試驗驗證，導致同一功能的產品需進行多次鑒定，增加了產品研制成本。

3．產品交付周期長

當前測控應答機的內部頻率關系需要根據確定的工作頻率進行設計，一些部件不能提前訂貨，無法實現產品的滾動生產，延長了產品研制周期。

4．應答機參數設計不靈活

用戶提出在產品交付前確定測控工作參數，或在軌實現工作參數可調整的要求，而當前測控應答機在產品設計初期即確定了工作參數，后期更改將帶來成本和交付進度的雙重代價。

5．產品質量可靠性不高

產品狀態的多樣性使研制人員在產品設計中更關注產品的電性能設計，而忽略了可靠性方面，從而使測控應答機產品可靠性不高。

上述問題表明，當前測控應答機的設計及研制狀態僅能適應單臺套的生產模式，雖然測控應答機為型譜產品，但隨著新平臺開發和新型號的研制，常用測控應答機的功能和接口需求已經超出原有型譜規定的范圍，在具體型號研制過程中需對測控應答機產品功能性能或相關接口進行適應性調整，否則無法高效開展去型號化研制。

二、開展去型號化工作的原則與思路

測控分系統作為航天器四大關鍵分系統之一，其重要性不言而喻，測控應答機的去型號化工作是相對定制化模式提出的，在測控應答機研制生產環節取消型號屬性，不再與某一特定型號航天器測控系統的性能指標相關聯，而是設計面向多型號應用的通用產品。

在開展工作之初，首先明確開展測控應答機去型號化工作的原則，確定測控應答機去型號化工作的實施對象，并進行分類。應納入去型號化工作的包括：需求量較大、技術成熟和升級換代的測控應答機產品；有型號應用背景的新技術且技術條件統一的測控應答機；以數字基帶為主的統一載波體制(USB、UCB)應答機。不應納入去型號化工作的包括：全模擬式應答機；已經交付或在研的產品；新技術應答機應用型號較少且成熟度不高以及未來沒有型號需求的產品。

在確定工作原則的基礎上，合理選擇測控應答機去型號化的規格對象和技術路線，為后續去型號化工作的開展提供基礎。由于不同型號具有不同的應用需求，測控應答機頻點、碼組等指標往往需要改變，但其產品核心功能性能具有一定的通用性，不同型號應用需求的差異性可通過FPGA、ASIC、模塊化設計等技術手段加以解決。

測控應答機開展去型號化工作的具體思路概括為以下幾個方面：

頻點——通過對測控應答機上下行射頻流程設計調整，實現頻率可調，進而實現測控應答機上下行頻率的去型號化。

擴頻碼組——根據需要選配，在完成生產的情況下通過更改參數配置的方法更改擴頻碼，進而實現測控應答機擴頻碼組的去型號化。

供電電源——采用模塊化設計，保證多種規格電源可以互換，不受型號一次電源影響。

指令接口形式——提供多種形式的指令接口，以適應不同電壓、脈寬指令形式的需要，不同型號根據具體需求選配。

環境試驗條件——采取最大環境試驗條件包絡的原則，使其具備去型號化的能力。

研制流程——優化研制交付流程，確保產品數據包完備、有效及研制過程受控，進而做到產品保證到位，型號放心選用。

文件體系——統一同類測控應答機的文件體系，支撐去型號化組批采購與研制交付。

基礎產品——結合現有型號產品研制工作開展去型號化設計完善與必要的補充鑒定工作，以滿足不同型號和用戶需求。

三、測控應答機去型號化工作的實現方法

經過反復論證，總結概括出測控應答機去型號化工作的基本流程，如圖1所示。

1．梳理和確定去型號化產品規格

這部分內容包括應答機狀態的梳理、研究未來型號對應答機的需求和確定去型號化產品規格3項工作。在執行過程中，按照工作電壓、接口類型、接收靈敏度、總線類型等屬性對測控應答機進行規格以及狀態劃分。同時，梳理分析遙感、通信、導航、載人航天和深空探測等領域后續型號任務的使用需求，為后續測控應答機的技術發展提供方向性指導。

圖1 測控應答機去型號化工作流程圖

在梳理和分析的過程中，研制人員對去型號化工作的認識也在逐步加深，不再是單純按去型號化的概念對測控應答機產品進行設計規劃，而是結合具體型號情況與產品現狀不斷優化去型號化工作的產品規劃與實現方法。例如，2個單位使用不同類別的S頻段測控應答機產品，最初規劃一個規格去型號化應答機可以同時滿足不同單位的使用需求，但隨著去型號化工作的深入開展，一致認為由于2家用戶的功能需求存在一定差異并已各自形成了成熟產品，基于目前的技術體制，即使按模塊化思路進行去型號化設計改進并重新投產鑒定件，也不能很好地同時適應2家用戶需求，最終決定劃分為2個規格分別開展去型號化工作，從而節約了研制成本，提升了研制效率。

2．制定通用技術要求和驗收大綱

統籌開展去型號化測控應答機在產品技術要求、產品技術狀態管控、產品環境試驗條件和測試方法、產品數據包管理等方面的研究，明確去型號化測控應答機產品在后續選用、采購與過程監理等方面的相關管理要求，完成測控應答機產品通用技術要求、驗收大綱等文件的編制和評審，最終確定輸入文件狀態。在實踐過程中，重點開展以下4個方面的“統一”工作。

一是統一產品研制輸入。按照測控應答機“十三五”需求規劃，組織總體單位對各測控應答機產品技術要求進行統一。

二是統一產品技術狀態控制。將產品代號作為產品技術狀態的唯一標識，開展產品版本控制和技術狀態更改控制工作，避免同一產品代號下出現多種技術狀態。

三是統一產品環境試驗條件和測試方法。針對測控應答機未來可能用到的環境，組織產品研制單位與各型號總體協調，以達成統一的產品試驗條件，并在產品規范或試驗規范中落實；建立統一的測試驗證程序，形成細則并納入標準文件體系。

四是統一產品數據包管理。梳理測控應答機產品數據包清單，制定統一的過程記錄模板，確保各批產品信息記錄要求一致、可比對。在選用產品時，對產品數據包的相關內容進行事先確認，當存在分歧時，在任務指令下達前協調和提出個性化信息需求。

3．制定單機設計方案和產品規范

依據通用技術要求，對測控應答機進行單機方案設計，并以此編制設計報告、產品規范、可靠性安全性設計報告、技術風險識別與分析評價報告等文件，并通過組織評審。在上述過程中，重點開展了2項“統一”工作。

一是統一原材料和元器件的采購與復驗。對各型號原材料和元器件需求進行統籌，明確統一的采購和復驗要求，以標準或受控文件的方式遞交給采購方和復驗方。根據產品具體的訂單需求、物資訂貨周期及存儲周期等因素進行綜合分析、統一采購，探索建立可供生產線形成貨架能力的常備物資機制。

二是統一零部件產品保證要求。建立統一的外協產品保證要求，進行過程控制，實現供應配套的一致性。開展測控應答機組件產品組批生產，整機裝配前對組件功能、性能進行充分驗證和全面評估，避免造成批次故障。

4．產品組批采購

根據型號分工定點或招投標情況，完成采購經費協調工作，并對其結果進行審批及報備工作，完成后再進行合同簽署，并執行組批采購工作。

5．生產及驗收交付

采購方進行測控應答機的過程控制檢查，負責單機強制檢驗點等項目檢查，由型號與采購方協調下放補充技術要求，確定測控應答機頻率和擴頻碼組等參數，產品研制單位收到補充技術要求、完成參數確定后開展驗收級環境試驗，進行出所測試后完成產品研制。其中，重點開展了3個方面的“統一”工作。

一是統一產品生產計劃管理。規范通用產品生產流程，協調避免臨時確認環節出現，進而形成統一產品生產計劃，實現統一排產和管理。同時，根據統籌產品的相關需求，形成組批生產計劃，并且按照產品維度進行生產計劃維護管理。

二是統一產品生產標識。建立測控應答機產品生產基線，生產指導性文件需使用產品化標識，再按生產基線要求配置到生產線，并將其作為生產依據。為保證記錄與產品的唯一對應性和可追溯性，生產過程中保持記錄與產品唯一生產編號信息的一致性。

三是統一整機產品交付驗收程序。建立測控應答機產品與型號2級驗收機制，制定標準化的入庫驗收程序并實施。待交付型號明確后，依據相關文件確認產品對用戶的需求，履行交付驗收工作，并最終形成交付產品。

通過開展測控應答機的去型號化工作，初步形成了產品應用單位統一制定通用產品研制技術要求、產品研制單位制定通用產品規范并作為采購依據的工作程序；促進了型號需求與產品型譜的對接，進一步壓縮了測控應答機型譜產品規格，形成了去型號化測控應答機的文件體系，為后續型號總體實現高效、重復、穩定的生產奠定了基礎，促進了研制單位對產品通用性、可靠性等設計工作的關注度與能力提升。同時，開展測控應答機去型號化工作也為其它通用產品實施去型號化提供了有益借鑒，為后續通用產品訂單式組批采購、生產、驗收要求的完善與機制建立奠定了基礎?！?/p>