脈沖星導航技術研發創新管理方法

/錢學森空間技術實驗室

脈沖星導航是實現航天器長時間、高精度自主導航最有希望取得突破的技術，也是當前國際航天前沿技術研究的熱點，美國、歐洲、俄羅斯、日本和印度等國家都紛紛加速開展脈沖星導航領域技術研究。中國正在從航天大國向航天強國邁進，如何快速搶占航天前沿技術戰略制高點，實現中國航天強國夢，是航天技術研發管理部門必須面對和思考的問題。

在“十一五”期間，鑒于國際脈沖星導航技術迅速發展態勢和國內研究進展緩慢的狀況，中國空間技術研究院敏銳洞察國際發展動向，準確研判其技術的顛覆性特征，于2011年果斷實施脈沖星導航技術研發創新管理，加速推動脈沖星導航系統技術發展，突破脈沖星導航系列關鍵技術，并研制了多種類型的探測器樣機及產品、脈沖星導航地面試驗系統，以及脈沖星導航試驗衛星——X射線脈沖星導航1號（XPNAV-1）。2016年11月，XPNAV-1衛星在酒泉衛星發射中心成功發射，解決了用中國研制的探測器“看得見”脈沖星的首要問題，并達到了預期的科學試驗階段目標。同時，研究院通過脈沖星導航技術創新研發和管理實踐，探索了一條從概念研究快速進入飛行試驗的捷徑，以搶占航天前沿技術發展先機。

一、研發創新管理的方法和措施

面向航天器長時間高精度自主導航應用的重大戰略發展需求，研究院于2011年開始實施脈沖星導航技術創新專項研發，創造性地提出了支點撬動和多米諾骨牌式的技術創新推動方法、由工業部門超前謀劃和自下而上的創新驅動機制、從課題研發到衛星研制的跨界管理流程、快速建立多學科交叉研發團隊的管理模式以及知識產權在技術底層全覆蓋的創新文化理念等一系列創新管理方法和措施，嘗試解決長期制約航天前沿技術快速發展的研發管理瓶頸問題。

1.一種技術創新推動方法

2004年，美國首先提出關于脈沖星導航的研究計劃。2005年，研究院在國內率先啟動脈沖星導航概念研究，幾乎與美國同時起步。然而，由于國內部分學者錯誤地估計國際脈沖星導航的發展形勢，致使國內上層主管部門關注不夠，在2005年至2011年間主要以跟蹤研究為主，研究方向分散且重復，研究進度十分緩慢，尤其是對關鍵技術研究的力度和深度遠遠不夠，與國際差距日益增大。

在這樣的背景下，研究院通過緊密跟蹤國際發展動向，敏銳地覺察到發展脈沖星導航技術的重大戰略意義。為此，2011年7月研究院開始實施脈沖星導航技術的創新研發管理，提出一種支點撬動和多米諾骨牌式的技術創新推動方法。其具體做法是：以脈沖星導航系統技術方案作為第一個支點，撬動中國航天科技集團有限公司專家對其重大戰略意義的認可；以研究院自主投入研制的探測器原理樣機作為第二個支點，撬動航天科技集團重大自主科技創新研發，并獲得項目研究經費支持；以脈沖星導航系統頂層發展規劃和過硬研究成果作為第三個支點，撬動導航重大專項在“十二五”中期新增脈沖星導航重點研究項目；以脈沖星導航探測器工程樣機產品和自主投入研制的專用試驗衛星作為第四個支點，撬動上級主管機關正式立項脈沖星導航空間飛行試驗任務。

自2011年7月實施該管理方式以來，加速推動了國內脈沖星導航技術的發展，并于2016年11月成功發射XPNAV-1衛星，率先開展脈沖星導航專項飛行試驗。從國際脈沖星導航技術發展態勢來看，研究院高度敏感、戰略研判和超前布局的策略是完全正確的。當前發展脈沖星導航技術的重大戰略意義，已逐漸成為各級領導和專家的共識。

2.一種創新驅動機制

在“十一五”和“十二五”期間，國家各個經費渠道提供的脈沖星導航技術研發費用很少，不足以支撐脈沖星導航關鍵技術攻關研究和試驗，導致短期內難以取得重大技術突破。為此，研究院對脈沖星導航技術專門實施創新研發管理，提出一種由工業部門超前謀劃和自下而上的創新驅動機制，并擬定了管理策略：

一是通過加大自主研究經費投入，加速推進脈沖星導航技術攻關及地面驗證，超前一步展示過硬成果，爭取將研究院的脈沖星導航技術研究成果納入國家發展規劃體系。

二是研制脈沖星導航探測器樣機及產品，在具備空間飛行試驗能力后開展實測飛行驗證。

三是充分發揮研究院在多學科專業體系、系統集成與工程化方面的優勢，并聯合國內優勢單位組建強有力的技術研發團隊，大力協同攻關，以技術實力樹立地位和品牌，引領脈沖星導航發展方向。

四是建立脈沖星導航知識產權管理體系，加強知識產權保護，實現知識產權在底層核心技術的全覆蓋，以確保在該領域的技術領先地位。

在研究院創新研發管理和自主投入經費的支持下，脈沖星導航技術研究得到快速發展，在系統論證與關鍵技術研究以及地面試驗、探測器和XPNAV-1衛星研制等方面取得突破性進展，并具備了空間飛行試驗能力。在項目開展過程中轉變了縱向任務需求牽引的傳統模式，做到“不等不靠”；采用自下而上的創新研發驅動機制，做到主動作為；在短時間內將脈沖星導航從概念研究推到空間飛行試驗，做到搶占先機；使中國與美國同步開展該領域空間飛行試驗，做到齊頭并進。這種創新驅動技術發展的管理方式是研究院第一次實施，顯著提升了研發管理效率，取得了重要的管理創新經驗和成果。

3.一套跨界管理流程

脈沖星導航的理論基礎是愛因斯坦的廣義相對論，具有前沿性、前瞻性和戰略性特征，通過理論分析論證，已驗證其原理的可行性。因此，急需開展脈沖星導航空間飛行試驗，以實測驗證脈沖星導航系統體制的可行性。2013年10月，研究院通過產品創新項目支持，啟動脈沖星導航XPNAV-1衛星研制工作。這是第一顆由研發管理部門推動并實施研制流程管理的衛星，在研究院型號任務研制的歷史上屬于首次。

XPNAV-1衛星是一顆小衛星，整星質量為243千克，要想在短時間內保質保量完成研制任務，就必須探索一套行之有效的試驗衛星研制管理流程，這樣才能在研制風險可控的情況下達到試驗目標。在研究院科研型號任務管理體系中，衛星研制是院級科研生產管理的重點，一般由科研生產部、質量技術部和發展計劃部協同管理，分別負責衛星研制過程中的計劃管理、質量管理和經費管理。但考慮到脈沖星導航技術的復雜性和跨界管理的特殊性，需要突破傳統管理模式的屏障，為此，研究院探索了一種課題研發與型號管理相融合的創新管理流程和模式。

脈沖星導航研發管理團隊在借鑒型號成熟管理規范的基礎上，從實踐中探索了一種快速推動專用試驗衛星研制和技術突破的方法，即有效地將技術推動與管理創新結合，嘗試創新研究與工程試驗無縫銜接。具體的管理創新做法和措施如下：

一是組建專項管理團隊，通過專項“垂線”管理將項目列入型號管理流程，下達責任令，歸入目標管理體系；磨合管理接口，優化管理流程，確保研發、科研的無縫銜接，從而實現研究院重大系統級的創新項目——脈沖星導航系統項目的跨界管理。

二是設立脈沖星導航系統技術研究中心，負責系統論證、技術牽引、原理驗證和技術體系等相關研究；成立產品載荷中心，縮短管理流程，將技術與產品保障結合，實現關鍵技術攻關研究與工程產品研制一體化推進的創新管理。

三是創建一套針對工業貨架產品及元器件的產品保證、測試和篩選規范。針對低成本、短周期的小衛星研制需求，創立小衛星研制的全新技術流程和體制，最終形成一套高性價比的微小衛星研制模式。重點突出任務權衡、成本控制、流程優化等方面的創新理念，以有效降低小衛星配套產品的準入門檻，進而為小衛星的市場化進程提供有力的技術支撐。

四是采取面向系統任務的管理理念，建立指標控制體系，大幅度減少文件傳遞環節，爭取了產品研制和系統集成測試的時間。

五是對于研制過程中的關鍵性階段，組織專家評審把關，確保產品風險可控。同時，全面開放地面測試實驗室，開展多家探測器試驗和比測，通過重要產品的統一比對，取長補短，規避質量風險。

4.一種管理思路和管理模式

研究院作為航天工程任務的五大系統之一，一直是在用戶系統的需求牽引下開展航天器系統的工程研制。而脈沖星導航空間飛行試驗任務則是在創新驅動的機制下由基層研發人員提出的，不同于型號任務管理思路。通過對脈沖導航技術的創新管理，研究院提出了一種針對航天前沿技術發展戰略的扁平化管理思路和創新管理方法。

在組建脈沖星導航團隊的過程中采取扁平化管理的理念，創造性地提出以“核心團隊牽動大團隊”的管理模式。這種組織結構有利于發揮研究院系統集成與工程化方面的優勢，建立以研究院為主體，以國內優勢單位為支撐，并與國際對標的聯合團隊。具體做法為：核心團隊由4～5人組成，包括主管院領導、部門主管領導和技術牽頭人，負責全面掌控技術與管理的各項相關工作；在研究院錢學森空間技術實驗室專門成立脈沖星導航技術研究中心，統籌規劃和牽引脈沖星導航系統技術發展；按照脈沖星導航多學科配置要求，從相關科研院所引進核心骨干人才，填補研究院學科專業空白；以“核心小團隊帶動大團隊”模式，快速推動脈沖星導航技術發展。

通過專門為脈沖星導航技術創新研究開辟一條快速的“綠色管理通道”，使脈沖星導航技術和管理要求快速傳遞到院屬各相關接收點，同時各個關鍵技術攻關進展情況也可及時反饋到管理頂層，以便領導作出相應決策。這種扁平化管理是一種靈活、高效的管理模式，可以快速無衰減地傳達上級的各種要求、信息與發展態勢，隨時根據市場的發展動向及關鍵節點快速地組成聯合營銷小隊，開展各種形式的市場推動工作。以“聯合、協作、團結、共贏”為原則，廣泛地開展與各科研院所、大專院校、企業技術實體的產學研協作，進而形成強有力的外圍聯合團隊。通過聯合團隊的良性互動，既可有效提升研究院的整體技術實力，又能帶動國內各相關單位的技術發展。

同時，在脈沖星導航技術創新研發管理工作中，研究院創新性地提出“4個能力”的管理模式，即任務提出能力、任務推動能力、任務牽引能力和任務主導能力，顯著提升了研究院在脈沖星導航領域的創新能力和核心競爭力，為航天前沿技術和多學科交叉研究領域任務管理提供了一種有效途徑。

5.一種創新文化理念

研究院在實施脈沖星導航技術創新研發管理之初，就提出了一種知識產權在技術底層全覆蓋的創新文化理念。按照航天科技集團專利導航試點工程的要求，開展了專利分析與專利布局的相關工作。從脈沖星導航系統技術、脈沖星探測、星際航圖構建和大尺度導航四大研究方向入手，充分發揮知識產權在技術創新中的作用，以及在系統技術論證中發揮輔助決策和判斷功能；檢索并收集國內外專利信息，開展知識產權分析工作，把握該領域的發展趨勢。特別是對國外專利的檢索，在開展技術構成分析、專利申請趨勢分析、專利申請區域分析和專利申請人分析的同時，利用專利信息檢索了解關鍵技術的專利布局現狀和發展趨勢，破解技術難題和加速研發創新。根據脈沖星導航技術圖譜，研究院在國內超前開展技術布局和營銷布局。

知識產權不僅是發明專利，還有軟件著作權、注冊商標、系列科普專題片、學術論著、百度百科詞條、產品研制標準和團隊座右銘等，以及研發人員經常性的習慣和思想，這些共同構成脈沖星導航創新的文化。通過培育脈沖星導航技術創新文化，實現知識產權在技術底層全覆蓋的理念，帶動航天前沿技術跨越發展。

二、研發創新管理取得的效果

1.搶先開展脈沖星導航飛行試驗，提升創新能力和國際影響力

2016年11月10日，XPNAV-1衛星發射成功。據美國《大眾科學》月刊11月18日評論，XPNAV-1是全球第一顆脈沖星導航專項試驗衛星，并超越美國NASA的脈沖星導航計劃，搶先開展空間飛行試驗。同時，NASA空間科學數據協作庫將XPNAV-1衛星納入其中，并設計XPNAV-1衛星專門網頁，填充科學數據和試驗結果。這是中國航天前沿技術從“跟跑、并跑”邁向“領跑”的歷史性跨越，具有重大的戰略意義和社會效益。

2.研制多型探測器和試驗設施，填補國內研究空白

通過實施脈沖星導航技術研發創新管理，研究院自主投入研制了多種類型的探測器樣機和產品，包括準直型微通道板探測器產品、掠入射式聚焦型探測器產品等，同時還研制了25米大型真空束線通道，建成脈沖星導航地面試驗系統。通過系列探測器樣機及產品和地面試驗設施的研制，研究院產品實現完全國產化，填補了國內研究空白。這對后續構建脈沖星導航空間基準星座和脈沖星時間系統，開展科學試驗和應用研究并牽引空間科學發展，具有極其重要的發展戰略意義。

3.取得豐富的自主知識產權成果，夯實技術基礎和文化 底蘊

通過實施脈沖星導航技術研發創新管理，研究院申請了脈沖星導航相關發明專利52件，獲得軟件著作權11件，注冊商標1項，撰寫學術專著2部，制作脈沖星導航系列科普專題片5部，以及發布脈沖星導航百科詞條和編寫相關試驗標準等，取得豐富的自主知識產權成果，并得到了很好的保護和轉化應用，解決了項目研發過程中的重大關鍵技術難題，顯著提升了該領域的創新能力和核心競爭力，夯實了技術基礎和文化底蘊。

4.掀起國內脈沖星導航創新研究的熱潮，引領未來發展 方向

當今中國的國際地位、和平環境與快速發展，得益于“兩彈一星”工程的成功實施。建國60多年來的經驗與教訓表明：最核心、最基礎、最前沿和最尖端的技術必須通過自力更生，掌握在自己手中。脈沖星導航技術是繼人造衛星和載人航天之后的又一次航天技術革命，通過實施脈沖星導航技術研發創新管理，掀起了國內脈沖星導航創新研究的熱潮。加快發展脈沖星導航技術，將推動中國航天前沿技術跨越發展，提升航天器自主生存能力，履行國家使命，維持空間戰略平衡。

脈沖星導航是實現航天器的自主導航技術，是縮小中國與世界航天強國差距的突破口和創新發展的事業。“十二五”初期，鑒于國際脈沖星導航快速發展和國內研究進展緩慢的形勢，研究院以嚴謹求實的科學態度和創新研發的管理模式，識別脈沖星導航的重大戰略機遇和技術風險，快速推動脈沖星導航技術發展和XPNAV-1衛星的成功發射。通過實施脈沖星導航技術研發創新管理，快速搶占航天前沿技術發展先機，使中國率先實施脈沖星導航空間飛行試驗。這一過程充分說明，只有主動作為、敢于擔當創新管理重任，創建良好而特殊的研發環境，弱小的原始創新研發小苗才有可能最終成長為參天大樹！