中型敏捷遙感衛星公用平臺開發研制模式探索

高陽 于龍江 陳虎 楊文濤 張國斌 肖夢菡

(中國空間技術研究院遙感衛星總體部，北京 100094)

從20世紀90年代末開始，世界遙感衛星技術經歷了突飛猛進的發展，以美國數字地球公司為代表開發的基于公用平臺研制的一系列高分辨率光學遙感衛星的成功和廣泛應用，全面推動了人類航天遙感技術的進步和發展。在研制模式支撐方面，國外遙感衛星平臺是充分考慮后續任務需求后，進行平臺及其產品的開發和驗證，鑒定工作一次完成，后續直接選用平臺，實現商用產品采購，相比而言，國內遙感衛星平臺還有較大的提升空間。

對于衛星研制任務類型多、數量多的公司，采用“基于公用平臺的研制模式”是一條綜合性最優的模式，國際主要的遙感衛星制造商均具有核心的公用平臺。經過系統分析和深入研究，“十二五”期間國家民用航天首次支持了中型敏捷遙感衛星公用平臺(本文以下簡稱“遙感衛星公用平臺”)項目的開發，圍繞我國遙感衛星平臺能力、共性核心技術、通用單機產品、壽命等方面開展了設計、生產與驗證，并針對遙感衛星研制模式進行了探索與研究，提出了“基于公用平臺的遙感衛星研制模式轉型”這一系統化研制生產轉型方案。其基本思路為：對于不同遙感衛星，將其公共部分(主要是衛星平臺)進行統一化設計，實現衛星平臺系統和單機層面設計狀態的通用化、標準化；基于狀態一致的單機產品體系，梳理并統籌不同衛星的研制任務，研制若干“通用電性驗證平臺”，匹配各衛星任務需求進行地面測試，滿足各衛星初樣階段電性能測試需求，實現地面測試數據的充分共享，并輔助支持在軌異常問題的排查處理。

在高分多模衛星研制過程中，全面實踐了“基于公用平臺的研制模式”，取得良好的示范效果。模式轉型對項目管理工作提出了全新的挑戰，“基于公用平臺的研制模式”的項目管理范圍更廣、頭緒更多、思路需要更加開闊，與傳統衛星研制有很大不同，本文主要針對項目管理實際進行了論述與總結，凝練形成“基于公用平臺的研制模式”的項目管理方法與建議，為后續進一步推廣、研制模式再次創新奠定基礎[1]。

1 研制特點

按照用戶要求，高分多模衛星(GFDM-1)是一顆能夠快速投入使用、靈活適應多樣化業務需求的衛星，研制周期短、整體指標要求高。相比于其他衛星，在衛星研制方面主要具有以下3個特點：

(1)要求高。全面驗證敏捷機動等制約遙感衛星發展的共性4項核心技術，實現快速重訪、靈活機動成像、高圖像定位精度、自主任務規劃管理，滿足國土、測繪、減災、農業、環保、住房、林業等多行業用戶的需求。

(2)周期短。要求在24個月之內完成衛星研制，和傳統遙感衛星研制相比，研制周期縮短1～2年。

(3)模式新。衛星平臺需100%完全繼承國家前期支持開發的遙感衛星公用平臺、“一步正樣”，初樣僅針對平臺與在某衛星基礎上改造的載荷進行適應性、匹配性驗證，全面創新了研制模式。

2 項目管理思路

結合衛星研制特點，制定了堅持以“先進性、通用性、覆蓋性、經濟性”為原則，堅決貫徹國產化要求，有效組織完成公用平臺產品開發，然后在首發星研制過程中全面實踐基于公用平臺研制模式的工作思路。

(1)先進性。始終堅持先進性要求，各項指標與國際先進遙感衛星平臺對比，實現平臺能力大幅提升。具體包括：①系統層面，完成平臺方案設計，完成平臺結構、熱控、電性能的全面驗證，使平臺功能性能指標達到國際先進水平；②核心技術，突破敏捷機動等制約遙感衛星發展的共性4項核心技術，完成平臺8年壽命設計與驗證；③單機產品，實現單機產品的高集成化、輕小型化、智能化設計，減少產品種類和數量。

(2)通用性。建立統一的產品體系，實現單機產品技術狀態統一、在各遙感衛星間通用。具體包括：①技術狀態統一，結合同期開展的遙感衛星研制工作，統一遙感衛星平臺產品技術狀態，以最少的產品種類、數量來滿足多衛星研制需求；②通用產品體系，建立遙感領域通用產品體系，建立產品技術狀態統一維護、結構/電性/鑒定產品統籌投產與使用的管理機制，實現資源配置的集約化管理；③重點針對新研單機產品開展通用性設計與驗證工作，統一制定通用規范、統一開展產品設計、統一進行過程控制、統一完成試驗驗證。

(3)覆蓋性。確保實現多載荷適應能力、功能的良好配置能力，滿足未來衛星使用需求。具體包括：①平臺構形的覆蓋性：平臺構形采用模塊化設計，滿足多種載荷的安裝需求；②平臺能力的覆蓋性：通過對分系統配置及單機的選擇，在供電能力、姿態與軌道控制能力、測控體制與測控能力、數傳體制與能力等方面均可進行配置。

(4)經濟性。研究基于公用平臺的遙感衛星研制模式，促進未來遙感衛星在研制效率、成本、周期上的優化提升。具體包括：①建立通用電性驗證平臺，支持未來遙感衛星以較小的成本、快速高效完成初樣階段平臺部分的電性能驗證，以及整星電性能驗證和大系統電接口對接；②優化研制流程，衛星平臺各分系統以及單機產品可以實現一步正樣；③產品組批投產，實現平臺產品批產和貨架選用，減少設計驗證成本；④產品統籌使用，實現結構、電性、鑒定產品的統籌使用，統一進行產品和資源配置，地面測試設備集約使用，減少重復投產，降低研制成本。

3 項目管理方法

3.1 協同配合，構建“基于公用平臺的遙感衛星研制模式”管理體系

通過總結以往研制經驗、結合對國外先進衛星制造企業的調研分析，提出了“基于公用平臺的遙感衛星研制模式”管理體系框架，對“一個衛星、一支隊伍、一套流程、一批產品”的傳統遙感衛星研制模式進行改造，將共性部分的平臺業務工作抽離出來，并與以往業務界限較為模糊的公用平臺相關工作相整合，形成“公用平臺與產品體系建設”業務。整體上，形成了“兩橫兩縱”的矩陣式管理體系框架，如圖1所示。

圖1 基于公用平臺的遙感衛星研制模式管理體系Fig.1 Management system of developing mode based on common platform

通過具體實踐打通了各環節、各接口，形成了完整的管理體系框架與體制，實現了各方協調配合共同推進研制模式轉型的良好局面，為“提高效率、降低成本、提升質量”整體目標的實現奠定了良好基礎[2]。

3.2 統籌規劃，建設遙感衛星通用產品體系

1)結合衛星研制，統一規劃平臺產品體系

針對遙感衛星平臺產品體系進行梳理、分析，從集成度、通用性、功能密度比等方面劃分確定了通用產品體系。

2)統一開展新研單機的設計和試驗驗證

為確保新研單機鑒定試驗能夠覆蓋各個衛星的使用需求，對頂層規范進行了統一，制定了最大包絡狀態的地面環境試驗規范、空間環境規范、通用產品EMC規范以及統一的設計建造規范。根據單機產品對于不同母線電壓適應性要求、不同模塊配置要求以及其它差異化使用要求，統一制定了鑒定產品試驗矩陣。

3)統一進行單機產品的技術狀態控制

為實現對單機產品技術狀態的有效控制和統一管理，制定采用“單機通用產品規范+單機通用接口數據單”兩類文件對單機技術狀態進行控制的管理辦法。各分系統按計劃完成了去衛星化的通用產品規范、通用接口數據單的編制工作。

采用上述措施，確保了研制的平臺單機產品能夠滿足通用化使用要求，技術狀態統一受控，符合遙感衛星通用產品體系要求[3]。

3.3 圍繞多樣化任務，開發建立通用電性驗證平臺

遙感衛星任務日益多樣化、復雜化，但采用同一公用平臺的遙感衛星，其熱控、數管、測控、供配電、控制、推進和數傳等分系統狀態都基本相同或僅有較小差異，因此基于通用產品體系，可以設計出一系列遙感衛星的通用電性驗證平臺，如圖2所示。

圖2 通用電性驗證平臺Fig.2 Common electrical verification platform

通用電性驗證平臺是遙感衛星公用平臺開發、升級、維護的重要實物載體；同時，通用電性驗證平臺也是遙感衛星公用平臺應用于衛星研制的重要支撐工具。所有通用電性驗證平臺都具備在一定范圍內進行功能配置和擴展的能力。在衛星研制中，各個衛星僅需要將新研分系統和產品相應在通用電性驗證平臺上進行測試，就可以實現完整的電性星測試工作。平臺測試數據可以在該平臺測試的各個衛星之間共享，滿足各類任務的需求[4]。

3.4 整合優化，建立基于公用平臺的衛星研制流程

隨著航天技術的發展，遙感衛星研制模式已經必須需要由過去的科學試驗模式向成熟的商業運作、工程制造模式轉變(圖3)。在產品技術狀態統一的基礎上，建立基于公用平臺的衛星研制模式，實現遙感衛星研制模式的根本性改變和研制流程的優化(圖4)，以在保證衛星研制質量的前提下，提高衛星各階段設計的針對性，提高單機產品的利用效率，減少不必要的環節，綜合提高衛星研制效率。

圖3 傳統的遙感衛星研制流程Fig.3 Development process of traditional remote sensing satellite

通過研制模式轉變和流程優化，可以大幅節約經濟、時間成本，促進預研成果直接應用于衛星，將原有5年預研時間+1年方案壓縮到1.5～2年可行性-方案來完成；通用電性驗證平臺、數字化設計和仿真手段的應用，可將初樣研制階段節約至少6個月[5]。

4 遙感衛星公用平臺的應用與實踐

4.1 高分多模綜合成像衛星直接應用遙感衛星公用平臺成果，取得良好效果

高分辨率多模綜合成像衛星作為遙感衛星公用平臺的首發驗證星，基于公用平臺的衛星研制模式在研制過程中得到了全面實踐，主要從以下方面開展具體工作：①系統級、平臺單機級文件沿用和簡化，例如系統級規范、單機產品規范等文件，均以借用的形式直接應用平臺研制形成的通用文件；②衛星平臺技術狀態的直接沿用，衛星平臺不再開展初樣設計和驗證等工作，僅配合整星開展有效載荷功能性能的驗證，直接進行正樣研制；③初樣采用通用電性驗證平臺進行電性能測試，初樣直接利用公用平臺研制的通用電性驗證平臺進行電性能測試，工作重點圍繞有效載荷開展；④初樣不進行整星級的結構力學試驗、熱平衡試驗。

經過首飛驗證，總結提煉取得實際效果如下。

(1)技術狀態得到有效控制：在研制過程中不斷實踐、探索，固化了基于平臺研制模式的技術狀態控制方法，技術狀態控制有效性在初樣/正樣研制過程中得到了充分驗證。平臺各單機均按照上述模式完成了相關文件快速借用，在確定產品基線狀態前提下，提前啟動了投產，為整星24個月研制周期實現提供了保障。

(2)研制效率得到有效提升：根據衛星任務要求，基于公用平臺研制成果，初樣階段未開展平臺單機鑒定、結構熱控星、全尺寸輻射模型星(RM星)等的研制，主要圍繞有效載荷的單機鑒定、一體化設計局部驗證，以及圍繞有效載荷的電性能綜合測試驗證開展工作，大大優化了測試驗證項目，避免重復研制與驗證，研制效率得到了有效提升。

(3)研制成本大幅降低：充分繼承了公用平臺的電性/結構/鑒定等研制成果，大幅簡化了初樣驗證項目及規模，初樣研制成本得到了大幅降低。

4.2 多顆遙感衛星直接選用公用平臺的通用產品，有效保障研制任務順利完成

遙感衛星公用平臺組織完成52類新研通用關鍵單機產品的設計、研制與鑒定的同時，組織完成了22大類158項研制試驗，建立了由138類單機組成的遙感衛星通用產品體系，實現了單機產品集成化、智能化、標準化設計，相比“十二五”期間平臺單機產品規格減少40%以上，構建了滿足未來10～15年應用需求的產品體系的核心部分，并制定了遙感衛星產品選用管理辦法，嚴格控制各遙感衛星產品選用權限。

依據該管理辦法，在軍用、民用等多顆遙感衛星中直接選用遙感衛星公用平臺通用產品，開發的52類新研單機已直接應用于6顆遙感衛星，提高了產品質量與可靠性，提升了遙感衛星的核心競爭力。同時6顆衛星共用1套鑒定產品，初樣產品投產比例下降37.5%，節約成本近千萬元，所有電性產品、測試設備等的共享共用，平臺測試信息實現了100%共享，為衛星按時完成研制任務奠定堅實的基礎。

5 基于公用平臺研制模式的思考

衛星研制是一個大型的復雜系統工程，涉及現代科學技術的很多領域，具有技術尖端、工程復雜、軍民兼容、協作廣泛、管理系統以及社會效益影響大的特點。面對航天衛星產業轉型的發展形勢要求，結合基于公用平臺的研制模式探索歷程，總結提煉以下的研制思考。

5.1 各級產品技術狀態需統一受控

建立配套管理機制，確保系統、分系統、單機各級產品技術狀態的統一受控，是平臺研制工作的重中之重。

遙感衛星公用平臺技術狀態統一控制的目的是減少狀態、簡化設計、提高可靠性，目標包括：平臺各級產品技術狀態清晰、可控；平臺產品體系精簡，即以盡量少的產品種類/狀態來滿足多平臺、多衛星應用需求，為單機產品“去衛星化”落地提供基礎；平臺單機、分系統、系統級技術、經驗與知識儲備豐富，共享程度高，可靠性日益完善，新的設計驗證需求日益減少。

在具體實踐過程中，以下方面的工作成果與經驗可供借鑒。

(1)對遙感衛星的設計建造規范、環境規范、電磁兼容規范、空間環境工程規范等進行統一；

(2)對遙感衛星與測控系統、地面系統的接口進行統一；

(3)對于產品體系中單機產品技術狀態進行統一管理，手段包括通用單機產品規范、通用單機接口數據單、通用驗收大綱等；

(4)對衛星新研單機需求及產品改進需求進行統一管理，對于確有新研單機需求的衛星，按照“詳細設計統一審定、產保要求統一實施、技術狀態統一控制、研制試驗統一開展、鑒定產品統籌投產”的管理辦法，進行跨衛星的產品統一研制開發；

(5)對于平臺相關共性技術難題，從專業的維度進行統一攻關解決，各平臺、各衛星共享成果[6]。

5.2 公用平臺開發需長期維護、推廣

公用平臺的研制開發是一項長期工作，研制開發、能力提升與推廣應用可以同步開展。

公用平臺的研制開發往往需要數年。在此過程中，伴隨元器件、原材料、單機產品、軟件等技術的不斷發展，不可避免面臨著技術先進(成熟度低)-應用驗證(提高成熟度)-技術落后(成熟度高)這樣的循環迭代問題。

因此，平臺的能力提升不能被動等待?，F階段，針對平臺能力的主動規劃、建設，尤其是通過平臺能力的大幅提升以帶動未來遙感衛星新需求的出現。相比而言，國外平臺能力建設往往前瞻性好、與預研工作結合緊密，滿足了未來任務需求、甚至牽引出新的需求。

對此，需要保證平臺核心開發隊伍的穩定性，改變當前衛星預研工作“一星一議”的論證方式，將衛星預研與平臺核心能力提升工作有效結合。加強平臺核心能力提升的原創性、自主性，多方調研、創新思考，選取平臺能力提升的適當方向并提前、自主開展攻關，確保遙感衛星平臺能力保持領先地位[7]。

5.3 生產和管理模式需逐步轉變

通過公用平臺的開發、應用、升級，能夠逐步轉變生產和管理模式，優化生產關系。

加快產品化戰略布局，建立貨架式產品采購模式，是生產和管理模式轉型升級的重要舉措。產品化是“來源于衛星、服務于衛星”，以最小規格的產品，適應眾多任務需求，滿足更大的任務量，并大幅提升完成任務、市場競爭和產品出口的能力，有利于良性發展。其內涵主要包括減少設計、制造和驗證時間，縮短衛星研制周期；促進工藝和生產穩定、飛行考核次數增加，提高產品質量和可靠性；建立專業化產品隊伍，提高人力資源的使用效率；通過減少重復研制、減少備份投產、減少質量成本，將降低的衛星經費有效地投入到提升產品固有質量與可靠性增長試驗中，提高產品質量。產品化產品的穩定可靠重復性生產、批量化生產，將促進目前衛星的生產模式轉變為商用產品采購模式，滿足于衛星任務驟增的需求。

完善管理模式，促進資源的綜合平衡和優化配置。結合專業化重組、機構調整，完善組織管理模式，使行政職能部門與項目管理部門合理分配職能，實現對資源的優化配置。項目管理的劃分要破除以衛星建立隊伍的模式，應該以衛星平臺類型、技術特性的需要組建項目管理隊伍，學習國內外先進的項目管理經驗，實現項目經理聘任制，動態靈活組建隊伍，打破衛星之間各種資源、信息相對獨立的模式。同時，加強橫向各職能部門的管理權限，明確各單機承制單位是獨立的組織部門，可以在內部有選擇地對產品進行單獨管理，以便能將各種資源有效地集中分配使用[8]。

6 結束語

以遙感衛星公用平臺研制開發為契機，系統開展了平臺各級產品技術狀態統一管理工作，在通用電性驗證平臺建設、產品投產和使用的統籌、遙感衛星研制模式創新等方面進行了實踐，取得了寶貴的經驗和成果。目前，遙感衛星公用平臺的研制成果已在高分多模衛星的研制過程中全面實踐應用，并間接應用于其他6個衛星的研制中，基于公用平臺的研制模式已經建立，有力保障了國家高分專項、空間基礎設施等重大工程的順利推進。

基于公用平臺的研制模式項目管理工作探索與實踐，充分體現了公用平臺共建、共享、共用的內涵，在遙感衛星的設計、生產、組裝、測試、應用全鏈路中從根本上解決狀態發散、資源不集約、數據不共享的問題，可以為后續進一步提高遙感衛星研制水平和效能、促進遙感衛星產業化發展提供重要支撐。