航天測發系統的流程優化研究

張 妍 胡經民 楊遠成 甄曉改

（首都航天機械有限公司，北京 100076）

1 航天測發流程的發展現狀

1.1 航天測發流程的概念

航天測試發射流程是指航天器在正式發射前，在發射場涉及的工藝路線、關鍵技術的狀態、與其他子系統的相互關系、主要的工作項目及場所、時間安排、關鍵節點、發射程序以及安全保障等一系列技術方案的整合安排。航天測試發射流程是保障航天發射任務順利完成的前提與基礎[1]。

1.2 航天測試發射流程的模式

我國的航天事業正處于高速發展階段，航天發射任務的密度也越來越高，目前已呈現出常態化的特點。優化航天測試發射的流程有利于提高航天發射能力，促使航天事業的進一步發展。現如今，世界各國采用的航天測試發射流程主要有4 種模式[2]。

1.2.1 水平分段組裝測試模式

該模式也稱為平行準備法，是采用水平分段組裝、水平分段測試以及水平分段運輸的一種模式。其優點在于成本較低，測試數據具有較好的可比性，技術難度較小、易于實現。缺點在于這種模式需要將航天器各段、各級運輸到發射區組裝，耗時較長，而且在安裝完成后還需繼續進行綜合測試，從而導致占用發射位時間較長（通常為8～12 天），影響整體發射效率。

1.2.2 整體水平組裝測試模式

該模式也被稱為水平整體準備法，與水平分段組裝測試模式稍有不同，該模式是將航天器水平組裝完畢后再送往發射區，這樣在發射區的停留時間可減少到3 天左右。然而，這種方式也存在一定不足，如在運輸到發射區的途中航天器呈水平狀態，受力結構較為復雜，需要注意在運輸途中的故障，而且運輸到發射區后需要還一定的保障措施，如臍帶塔和勤務塔，從而造成一定程度的設備冗余。

1.2.3 在發射臺直接垂直組裝測試模式

該模式也被稱為固定式準備法，是在發射臺上直接垂直組裝航天器的一種模式。其優點在于降低了整體水平組裝、測試和運輸途中可能存在的風險，使其在運輸、測試和發射前處于同一狀態，而且不需要在發射區重復設置臍帶塔和勤務塔等保障裝置。缺點在于這種方式占用發射位時間長，通常需要占用20～60 天，而且這種方式需要建造密閉性能高的活動裝配大樓等設施，從而導致成本較高且效果難以保證。

1.2.4 垂直整體組裝模式

該模式是在發射區外設立一個技術準備區，在該區域內完成垂直整體組裝、垂直整體測試以及垂直整體運輸等工作，所以該模式也被稱為“三垂模式”。我國在總結國內外航天發射測試經驗的基礎上，采用的就是“三垂模式”。航天器在技術準備區完成一系列準備工作后，在保證其滿足各項發射條件的情況下，在發射前的數小時才被運輸至發射區，這樣可以避免惡劣天氣影響航天器的質量，而且減少了航天器占用發射區的時間。在運輸過程中，該模式也比整體水平組裝測試模式的受力情況簡單，只需保證道路平坦等基本條件即可，且到達發射區后的檢查工作也能夠得到簡化。但垂直整體組裝模式也有其局限性，例如：由于整個航天器處于垂直狀態，頭部和底部質量較大，容易受風的影響而產生震動，且在運輸途中速度較慢。另外，如果沒有在運輸時配備臍帶塔和環境控制設備等保證裝置對其實時監控，到達發射區后就需要重新連接電、氣、液等管線，從而導致占用發射位的時間延長。

我國采用的“三垂模式”具體的系統流程如圖1所示[3]。該模式下的工作過程為：首先，將飛船及相應配套部件運輸至飛船及有效載荷總裝測試廠房進行組裝，并進行基本的性能測試；其次，將組裝好的飛船運輸至加注與整流罩裝配廠房，并將其與運載支架對接后進行加注推進劑、推進器瓶充氣和整流罩扣罩工作；再次，將組合體垂直轉運到垂直總裝測試廠房，并與運載火箭對接，做好最后的轉運準備后將船箭組合體垂直轉運到發射區，到達發射區后對組合體各系統進一步測試檢查，并進行全系統發射演練，確認無誤后做出發射決策，并加注推進器，進入最后的臨射檢查程序；最后，實施發射及實時監控。

圖1 “三垂模式”系統流程簡化圖

2 航天測發系統流程優化方法

流程優化包括6 個階段[4]：第1 階段為戰略決策，即提出流程再造的決策及需要達到的目標；第2 階段為再造計劃，即明確時間節點及可利用的資源；第3階段為流程診斷，即分析現有流程存在的問題及改進方法；第4 階段為重新設計，即設計關鍵環節及確定達成方式；第5 階段為流程構建，即將各改進環節進行整合，形成系統化的新流程；第6 階段為成效評估，即總結新流程帶來的效率改進。本文主要分析流程診斷與流程評估這兩個階段在航天測發系統流程優化中的應用。

2.1 流程診斷

流程診斷是發現并改進問題的基礎，合理的流程診斷方法可以有效找到具有可行性的優化點，從而優化整個測試發射系統的流程。在流程診斷方面，本文采用工業工程學中的ECRS 優化法，即取消（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange）、簡化（Simplify）。其中：取消是指將流程中不必要的檢測、運輸等環節去掉，但是需要保證取消環節不影響最終成果的質量，也不會間接增加其他環節時間；合并是指將原本需要兩次完成的工作合并為一個環節，通常若兩個環節的實施地點與實施工具相似，就可考慮將兩個環節合并，從而減少運輸環節的時間；重排是指改變某些環節的先后順序或調整工具的設置位置，以減少不要的運輸，使流程更為合理；簡化是將某些環節中不必要的措施去掉，只保留能夠直接影響預期效果的核心步驟，使整個流程得到精簡，從而提升工作效率。ECRS 優化法得分析流程如圖2 所示[5]。

圖2 ECRS 優化思路

我國現行航天測發系統采用的是兩次扣罩方案，首先，飛船在總裝測試廠房完成測試與總裝后，先運至飛船加注與整流罩測試廠房，進行第一次扣罩，然后運至垂直總裝測試廠房與火箭進行對接并完成檢測，檢測后將船箭分解，再運回整流罩測試廠房；其次，將分解后的整流罩完成加注后進行二次扣罩，然后將其運至垂直總裝測試廠房再次進行檢測準備工作；最后，將兩次扣罩完成后的飛船運至發射區。采用兩次扣罩能夠降低航天器的故障率，隨著航天技術的發展，檢測技術進一步提高，我國的航天故障率逐年降低。兩次扣罩方案中存在著因檢測冗余而產生不必要的運輸環節，從而延長了航天器測試發射檢測工作的時間。根據ECRS 優化思路，可嘗試使用“一次扣罩”方案來代替“兩次扣罩”，其操作步驟與“兩次扣罩”相似，只是減少了一次扣罩流程。

2.2 流程評估

在對流程進行優化后，必須對其進行評估，以保證新流程的完整性、有效性與安全性。其中：完整性指新流程所涉及的檢測能夠全面覆蓋并能夠準確反映出系統的功能、狀態等；有效性是指在新流程所設置新環境中，檢測結果依然能夠準確反映實際發射環境中的各種情況；安全性指新流程能夠保證整個測試發射系統的安全性。為有效評估優化流程，本文將流程評估模型分為3 個層次：第1 層為目標層，用來評估新流程是否達到預期目標，如減少航天器測試發射流程所需時間；第2 層為方案層，為待評估的新流程；第3 層為準則層，為新流程必須遵守的準則，如圖3所示。

圖3 流程評估模型

3 結論

本文介紹了航天測試發射流程中4 種模式的優缺點以及航天測試發射系統的優化方法，提出了采用流程再造法來優化航天測試發射系統的模式。在流程診斷階段，本文采用ECRS 法來對現有流程進行診斷，通過取消、合并、重排和簡化得出新流程，若流程不能更改，則保留原流程。本文運用ECRS 法，提出采用“一次扣罩”技術代替“兩次口罩”的方式來簡化流程，達到了減少航天器測試發射流程所需時間的目的。在流程評估階段，本文提出包含目標層、方案層、準則層的評估模型，保證了新流程的完整性、有效性和安全性。