環境減災二號A/B衛星風險管理實踐

孫紀文 白照廣 董筠 朱軍 孫李 馬磊 郝佳寧 程城

(航天東方紅衛星有限公司，北京 100094)

風險管理已成為現代項目管理的關鍵之一[1]。航天項目作為高風險的復雜系統，具有專業技術難度大、參研范圍廣、研制流程復雜等特點。項目風險管理能力對于保證航天項目順利實施和圓滿完成具有決定性作用[2]。

國內外航天項目已將風險管理納入了相關的管理規范中。例如NASA將持續風險管理作為內部廣泛應用的技術，自始至終貫穿工程壽命周期進行監測和控制風險[3]。中法海洋衛星合作項目中，法方根據歐洲航天空間項目管理——風險管理(ECSS-M-ST-80C)標準，提出了風險管理計劃，列出了10項風險，并制定了預防處理措施[4-5]。中國航天科技集團有限公司也制定了風險管理的標準[6]，要求航天項目參研單位嚴格執行。中國空間技術研究院建成了航天型號風險管理系統(CAST Spacecraft Risk Management System，CAST SRMS)，并進行推廣應用，形成了具有航天特色的型號風險管理體系[7]。

隨著航天任務日益增加，航天企業在項目風險管理方面積累了豐富的經驗。但是，如果風險管理工作存在欠缺，風險源和風險因素識別不充分，風險管理不到位，也會導致項目研制工作很不順利，甚至造成飛行任務失利[8]。

環境減災二號A/B衛星是國家民用空間基礎設施中首批啟動的業務衛星，是中國16 m分辨率下視場最大的光學遙感衛星，單星幅寬可達800 km以上。衛星載荷種類多、技術新、研制難度大。只有充分識別風險，制定并采取相應的管控措施，才能確保衛星研制成功。

本文依據航天項目風險管理的標準和規范[6，9]，借鑒有關型號風險管理經驗[2，10-12]，針對環境減災二號A/B衛星項目的特點及風險管理要求，從低成熟度技術、產品、隊伍和低管理成熟度組織等維度[7]進行分析，識別了項目的重要風險源，并將型號技術風險、質量風險、進度風險的管理有機結合起來，制定了有針對性的控制措施。在風險發生后采取積極的應對，動態調整，確保了衛星研制工作的順利進行，積累了經驗。

1 項目特點及風險管理要求

環境減災二號A/B衛星由航天東方紅衛星有限公司抓總研制，配置有16 m相機、高光譜成像儀、紅外相機和大氣校正儀等光學儀器。衛星于2020年9月27日采用長征-4B(CZ-4B)運載火箭，在太原衛星發射中心成功發射。衛星經軌控和在軌測試后，穩定運行。2021年7月8日通過了在軌測試評審，2022年1月18日衛星正式交付用戶單位開啟業務化應用。

1.1 項目特點

環境減災二號A/B衛星具有如下特點。

1)總體上功能全面、指標先進

同一顆衛星上具有可見光、高光譜、紅外等多種成像方式，涵蓋可見光至長波紅外譜段，可滿足多種應用需求。與國內外同類型衛星相比，具有同等分辨率下視場最大等特點。例如衛星裝備的16 m分辨率CCD相機幅寬超過800 km，是國際上同量級分辨率幅寬最大的載荷，極大提高了覆蓋觀測能力。

2)成功研制了寬幅高靈敏度的紅外相機

研究建立了大幅寬全譜段光譜成像系統技術模型，提出了變速消角動量高效掃描、分視場集成濾光片分光、長線列探測器組件多元并掃成像探測總體技術方案，突破了空間長壽命大范圍高精度掃描、多元并掃多通道高精度匹配、楔形濾光片像差補償及寬譜段焦面位置控制等關鍵技術，國際上率先實現了穿軌60°視場覆蓋全譜段多光譜高探測靈敏度陸地探測成像。提出了寬譜段高度集成深低溫紅外焦平面探測器制冷分光組件總體技術方案，攻關研制了50 K深低溫工作、帶寬超過10 μm的寬譜紅外焦平面探測器制冷分光組件，大幅降低了成像系統的復雜度，有效抑制了背景輻射噪聲，提升了紅外探測系統的成像性能，為實現大幅寬高靈敏度高集成度星載全譜段光譜成像載荷奠定了堅實的基礎。

紅外相機的探測靈敏度由中波1 K(溫度400 K)、長波1 K(溫度300 K)提升到中波0.2 K(溫度400 K)、長波0.2 K(溫度340 K)(是環境減災一號A/B衛星的5倍、美國陸地衛星-8(landsat-8)的2倍)。

3)成功研制了高穩定大幅寬的高光譜成像儀

采用高精度擺鏡系統技術、大尺寸高精度薩格納克(Sagnac)干涉儀技術、大面陣CCD探測器高速成像傳輸技術等，成功研制了國內先進的高光譜成像儀。實現了從可見近紅外到短波紅外215個譜段、指向范圍700 km、幅寬96 km的高光譜成像。

4)成功研制了高反演精度大幅寬的大氣校正儀

采用同時偏振探測等技術，成功研制了國內先進的、用于生態環境監測的大氣校正儀，具有譜段配置豐富等特點，可在軌同步獲取大氣參數，校正大氣對圖像的影響，是目前國內在軌載荷中幅寬最大的大氣校正儀。

5)多星在軌組網運行

在兩顆衛星成功組網運行的基礎上，進一步拓展與國家民用空間基礎設施中其他衛星進行組網運行。與高分一號、高分六號衛星組網運行后，可實現對同一觀測地點的一天重訪，觀測效率提高了一倍，極大地滿足了國家應急響應、防災減災等觀測需求。同時，為與后續環境減災系列衛星以及更多空間基礎設施衛星組網運行奠定了基礎。

1.2 項目風險管理要求

作為國家民用空間基礎設施中首批業務衛星，衛星必須如期完成研制、出廠，以及發射任務。才能滿足接替在軌運行12年的環境減災一號A/B衛星的任務要求，也才能滿足國家防災減災、環境保護等重大應用需求，并兼顧國土資源、水利、農業、林業、地震等其他行業的業務需求。

但是如前所述，環境減災二號A/B衛星特點是載荷種類多，性能指標大幅提升，技術新，研制難度很大。例如高光譜成像儀采用時空聯合調制干涉光譜成像技術、擺鏡側擺及定標指向技術等，提高數據精度和數據獲取能力；紅外相機采用長線列擺掃技術、寬譜段紅外焦平面技術等，提高數據精度和數據獲取能力；大氣校正儀采用星上穿軌掃描同步探測氣溶膠和水汽參數技術等，校正遙感數據，提高像質等。

除了16 m相機由北京空間機電研究所研制以外，高光譜成像儀、紅外相機和大氣校正儀分別由西安光學精密機械研究所、上海技術物理研究所和安徽光學精密機械研究所研制，載荷研制單位眾多且特點突出，對項目的風險管理提出了更高的要求。

2 項目風險源評估及管控難點

傳統的“項目風險”是指那些可能對項目產生負面影響的風險源，如技術風險、質量風險、進度風險、過程風險、管理風險、組織機構風險、市場風險及法律法規變更造成的風險等[1]。根據有關型號研制經驗，風險主要集中在技術風險、質量風險和進度風險等3個方面。技術風險、質量風險的發生，也會導致項目進度推遲。因此，將此3類風險的管理有機結合，是本項目風險管理的重點。

2.1 項目任務特點分析

依據環境減災二號A/B衛星工程研制總要求，衛星在任務、環境條件和使用狀態等方面具有如下特點。

(1)整星系統級一步正樣，驗證難度大。

作為空基業務衛星，根據研制進度要求，衛星結構機構和平臺單機直接投產正樣產品，不再設置力學星、熱控星等系統級驗證環節。為確保設計的正確性，需進行大量仿真驗證及部組件級驗證。

有效載荷中，高光譜成像儀、紅外相機性能指標大幅提高，大氣校正儀為全新產品。同樣需要進行大量仿真驗證及部組件級驗證，才能確保正樣產品生產基線得到充分驗證。

相對于接替衛星，用戶新提出了多項嚴格技術指標，如高定位精度、高精度多臺相機一致性、高精度光譜曲線準確度、高地表反射率復原度等，其中部分指標需要經過地面處理和反演后才能檢驗。

(2)一箭雙星發射方式，設計約束嚴。

由于采用CZ-4B運載火箭一箭雙星方式發射兩顆衛星，要求每顆衛星的質量不得超過1100 kg，質心偏差不能超過15 mm，包絡尺寸不能超過Φ2900 mm×2500 mm，設計約束嚴格。而衛星裝載5個載荷分系統(4個相機分系統+1個數傳分系統)，載荷分系統總質量達到531 kg，載荷質量占比高，整星設計質量接近上限，減輕質量、優化設計難度大；而且每個相機分系統主體均需要裝載在衛星對地面，這對多遙感器成像視場、整星質量特性、整星包絡、總質量、熱控等均有嚴格設計約束。

(3)研制周期短，研制進度極其緊張。

由于方案設計、載荷鑒定、正樣設計存在交叉情況，特別是紅外相機等鑒定產品與正樣并行，故存在技術、質量和進度風險。

此外，3個載荷分別由3家單位提供，其管理模式和研制標準也不盡相同，在宇航產品研制、產品保證、風險分析和控制等方面存在不同，因此需要更加關注其產品的質量風險、進度風險等。

2.2 項目風險評估的基本步驟

風險評估包括風險識別、風險分析和風險評價，風險評估貫穿項目全過程[10]。

風險識別是指針對型號特點，采取有效的風險識別方法開展型號研制全周期內不確定因素的識別與預測，并對每項風險進行嚴重性分類。

風險分析是指理解風險特性和確定風險等級的過程。有3個因素決定風險重要值：一是風險發生的概率；二是風險如果發生對項目影響的嚴重程度；三是是否可以在風險發生之前監測到它。

風險發生的概率等級見表1。

表1 風險發生可能性等級分類Table 1 Possibility of risk occurrence

風險如果發生對項目影響的嚴重程度等級見表2。

表2 風險后果嚴重性等級分類Table 2 Severity of risk consequences

風險評價是指通過定性分析、定量分析方法，理解風險特性和確定風險等級，并根據風險接受準則，確定可接受風險項目和需要應對的風險項目。

在風險分析的基礎上，給出風險綜合評價矩陣見表3。

表3 風險綜合評價矩陣Table 3 Risk comprehensive evaluation matrix

在風險綜合評價矩陣的基礎上，給出風險綜合評級見表4。

表4 風險綜合評級Table 4 Comprehensive risk rating

衛星風險接受準則如下。

(1)Ⅳ、Ⅴ類：高風險，不可接受，可能對型號有重大危害，應制定防范風險或規避風險的專題計劃，由專人負責跟蹤監控。

(2)Ⅲ類：中度風險，為不希望有的風險，可能對型號有危害，應積極地管理和考慮備選應對措施。

(3)Ⅰ、Ⅱ類：低風險，不經評審即可接受，對型號基本無危害，應由其所在層級的責任單位負責組織進行監控管理。

2.3 本項目的風險評價及管控難點

2.3.1 本項目風險評價

根據上述項目任務特點分析確定了3個風險源，分別為項目驗證不充分、設計不滿足要求和研制進度推遲。這3項風險如果發生對項目影響的嚴重程度均為D，即嚴重。

驗證不充分的風險，可通過整星和分系統仿真分析、設置關鍵項目關重件、總體及載荷共同開展專項設計、提前進行星地一體優化設計等工作來降低。

設計不滿足要求的風險，可通過載荷分系統視場雜光影響仿真分析、整星結構力學特性仿真分析、測控/GPS天線增益遮擋仿真分析、整星質量特性對姿態機動的影響分析、數傳天線轉動范圍安全性分析、載荷分系統散熱面設計可行性分析、雙星敏視場及雜光抑制角分析等工作來降低。

研制進度推遲的風險，可通過開展系統級風險專項管理、短線項目管理、精細化管理、對3家載荷單位進行項目管理、產品保證等培訓以提升其研制能力等方法來降低。

按照上述風險評估方法對本項目進行風險評估，見表5。

表5 本項目風險綜合評級Table 5 Comprehensive risk rating for this project

2.3.2 本項目風險管控難點

通過上述分析方法可以得出，3家單位研制的載荷產品如期交付是整星重要的風險源，具體體現在以下幾個方面。

(1)鑒定產品研制難度大且與正樣產品并行(紅外相機、大氣校正儀是相機主體相機鑒定，高光譜成像儀是擺鏡組件進行鑒定)。

(2)產品保證能力不足，產品研制能力不滿足任務要求。

(3)單位的組織管理與任務要求不相適應。

進一步分析、細化有關風險源可以得出，相比高光譜成像儀、大氣校正儀，紅外相機(包括鑒定產品、正樣產品)推遲交付的可能性極大，是整星最大的風險源。應制定專門的風險管理計劃，并在衛星研制全過程進行專項管理。

更進一步細化和分析，導致紅外相機推遲交付最大可能的原因如下。

(1)探測器尤其是中長波紅外探測器的研制，可能是紅外相機甚至整星最大的短線項目。

(2)主光學組件有關零件(包括主鏡、次鏡、三鏡和框架等)加工難度大、涉及多家單位，進度有可能大幅推遲。

(3)光機裝調包括主光學、后光學組件等的裝調，特別是光機大組件裝調，非常復雜，有可能反復嚴重影響產品交付。

紅外相機研制過程中出現質量問題的可能性較大，包括技術問題和管理問題，也應重點予以關注。

3 項目重要風險源管控措施

在系統策劃、建立系統級和分系統級兩級風險管理組織的基礎上，明確了風險管理目標。在組織保證的前提下，采取了一系列的管控措施，將“紅外相機推遲交付”這一整星最大的風險“降低到了一個可接受的水平”。

3.1 審查把關，仿真驗證，有效降低技術風險

組織上海技術物理研究所嚴格按照研制要求，開展技術風險分析和控制工作。在此基礎上，具體從審查把關和仿真驗證兩條線開展相關工作。

在各階段開展了各類審查工作，包括以下幾個方面。

(1)進行了方案設計評審。

(2)協助進行研制試驗策劃，對其方案進行了審查。

(3)提前組織了鑒定產品詳細設計評審，進行了可靠性設計復查。

(4)協助進行了相關風險分析，開展了風險分析和控制評審。

(5)開展了產品生產基線審查、生產準備評審等工作，確定了正樣產品技術狀態，實現了提前投產。

(6)全程參與其詳細設計、過程控制等環節。

有針對性地開展了相關仿真驗證工作，例如，控制分系統利用紅外相機的制冷機、掃描鏡組件擾動力矩和剩余角動量實測數據進行仿真分析，以消除制冷機、掃描鏡組件運動時干擾整星姿態的風險。

通過上述審查把關和仿真驗證，有效降低了紅外相機研制的技術風險。

3.2 歸零措施，落實強化，盡量規避質量風險

采用了驗收、評審、歸零等航天產品質量管理的方法，有效減輕、規避了紅外相機研制的質量風險。項目實施過程中，系統性地采用了近年來質量管理的有效方法。強化了對分系統產品外協質量管理，重要的控制環節有18項，分別是技術要求評審、分系統/單機設計評審、產品保證計劃審查、單機鑒定狀態評審、研制試驗控制、鑒定件控制、元器件/材料審查、工藝審查、生產基線控制、生產準備評審、技術狀態更改控制、強制和關鍵檢驗、質量保證能力審核、生產現場檢查、產品保證培訓、產品監造、不合格品控制和分系統驗收等。

其中，在生產基線控制方面，重點對紅外相機初樣階段質量問題歸零、待辦事項閉環管理情況進行了審查。在外協產品驗收時，對不合格審理落實情況、質量問題歸零工作完成情況、“舉一反三”措施落實情況進行了檢查確認。

3.2.1 鑒定產品質量問題的處理及產保能力提升

在紅外相機鑒定產品研制過程中，出現了中長波探測器B6波段輸出異常問題。這是由于接插件錯插產生的大電流將探測器的相關引線熔斷所致。問題暴露了在產品、流程和組織3個維度存在的薄弱環節。

針對上述薄弱環節，上海技術物理研究所采取了以下措施。

(1)對接插件和電纜進行清晰標識。

(2)探測器上電前對電纜和接插件使用狀態進行有效的雙崗檢查并記錄，完善和編制相關文件，包括產保流程、工藝文件和安全規程等。

(3)“舉一反三”措施：①對紅外相機鑒定件、正樣產品所有的接插件的標識進行檢查，確保標識完整、清晰；②在紅外相機其他各項試驗細則、測試細則中均要明確對電纜接插件標識清楚、正確和插拔雙崗檢查的要求；③在全所對此次發生的問題進行了質量信息通報，強調了防錯設計和防誤操作的要求。

(4)加強培訓：①組織型號隊伍和課題組的電測組、電子學設計師學習了相關技術要求，強調工作紀律的嚴肅性，確保執行到位；②組織項目全體參與人員進行了質量安全性教育，著重強調每個崗位人員的質量意識，嚴格遵守質量規范及操作要求，做到“操作有依據、操作按依據、操作留記錄”，杜絕人為質量事故，并進一步強調了發生質量問題時現場的處理流程。

通過上述一系列的有效措施，大大提升了紅外相機研制團隊的產品保證能力，確保了分系統產品正樣集成、測試、試驗階段，未發生任何質量問題，有效規避了質量風險。

3.2.2 外協產品質量問題的處理及措施落實

除3.2.1節的措施外，還需要加強載荷外協風險管控。環境減災二號A/B衛星總體建立了分系統、單機、部組件、工序等不同層級產品外協關系網絡，明確電源模塊、鏡坯、碳纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料(C/SiC)框架等關鍵外協產品風險控制點和計劃，做到外協管理措施延伸至二級甚至三級外協單位。在此基礎上，深入細致地開展了相關工作。在初樣階段，衛星總體就聯合上海技術物理研究所梳理了紅外相機外協產品的風險，制定了相應的控制措施，見表6。

表6 紅外相機外協產品風險及控制措施事例Table 6 Risk and control measures of infrared camera outsourcing products

外協中國科學院光電技術研究所的SiC主鏡在拋光過程出現了花斑問題，衛星總體督促上海技術物理研究所及時完成了問題歸零，并補充了相關外協產品的管控措施摘要如下。

(1)修訂了相關技術協議。

(2)有針對性地完善了紅外相機主光學齊套的技術流程、計劃流程和產保流程。

(3)開展了相關外協外包質量管控要求和文件的培訓。

(4)協助外協加工單位增加了生產階段專用的產品保證要素、并完善相關工藝文件。

(5)協助外協單位明確了特殊材料加工所用的輔料管理要求。

通過增加類似上述一系列的有效措施，提升了紅外相機外協單位的產品保證能力，確保了各相關正樣產品的按時交付，有效減少了質量風險。

3.3 充分分析，確保進度風險可控

采用了驗收、評審、歸零等航天產品質量管理的方法，有效減輕、規避了紅外相機研制的質量風險。

衛星總體協同上海技術物理研究所紅外相機研制團隊，對可能導致進度風險的影響因素進行了分析，從關鍵技術攻關、質量問題處理和研制模式改進等三方面制定了相應的控制措施，確保相關風險達到了可接受的水平。

3.3.1 加強技術攻關，提高產品研制效率

如前所述，紅外相機中長波紅外探測器的研制推遲、主光學組件有關零件的外協加工、光機大組件裝調困難等，是導致紅外相機推遲交付最大可能的原因。

針對中長波紅外探測器整體成品率低、未能按原計劃通過第5輪流片篩選出正樣產品所需芯片問題，上海技術物理研究所采取了以下措施。

(1)強化了短線管理，加快了正樣長波紅外探測器芯片的研制，集中全所流片生產線資源，盡最大可能增加流片輪次，將流片時間由2月縮短至1.5個月，并安排專人跟進流片進度；優化篩選流程和時間，提前準備測試設備，落實相關測試人員，嚴格控制后續可靠性篩選流程時間節點；進一步梳理長波紅外探測器研制的詳細工作計劃，嚴格控制每個工序的時間偏差，發現問題及時處理解決。

(2)進一步梳理并優化了工作流程，在相機整體裝調過程中，利用前期獲得的鑒定備份產品提前開展光學裝調和固封檢測，同時開展了正樣組件獲得后更換等工作，減少了后續整機裝調的時間。

(3)進一步明確了產品交付的目標，重新編制詳細研制計劃，報衛星總體。衛星總體組織用戶赴上海技術物理研究所，對該風險事項進行了專項調度。

通過上述針對性措施，有效控制了該項風險。

3.3.2 及時處理，把質量問題對進度的影響降到最低

如前所述，上海技術物理研究所針對研制過程中發生的質量問題，及時組織開展了相關歸零工作，有效規避、減輕了質量風險。同時也大幅提升了項目團隊的研制能力、產品保證能力，把質量問題對進度的影響降到了最低。

3.3.3 團隊建設，適應航天工程研制模式

針對短線項目進行專項、專人管控，以周計劃、日調度等形式進行動態跟蹤；針對影響項目研制主線的關鍵事項、重大協調等，應積極尋求上級機關與用戶的支持[2]。

環境減災二號A/B衛星研制在此基礎上進行了更深層次地思考。從研制模式方面分析，為適應項目研制的要求、適應項目風險管理的要求，任務伊始衛星總體就協商上海技術物理研究所，打造面向航天工程研制模式的紅外相機研制團隊。具體步驟如下。

(1)參照已有衛星項目管理團隊人員分工、職責進行隊伍組建，明確了主管領導、研究室項目負責人，任命項目經理、技術經理、產品保證經理、計劃經理及其他人員，并明確了相應的崗位職責。

(2)分析項目研制階段的特點，開展了相應的管理工作。

(3)開展了項目管理培訓，按照項目研制要素進行了系統性地管理策劃、實施，包括集成管理、范圍管理、進度管理、產品保證管理、風險管理和物資管理等。

(4)強化進度管理，運用靈活的用人機制聘用航天系統內部具有豐富型號研制經驗的一線項目管理人員，打造計劃管理團隊，進行專業化管理。

(5)強化產品保證管理，組建了產品保證隊伍，編制了產品保證文件，制定了產品保證標準，加強了對外協單位的管理，定期、不定期地開展了產品保證培訓。

(6)針對短線項目，制定了專項計劃流程，精確到小時，進行精細化管理，開展了項目動態管理，相關工作日清日結。

3.4 發揮“領導作用”，促進產品研制和產品保證能力提升

“領導作用”是質量管理八項原則之一，同樣適用于項目風險管理。風險程度高的風險必須受到重視，在這些風險上優先投入人力、物力資源[4]。如衛星總體協調上海技術物理研究所，將環境減災二號A/B衛星紅外相機的研制列為了所里的重點項目。所領導親自主抓該項目，負責核心器件——中長波紅外探測器的研制，優先保證了紅外相機研制的一切資源，保證了所內各部門對該項的全力支持。針對研制團隊，配套了相應的政策支持和激勵機制。在所領導的大力支持下，衛星總體組織對該所的質量管理體系進行了二方審核，并多次組織有關專家對其研制團隊進行了項目管理、產品保證等相關培訓和技術交流，促進了產品研制和產品保證能力提升。

“領導作用”還體現在用戶單位、國家國防科技工業局、中國航天科技集團有限公司等對該項目的重視，對該項目進行了重點關注，定期、不定期檢查項目進展。

4 結束語

本文針對環境減災二號A/B衛星從項目特點及風險管理要求方面進行了分析，說明了項目管控的難點，并按照項目風險管理理論分析了重要風險源，從技術風險、質量風險和進度風險三方面制定了相應的管控措施，確保了相關風險降到了可接受程度，從而確保了該衛星的成功發射，積累的項目管理經驗可為后續衛星研制風險管理提供參考。