航天重大科技工程研制管理實踐

閻 君，張志強，方建平，李 亮

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

0 引 言

航天某重大科技工程是從概念出發的原創性項目，探索性強、風險性高，面臨技術深度不確定、管理高度復雜和研制時間窗口期極為有限等多重挑戰，是公認的世界性難題。技術層面的深度不確定性表現在：領域認知不充分、基礎理論不成熟、關鍵技術存在空白、設計方法尚缺乏、核心材料仍欠缺、保障條件不健全；管理層面的高度復雜性表現在：工程需將管理特征迥異的基礎理論研究、關鍵技術攻關、飛行演示驗證和保障條件建設4 條任務主線（以下簡稱4 條任務線）高度融合、一體推動，傳統上尚無先例。

研制團隊以“國家的、科技的、以工程為背景的”為指導思想，積極應對科學原理突破、攻關路線選擇、多任務線研制策略確定等工程管理問題，繼承和發展航天系統工程理論，面對管理特征迥異的4 條任務線，確定了“一體統籌和分類精準管理多任務主線，以并行研制支持多路徑探索從而提高研制效率，以全程評估支持分段決策從而有效辨識和化解風險”的管理策略，全面、高效、快速推進工程研制，有效化解工程面臨的各種風險，為完成工程目標奠定了堅實基礎。

1 研制管理實踐

1.1 一體統籌，部署4 條任務線相輔相成、協同推進

1.1.1 澄清邏輯關系，確定某工程研制管理的總體思路

該工程集探索、預先研究和工程研制為一體，4條任務線相輔相成、有機融合、有效銜接，其邏輯關系為：關鍵技術攻關是研制的核心，基礎理論研究為關鍵技術攻關提供原理支撐、指引攻關探索方向，攻關過程中如果發現模型不準、需要補充認知時，需反饋到理論研究任務線，推動理論成果的修正和完善；地面和飛行試驗為關鍵技術攻關提供驗證手段，關鍵技術攻關則為演示驗證中的技術難點提供解決方案；關鍵技術先經地面集成演示驗證，成功后再經真實飛行環境進行演示驗證，同時反饋支撐基礎理論的完善和關鍵技術成熟度的提升，最終完成技術的全面突破，持續夯實領域的技術基礎，逐漸完成領域知識體系的構建。保障條件建設需同步形成能力，為基礎研究、技術攻關和試驗驗證提供支撐。根據4 條任務線并行創新探索的需要，將研制管理總體思路確定為“三準則一策略”，即：

a）面臨高度復雜性，遵循“復雜性降解”準則，通過在思維層面建立工程要素屬性及關聯的邏輯體系，“降低”和“分解”工程的固有復雜性，從而獲得認知啟發，把握科學與工程規律；

b）面臨深度不確定性，遵循“適應性選擇”準則，通過動態應變來不斷探索和驗證工程解決方案；

c）面對多任務線的差異化管理需求，遵循“多尺度管理”準則，在對問題做出整體性把握的基礎上，實行精細化、針對性管理，回應工程管理的現實需求；

d）面對高難度、目標難以一次達成的技術攻關任務，遵循“迭代式生成”策略，把問題的整體復雜性分解到方案生成過程中的多個階段，每個階段只應對整體復雜性的一部分，并通過多次適應性迭代形成方案序列，逐漸逼近最終方案。

1.1.2 一體部署研制管理實施策略，制定總體與分階段目標

基于上述管理思路，對各任務線活動及所涉及要素的管理特征加以識別，確定的研制管理策略為“一體統籌、分段迭代、異步并行、分類精準”，即：一體統籌全面規劃和制定實施方案，相輔相成，協同推進4條任務線；以全程評估和分段決策支持迭代式生成最優方案，“邊探索、邊研究、邊驗證、邊研制，總體漸進、局部螺旋”地迭代式推進，確保工程能夠動態應變和穩步推進；全面踐行異步并行理念，并行開展多任務線的相關研制活動，以化解路線選擇和進度風險；針對各任務線存在顯著差異的獨特管理需求，為了控制風險和強化評估，分類精準、差異化管理各任務線上的研制活動。

為了配合研制管理策略的落地實施，立項之初，以全面突破關鍵技術、具備背景型號立項條件為目的制定總目標，圍繞總目標制定全壽命周期實施方案，全面規劃和一體部署4 條任務線的實施路線。

將工程整個研制周期劃分為年限不等的3 個研制階段，立足研制條件和技術水平，將總規劃目標分解為環環相扣、層層遞進的階段性目標。將工程全壽命周期劃分為“打牢基礎、攻關集成和飛行驗證”3 個階段，圍繞工程總目標，設定3 個階段的分目標（見表1）分別為：a）“打牢基礎”階段，建立領域基礎理論體系，明確各系統關鍵技術攻關目標和方案，確定飛行試驗總體規劃，開展設計仿真和急需保障條件建設；b）“攻關集成”階段完成基礎理論應用研究、單項關鍵技術攻關突破并經地面集成試驗驗證（部分核心關鍵技術經過若干飛行試驗驗證）、關鍵技術收斂并具備開展集成飛行試驗條件，同時完成設計、制造和試驗能力體系建設；c）“飛行驗證”階段，將所有經地面試驗驗證的關鍵技術按工程條件開展產品研制，完成真實集成飛行試驗考核，并完成補充能力建設，為量產奠定基礎。

表1 某工程的總體目標和分階段實施規劃Tab.1 Overall Goal and Phased Implementation Plan of a Project

以全面的基礎理論研究成果促進關鍵技術突破，以飛行試驗驗證單項關鍵技術突破，以單項關鍵技術突破支撐飛行演示驗證，以飛行演示驗證全面考核關鍵技術，經過3 個階段的扎實攻關，一步一個腳印地穩步推進，為工程轉入型號研制奠定堅實基礎。

1.2 以分段迭代扎實推進攻關進程，以分段試驗提高驗證效能

1.2.1 以分段迭代各個擊破攻關難題，扎實推進化解實施風險

工程需要在目標、路徑和結果未知的情況下開展科學探索和技術攻關，待突破的關鍵技術多，為化解工程實施風險，依據“復雜性降解”準則，需要開展分階段決策、迭代式探索最優方案。

在基礎理論研究任務線，集國家優勢力量、開放創新，從概念原理探索起步，按照原理探索→完善理論→深化理論的迭代路線，逐步深入、形成科學認知，為關鍵技術攻關提供方向，并經關鍵技術攻關逐步驗證，通過多輪迭代、回歸，推動理論的不斷深化。

在關鍵技術攻關任務線，通過迭代的螺旋上升過程，按單項技術攻關→地面集成演示驗證→飛行試驗驗證的迭代路線，在采用多方案并舉的同時，在工程的第1、第2 研制階段末設置決策點，對單項技術、產品、制造和系統等實施多層次、多維度、全過程的成熟度評估，依據技術成熟度評估提供的量化依據，對各任務線在各階段的任務完成情況加以評估，結合對后續工作的預判分析，多方案迭代，動態調整下一階段的規劃目標和篩選下一階段的技術路線，以分階段決策實現工程方案的逐步聚焦、工程難題的各個擊破。

在飛行試驗驗證任務線，按照研究性飛行試驗→集成飛行試驗兩步開展。在第2 階段中后期部分單項關鍵技術取得突破時，按照先行先試原則，采用成熟的試驗平臺對關鍵技術進行研究性飛行試驗驗證，待第2 階段結束，全部關鍵技術取得突破、關鍵核心技術經研究性飛行試驗驗證后，將全部關鍵技術集成，瞄準最終使用性能目標，開展集成飛行試驗驗證。這樣，既可以化解關鍵技術一次集成飛行的重大風險，又能夠促進領域技術的遞進迭代突破，為后續工程化研制奠定扎實基礎。

1.2.2 以分段試驗求證全程，摸邊探底、回歸迭代提高驗證效能

工程待驗證的試驗項目數量多、狀態多，且飛行產品的生產周期長、飛行試驗的窗口期短，必須大幅度提高驗證效能才能達成工程目標，必須革新驗證理念，才能突破飛行試驗驗證的條件限制。

為此，工程引入“研究性飛行試驗”驗證新理念，改變將固化產品和型號的技術狀態、推進定型批產作為飛行試驗驗證目標的傳統做法，將驗證關鍵技術突破作為飛行試驗的核心任務，以關鍵技術突破牽引試驗驗證，利用有限的飛行產品，探索和驗證更多的專業特性及關鍵技術，為完成總體方案閉合提供支撐，并在確保做到“控制風險保成功”的同時，努力實現“摸邊探底觸極限”，提升飛行試驗的驗證效能。

工程引入“分段驗證、求證全程”的驗證理念，在工程研制的不同階段采取差異化的驗證策略，以解決客觀條件對考核的限制難題。將整體考核目標分解為飛行初段、中段和末段3 個目標，將飛行試驗剖面進行相應劃分和設計，再按照“一體化分步推進”策略設計飛行試驗方案，在集成飛行演示驗證之前，先開展“研究性飛行試驗”來認識領域環境、解決地面試驗無法驗證或無條件驗證的關鍵技術，為各項地面集成演示驗證試驗提供較準確的環境條件依據；再結合仿真分析，對無法在飛行試驗中得到考核的關鍵技術，綜合集成飛行演示驗證和地面加嚴考核試驗等結果，做出是否滿足總體方案閉合的相關結論。

在飛行試驗開展初期，將完整飛行作為驗證目標，賦予任務團隊寬松的環境；在飛行試驗后期，將識別問題、摸清設計邊界、掌握設計裕度作為驗證目標，通過增加“探索飛行段”，在完成飛行試驗的“規定動作”、飛行試驗判據“圓滿成功”后，設計新的飛行動作，以有效利用有限的飛行試驗子樣，大膽驗證飛行方案參數裕度和產品性能余量，探索驗證更多專業特性和關鍵技術，回歸修正理論和設計模型，直接提高工程設計水平，并為制定后續飛行試驗方案提供依據。采用這種回歸迭代、層層遞進的策略，為全程考核奠定堅實基礎，化解全程考核的巨大技術和管理風險。

1.3 全面踐行異步并行理念，高效推進工程研制進程

1.3.1 貫通基礎理論到工程研制的創新鏈，異步并行推進四條任務線

基于對四條任務線邏輯關系的認知，突破“沿創新鏈依次開展理論研究、技術攻關和試驗驗證”的傳統研制路徑，提出異步并行、協同推進基礎理論研究、關鍵技術攻關、飛行試驗驗證和保障條件建設四條任務線（見圖1），快速打通理論研究到工程乃至型號研制的創新鏈條，將20～30 年的傳統串行研制周期縮短為10年左右，推動中國快速占領該領域的科技制高點。

圖1 四條任務線并行協同推進Fig.1 Four Task Lines Advance in Parallel

a）第1 階段理論先行，以厘清領域科學和理論問題為目標，聯合全國優勢力量，專業覆蓋全面地開展理論研究，探索關鍵技術攻關的方向；隨著攻關和理論研究深入；第2 階段以理論應用為目標，在深化基礎理論研究的同時，通過關鍵技術攻關和飛行試驗開展理論驗證；第3 階段進一步聚焦，在經過第2 階段研究和驗證基礎上完善理論和模型，實現理論研究的回歸迭代。3 個階段中，基礎理論研究任務線是一個逐漸聚焦、收斂和深化的過程。

b）關鍵技術攻關是工程研制的核心，3 個階段按照制定攻關方案→多路線單項技術攻關→地面集成演示驗證→飛行試驗驗證的順序開展，各系統技術方案從不確定到確定、技術成熟度從低到高逐步進階，集成范圍和規模逐步從小到大，多攻關方案逐漸收斂，通過一系列地面關鍵技術集成試驗，實現關鍵技術突破和成熟度進階。

c）飛行試驗驗證是關鍵技術的驗證手段，基于成熟度評估，隨著基礎理論和關鍵技術成熟度的逐漸提升，對達到一定成熟度標準的技術通過研究性飛行試驗進行驗證，并逐漸擴展研究性飛行試驗所囊括和驗證的技術范圍，最終在所有關鍵技術取得地面集成試驗成功、核心關鍵技術通過研究性飛行試驗驗證的基礎上，集成工程的所有關鍵技術，通過真實環境下的系列集成飛行試驗的全面考核，實現關鍵技術全面突破、工程目標全部達成。

d）保障條件建設是工程實施的能力基礎，改變“先審批后建設”的傳統做法，通過“統籌規劃、急需先行、分步實現”，確保保障條件建設與其余三條研制任務線進度相匹配，最大限度地滿足研制需要。

1.3.2 優化流程、革新理念，高效開展技術攻關和試驗驗證

傳統上，航天型號采取串行流程開展研制活動，在前一階段的研制任務完成后才進入下一個研制階段。為在有限的時間窗口期內開展創新度極高的前沿性探索，工程瞄準最終研制與飛行考核目標，采用并行工程方法對傳統研制流程加以優化，將初樣和試樣階段合并為工程研制階段，同步開展研究性飛行試驗促進和加快關鍵技術突破。同時，采用異步并行研制理念，根據各項關鍵技術的成熟度等級差異，異步開展關鍵技術的研究性飛行試驗驗證，先成熟先驗證、直到全部關鍵技術完成集成飛行試驗，從而大幅度提高關鍵技術攻關和試驗驗證的效率，形成了基于異步并行的研制流程，其要點包括：

a）異步并行開展不同成熟度等級的各分系統（單機）研制。量化評估各單機和分系統所依托關鍵技術的成熟度等級，對成熟度等級較高的單機和分系統，跨越方案階段直接從工程階段開展相關研制工作，將節約的時間用于提前開展更高等級技術的突破，以降低研制風險和節約研制經費。

b）并行產品投產。在方案研制后期、轉段前，依據技術、產品成熟等級分類開展研制階段工作和試驗產品備料、投產。在整個研制過程中，全面實施IPT的產品集成開發，對系統、單機、部段結合制造工藝并行開展詳細設計，在方案階段及早暴露設計問題，提前確定產品的元器件和原材料選用方案；完成技術審查后，提前開展飛行產品的元器件和原材料采購、備料和投產；方案轉段完成后，在對設計進行確認的基礎上，快速將產品的數字化設計模型以及相關要求下達給生產單位開展生產，從而大幅節約研制周期。

c）并行、組拼開展大型試驗。改變傳統的基于串行研制流程的管理模式，在工程研制試驗尚在進行中即并行投產飛行試驗產品。將大型試驗中耗時最久、參與系統最多的兩整發產品試驗，作為大型地面試驗的兩條主研制線；在兩整發產品的包絡時間內，依據試驗大綱和試驗方案，對其余產品按照“一品多試、一試多效”的原則開展試驗，以縮短大型地面試驗周期、減少配套產品當量，從而減少資源沖突、節約成本和避免產品進度拖延，確保大型地面試驗按時完成。

1.4 基于全程成熟度評估，實施分類精準管理

1.4.1 拓寬成熟度評估作用域，構建四維一體成熟度評估體系

成熟度評估是一種應用廣泛、行之有效的風險管理工具。為解決決策問題、化解研制風險，工程拓寬成熟度評估的作用域，構建技術成熟度、制造成熟度、產品成熟度和系統成熟度四維一體的多層次全過程成熟度評估體系，對傳統的成熟度評估理念加以拓展，改變依據成熟度評估結果事后檢查技術攻關的階段性或整體目標實現程度的通行做法，將成熟度評估的作用域從事后確認，拓展為事先策劃和全程監測，包括：有效識別某項關鍵技術的初始等級水平、確定后續攻關的問題與風險，確定技術等級提升的工作內容和技術路線，為攻關策劃和分段決策、過程檢查和改進、調整提供量化依據和手段（見圖2）。

圖2 四維一體的多層次、全過程成熟度評估體系Fig.2 Four Dimensional Integrated Multi-level and Whole Process Maturity Evaluation System

依據全過程評估理念，工程策劃構建具有多層次、多維度特征的成熟度評估體系。系統分析單項關鍵技術攻關、地面集成演示驗證、飛行試驗驗證等活動中的技術風險控制重點及難點，確定技術攻關過程中的大型試驗與技術成熟等級的映射關系，設置若干技術狀態基線的確認節點，作為成熟度評估的實施點；設定六級成熟度標準，規定：一旦某項技術在某個節點的評估中達到五級成熟度水平，即可部署對該項技術開展飛行驗證。在每個確認節點上，將評估結果與事前策劃時確定的攻關工作要求進行比較，明確進展情況和存在的差距，為制定關鍵決策和精準管理措施提供量化依據。

1.4.2 基于成熟度評估，對核心任務線實施分類精準管理

基于成熟度評估，對基礎理論研究逐步收斂聚焦。在工程實施伊始，梳理出若干項科學和基礎理論問題，全國各大高校和科研院所同步開展研究，針對理論的高度不確定性，部分課題選擇若干家同時開展。在第1階段末期對各課題進行成熟度評估，評估結果分成3類：a）理論的技術成熟度沒有提升、對關鍵技術攻關作用不明顯且有替代方案的，直接終止研究；b）理論的技術成熟度有所提升，但未達到直接應用的TRL3級，且工程急需的，安排開展專題研究；c）理論的技術成熟度達到TRL3 級以上，直接轉入單項關鍵技術攻關，并在攻關中進一步驗證和修正理論模型，實現基礎理論的迭代和螺旋上升。經過逐步聚焦收斂，基礎理論研究項目逐步減少、方向不斷聚焦，并與關鍵技術攻關和飛行驗證緊密結合。

基于成熟度評估，對關鍵技術實施“分類差異化”管理。提出技術關鍵程度概念和識別方法，確定3 級分類和差異化管理準則，將待突破的關鍵技術劃分為重大（A 類）、重點（B 類）和一般（C 類）3 類，確定3 類技術的差異化攻關目標為：重大技術關乎工程總體目標實現，技術指標必須100%嚴格實現；重點技術影響總體方案閉合，技術指標允許部分調整；一般技術不影響總體方案閉合，技術指標可做適應性微調。

以技術成熟度評估指導單項關鍵技術的分類和差異化過程管理：通過規范和量化的技術辨識，避免漏選和錯選關鍵技術；通過技術分類，對攻關目標實行量化管理，使攻關工作更聚焦、要求更明確；及時掌握關鍵技術攻關的進展情況，有效識別技術與制造的薄弱環節和風險點，避免不成熟技術的提前轉段；精準把握技術的成熟規律，系統策劃、梳理和清晰技術路線，科學合理制定規劃，牽引攻關工作的整體協調發展。

技術成熟度評估貫穿關鍵技術攻關全過程。經評估達到TRL4 的單項關鍵技術才能具備進入地面集成演示驗證條件；先行達到TRL5 的部分關鍵技術才能安排研究性飛行試驗驗證驗證；第2 階段結束，對全部關鍵技術開展評估，全部關鍵技術達到TRL5 以上，開展集成飛行試驗。通過對關鍵技術的成熟度評估，不斷促進關鍵技術成熟度水平提升，加速了背景型號的立項研制和能力形成，超額完成了工程目標。

基于成熟度評估，對地面和飛行試驗實施“分類定制化”管理。將地面試驗項目分為兩類：考核性試驗項目，必須試驗通過才能確定方案和技術狀態，否則就會面臨較大技術風險；驗證性試驗項目，為提高技術成熟度而安排，即便試驗未通過，一般也不會引起方案性顛覆。面向總體方案閉合，通過總體統籌，每發飛行試驗均策劃目的不同的、分屬不同類型的多項試驗項目，只要全部考核性試驗通過，則立即確定產品的技術狀態，并按所確定的狀態進行產品備料投產，從而充分利用有限的飛行產品開展驗證，并大幅度加快研制進度，確保在最短時間內齊套飛行試驗產品、按計劃完成驗證任務。

2 結束語

某工程緊密回應重大科技創新工程帶來的巨大管理挑戰和獨特管理需求，提出指導重大科技創新工程管理的“三準則一策略”總體思路，形成一套差異化聚焦又一體化并行推進、以分段科學決策達成整體高效的新型工程研制管理模式，突破傳統工程型號對成功嚴苛要求，立足國情、大膽探索，確保前沿理論探索不斷深入、關鍵技術攻關不斷推進、產品質量受控、飛行試驗成功等多重目標的實現，使中國該領域技術水平邁入世界前列。同時，豐富了航天系統工程理論的實踐內涵，為科技創新工程管理提供了重要的實踐參考。