運載火箭通用化、系列化、組合化實施思路研究

徐巖 ／中國航天標準化研究所

王丹 ／北京宇航系統(tǒng)工程研究所

吳永亮、李宗鶴 ／中國航天標準化研究所

運載火箭技術是我國開展空間探索、發(fā)展太空技術的根本保障，是實現(xiàn)航天器入軌及后續(xù)維護的保證。運載火箭相關裝備是典型的巨型復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)及分系統(tǒng)間接口復雜、運載火箭型號種類繁多、功能性能要求較高。我國從20 世紀末推動運載火箭“通用化、系列化、組合化”（以下簡稱“三化”）工作。通過幾十年的發(fā)展，我國長征系列火箭已經(jīng)形成多種型號，發(fā)射能力覆蓋低、中、高不同地球軌道，實現(xiàn)各型衛(wèi)星、飛船、探測器精確可靠入軌，積累了豐富的研制經(jīng)驗和成熟可靠的產(chǎn)品，組成了相對完備的運載火箭整箭型譜，形成了整箭系列化、通用化、模塊化發(fā)展的態(tài)勢。“三化”已經(jīng)成為了降低航天型號產(chǎn)品研制生產(chǎn)質(zhì)量風險、提高成功率、提升運載火箭技術成熟度的重要手段。

一、運載火箭“三化”現(xiàn)狀

研制單位使用成熟通用技術手段，力求實現(xiàn)零部組件通用化、型號系列化、產(chǎn)品構(gòu)型組合化。隨著運載火箭技術發(fā)展，各國在滿足各式有效載荷發(fā)射需求的同時，不斷優(yōu)化運載火箭產(chǎn)品譜型，減少品種規(guī)格、降低發(fā)射成本、縮短研究周期，促進了運載火箭“三化”研究不斷推進。

長征系列運載火箭是我國擁有自主知識產(chǎn)權獨立研制的航天運輸工具，目前有多個型號在役使用，可以滿足低、中、高等地球軌道發(fā)射任務需求。考慮到型號繁雜、構(gòu)型偏多、運載能力重復等問題，我國長征系列運載火箭后續(xù)研制和改進也應充分考慮和體現(xiàn)“三化”的設計思想，以期優(yōu)化火箭型譜，提高設計效率。

一是系列化設計思路貫穿始終。確定運載火箭的發(fā)射軌道、運載能力、接口等基本參數(shù)，編制品種規(guī)格系列表，形成運載火箭產(chǎn)品系列型譜。在此基礎上，選用配套產(chǎn)品，開展設計、研制、生產(chǎn)等工作。我國長征系列運載火箭研制一直遵循系列化的設計思路，在研制基本型火箭基礎上，進行后續(xù)的型號系列化設計，力求火箭關鍵技術和核心產(chǎn)品具有不錯的繼承性。

二是新型號火箭研制充分考慮組合化（模塊化）設計。設計思路主要是：將運載火箭按照功能拆解，以火箭各子級、上面級、助推器為基礎模塊單元，設計為通用模塊，并針對不同任務需求，設計專用模塊（有時也稱為任務包），通過不同的模塊單元組合，實現(xiàn)不同的發(fā)射用途。

三是通過貫徹模塊化、系列化的發(fā)展思路，新型號運載火箭研制周期也不斷縮短。

二、“三化”推進實施需求分析

從長征火箭研制現(xiàn)狀可以看出，多年來“三化”技術在運載裝備研制中已得到了較為成熟的運用。但是隨著運載火箭產(chǎn)品型號更新迭代加快，大批量生產(chǎn)需求急迫，對運載火箭質(zhì)量可靠性和經(jīng)濟可承受性等方面提出了更高要求。特別是伴隨著運載火箭快速發(fā)展，運載火箭產(chǎn)品受到高度重視，單機產(chǎn)品可以說是承載裝備功能性能實現(xiàn)的基本單元。運載火箭單機產(chǎn)品功能不斷拓展、性能不斷提升、產(chǎn)品體系日益豐富，有效滿足了型號從無到有、跨越發(fā)展的需求。但面對新時期運載火箭高質(zhì)量發(fā)展要求，單機產(chǎn)品呈現(xiàn)出品種繁多、規(guī)格繁雜、標準繁復的局面，互換性差、質(zhì)量水平參差不齊、研制成本居高不下等問題日益凸顯，對現(xiàn)有運載型號性能提升和后續(xù)新型號研制形成制約。

這些問題的產(chǎn)生，主要是由于我國運載火箭研制任務的管理體制較為傳統(tǒng)，比如長征系列運載火箭任務管理多采用定制化管理模式，火箭研制到出廠始終遵循著定制化的生產(chǎn)要求，與任務關聯(lián)密切。面對這些問題，亟需進一步推進運載火箭“三化”工作實施。不僅要加快運載火箭通用化、系列化工作，推動統(tǒng)一規(guī)范的單機產(chǎn)品型譜編制，開展運載火箭基礎產(chǎn)品統(tǒng)標統(tǒng)型工作，構(gòu)建可靠暢通的運載型號產(chǎn)業(yè)供應鏈，從而降本增效；而且要推進“三化”工作監(jiān)督實施以及工作規(guī)劃落實到位，“三化”工作推進實施不僅僅是產(chǎn)品本身的問題，還涉及政策實施、產(chǎn)品研制使用雙方協(xié)調(diào)等諸多管理問題。

三、“三化”推進實施思路

運載火箭“三化”工作實施推進，除了以基礎理論研究為落腳點外，合理的“三化”工作規(guī)劃以及任務層面的管理，也是重要的舉措?！叭痹O計能成功落實，除了技術的延續(xù)繼承積累，更重要的是任務管理層面的穩(wěn)定，要有充分的理論方法基礎、合理的工作項目計劃和完善的監(jiān)督實施機制。

1.開展“三化”理論方法系統(tǒng)性研究

國內(nèi)航天型號產(chǎn)品“三化”的工作思路，主要是提煉產(chǎn)品對象關鍵參數(shù)，梳理通用產(chǎn)品和專用產(chǎn)品，編制產(chǎn)品型譜，在設計工作中納入模塊化組合化設計思想。而后續(xù)我國運載火箭“三化”工作的開展，應該更注重“三化”研制、“三化”實施、“三化”評價等理論方法研究，用系統(tǒng)的觀點和方法去解決運載火箭“三化”的應用實施問題。

2.做好工作項目層面的任務規(guī)劃

我國運載火箭研制經(jīng)歷了從無到有、從弱到強的過程?，F(xiàn)有階段的任務需要按照“三化”的思路進行頂層設計，全面進行工作項目規(guī)劃，在運載火箭研制立項論證、方案設計、初樣、試樣等工作階段，提出每個階段的“三化”工作項目、需要開展的“三化”要求和具體“三化”工作程序，整合各專業(yè)設計，從而避免低水平重復勞動。

3.建立有效的工作監(jiān)督機制

運載火箭研制各階段管理流程，要有相應的職能部門負責對“三化”工作的實施進行監(jiān)督管理，無論是運載火箭從立項論證到試驗鑒定等各階段的評審，還是各分系統(tǒng)、重要單機的設計評審，都需要將“三化”工作作為一項核心內(nèi)容進行考核。從使用方、科研生產(chǎn)單位兩方面，明確監(jiān)督職責，推動“三化”監(jiān)督工作實施，各方監(jiān)督職責分工和內(nèi)容見表1。

表1 各方“三化”工作監(jiān)督職責分工

由運載火箭各方“三化”監(jiān)督職責分工可以發(fā)現(xiàn)，實施監(jiān)督工作應落實在型號研制各階段，通過“三化”工作檢查和工作評審等方式來實現(xiàn)“三化”監(jiān)督職責和工作項目對照如圖1 所示，理清了使用方、行政主管部門和研制單位各方在各工作階段的職責。

四、結(jié)束語

運載火箭要做到全面推進“三化”實施，在技術體制方面覆蓋裝備從方案設計到試驗鑒定等研制各階段，在管理方面涉及產(chǎn)品使用方、上級主管部門和研制生產(chǎn)單位多方實施監(jiān)督職責，相關工作復雜且實施難度大，也要求后續(xù)工作能認清形勢現(xiàn)狀，敢于迎難而上，充分調(diào)動運載火箭研制各方發(fā)揮技術和管理創(chuàng)造力，保證對運載火箭“三化”要求落到實處，助推“三化”技術水平的提升。

圖2 “三化”監(jiān)督職責和工作項目對照圖