运载火箭去任务化模式及其在型号中的实践

◎上海航天技术研究院 王玮等

运载火箭去任务化模式及其在型号中的实践

◎上海航天技术研究院 王玮等*

目前，我国CZ系列运载火箭的研制生产管理普遍采用定制化模式，即在火箭研制之初就与卫星任务关联绑定，并设定产品代号。全生命周期中，原材料和元器件按批采购，部分通用单机和零、部（组）件组批生产验收、按发交付，其后各阶段则带有明显的发次属性，包括大系统、大部段产品的生产和试验、火箭总装与出厂测试、发射任务。在这种模式中需根据卫星型号要求和发射方案，在产品库中选取合适的型号或定制化研制新产品，编制定制化软件，设置定制化流程。

这种传统的定制化模式适应了各发次任务之间的差异性，充分满足了任务需求，并依靠定制化的方式实现了火箭性能的最优化，从明确对火箭的要求开始直至执行发射，运载火箭需要的研制周期为20个月。但是，随着近年来中国航天迎来高密度发射，定制化模式的弊端逐渐显现出来，主要表现在：产品整箭级的互换性差，面对计划调整等突发情况的快速响应能力不足，存在制约任务实施进度的风险；另外，已生产完毕的火箭无法挪作其它任务使用，存在已制品不得已只能长期贮存的情况。

为了应对这种风险，上海航天技术研究院考虑引入去任务化概念，对运载火箭研制生产模式进行优化，提高火箭应对不同任务的灵活性，并缩短任务周期，以有效应对高密度发射。

一、去任务化模式的相关概念

1.去任务化的基本概念

所谓去任务化模式是相对于定制化模式提出的，指在运载火箭的研制生产环节取消任务属性，独立性较强地组织研制生产，任务属性较晚介入主研制流程，从而使任务计划较小地影响产品的研制流程。去任务化最理想的情况是：火箭按一种设计状态批生产、测试、贮存，不与具体任务关联，待发射任务及其要求明确后再选取库存产品、注入任务相关参数，完成必要测试后即可赴发射场执行发射任务。

2.去任务化与定制化模式的比较

作为运载火箭2种不同的科研生产管理模式，去任务化模式和定制化模式在技术环节与管理环节上均存在差异。图1和图2分别为去任务化模式和定制化模式的主要流程。

图1 定制化模式流程图

图2 去任务化模式流程图

从图1可以看出，任务要求贯穿研制、生产、测试、发射各流程始终，仅虚线框内部分可与任务不关联。整个任务周期长，且火箭在分系统齐套及试验阶段已具备任务属性，产品很难与其它任务相互调配。

从图2可以看出，虚线框内部分均可与任务不关联，意味着火箭研制生产可以不受具体任务影响；任务属性在较后期介入，火箭硬件已生产测试完毕，后续任务周期较短，意味着任务可以不受火箭研制进度影响。

通过对各个环节的对比，可以系统梳理2种模式的异同，见表1。

二、去任务化模式的探索实践

1.型号现状分析

CZ-4系列运载火箭目前的科研生产模式是典型的定制化模式，仅单星发射就存在6种型号构型。任务要求明确后，根据任务情况选择其中某种构型，确定全箭技术状态，部分产品（整流罩、适配器等与星箭接口相关产品）定制化生产，火箭从分系统研制开始带有任务特征，后续仅用于本次任务发射，不具备互换调整的条件。

表1 去任务化模式与定制化模式的比较

2.去任务化瓶颈分析

一是硬件产品状态差异大。CZ-4系列运载火箭现存的多个构型之间不能互换，主要表现在总体、箭体结构、动力系统、控制系统等系统的产品状态差异上，经统计，CZ-4B和CZ-4C火箭现有状态硬件产品通用化率达到81.7%。而非通用产品是火箭不能互换的主要瓶颈所在，尽可能提高产品通用化率，是缩减合并构型数量的重要手段。

二是测试环节与任务属性相关联。火箭控制系统测试、集成综合测试均带有任务属性，与任务紧密关联。目前模式下，控制系统在完成分系统测试后已不具备通用性，即便2发火箭硬件状态完全一致，也因测试环节已注入不同参数而无法实现互换。

三是型号研制按发次进行管理。火箭的计划任务下达、技术状态控制、质量管理、生产线管理、总装齐套管理、经费管理、用户管理等方面均与任务关联，按发次管理，互换容易造成管理上的混乱。

3.去任务化的途径

一是技术状态的统一。

在CZ-4系列运载火箭未实现通用化的产品中，部分差异经改进设计是可以统一状态的，而另一部分差异后续仍需维持原状态。未来，需要进一步提高产品的通用化率，增强产品研制生产和调配的灵活性。CZ-4B/4C火箭状态存在差异的部件状态梳理见表2。

通过对差异状态产品进行改进设计，可以统一产品状态，提高火箭产品的通用化率。但对于CZ-4系列运载火箭而言，部分产品后续仍需定制化设计，按2～3个不同状态投产，实际情况距离完全意义上的去任务化仍有一定距离。根据实际情况，后续去任务化的目标设定为：型号按CZ-4B火箭和CZ-4C火箭各一个基本状态，自整流罩以下产品实现状态统一，三级过渡段、尾段、尾翼按整流罩状态选配，整流罩仍根据卫星要求定制。

二是软件和测试环节去任务化。

火箭的硬件产品通过统一状态实现去任务化后，由于从分系统测试开始的火箭各类测试项目均带有任务属性，实际上该发火箭已与任务紧密关联，不再具备通用性，不能真正实现去任务化。要保证一发经过完整测试的火箭具备通用性，就需要使之前的测试环节具备通用性。因此，需要研究测试环节的去任务化，从分系统测试环节开始，采用通用的测试软件开展测试，各发火箭的测试流程和测试内容统一，与具体任务脱钩，测试安排不受任务计划影响。但最终飞行产品仍然要增加任务属性，以满足任务的个性化需求，为保证测试覆盖性，可在任务明确后，安排进行与任务关联的测试环节。

三是去任务化模式配套的管理措施。

传统的定制化模式中，配套采用的管理文件、图纸、投产计划等管理措施都反映了任务相关信息，采用去任务化模式后，配套的管理措施需进行以下几个方面的同步调整：

●火箭产品设计、工艺技术状态不再按火箭发次明确，而是按照产品图代号来明确。

表2 CZ-4B/4C火箭差异部件梳理表

●研制单位下达产品生产计划时不标注产品对应的任务发次，而是根据生产单位的编号规定进行编号，待任务明确后由研制单位明确发次代号和产品编号之间的对应关系。

●单机（部段）产品验收评审采用批量验收的方式进行，验收结论不明确发次，只明确同意本型号使用；单机（部段）产品交付总装齐套时，根据齐套计划要求明确装箭产品编号，产品配套情况汇总后提交给总体和分系统单位。

●明确任务要求之前，产品的质量检查确认工作按照产品编号进行，与用户和上级机关沟通时主要汇报同批产品的生产技术状态、进度、质量和验收交付等信息；明确任务要求之后，发次代号与产品编号相关联，质量检查确认工作按发次代号进行，与用户和上级机关沟通时汇报配套关系及本发产品的状态及质量情况。

●各单位采用与去任务化相匹配的管理模式，适应型号组批生产与任务发次产品记账方式不同带来的财务管理变化。

三、效果展望与建议

1.效果展望

CZ-4系列火箭以3年为一个工作周期，全面推进型号去任务化，预期将对型号的研制生产模式带来全新的转变，具体包括：火箭产品由按任务计划投产、测试、发射改为自行组批投产，统一测试、贮存，具有更高的自由度和独立性；火箭状态进一步统一，节省设计、生产、管理成本；注入任务属性之前，各发火箭之间具备高度的互换性，容易调配，任务灵活性大大增强；任务下达后，5个月具备发射条件，相比之前的20个月周期大大缩短。

2.建议

运载火箭的技术状态统一，仍然受外部约束的影响，由于外部输入的多样化，使火箭技术状态仍不能完全统一。为实现运载火箭型号去任务化目标，建议加强星箭接口标准和规范的制定、推广，使各卫星研制单位在卫星设计中依据规范开展星箭接口设计，对运载火箭的接口要求尽量统一，便于运载火箭开展与星箭接口相关部段的状态统一工作。

去任务化对于运载火箭研制模式，是一次“以产品设计改进为基础、以管理模式转变为关键”的重要变革，不仅有利于批生产技术状态的控制，更有利于整箭成熟度管理工作。去任务化将使火箭研制单位摆脱单个任务需求的限制和任务计划的影响，同时具体任务也将因火箭研制生产效率的提高而获得更大的灵活性。在高密度发射情况下，去任务化是提高效率、降低成本、优化流程的必要手段，将使现役型号激发出更大的活力，推进运载火箭的市场化转型和产业化发展。

*其他作者：赵峰（中国航天科技集团公司）、吴佳林（上海航天技术研究院）