测控应答机去型号化工作的探索与实践

/中国航天科技集团有限公司 /中国航天标准化与产品保证研究院

目前，我国测控应答机具有应用领域广、承制单位多、型号应用需求差异明显的特点，其设计研制过程仍采用“以型号任务为牵引、逐级研制交付产品”的传统系统工程管理模式。在设计研制过程中，测控频点、组码等参数需求各异，带来产品类型多、技术状态繁杂、设计与生产状态发散等问题；产品可靠性设计方面相对薄弱，带来多种质量问题频发、整机稳定性不够等一系列问题。

综合考虑这些特性与问题，在测控应答机的设计研制过程中引入去型号化工作的概念。开展去型号化工作的探索与实践，优化了测控应答机的研制生产模式，提高了测控应答机应用的灵活性，缩短了测控系统研制周期，满足了不同型号与用户的需求，从而能有效应对型号高强度研制要求。

一、测控应答机现状与存在问题

测控应答机是航天器平台的重要组成部分，是测控分系统的配套产品，广泛应用于遥感、通信、导航、载人航天和深空探测等领域。同时，测控应答机也是星地测控系统的关键部件，主要性能参数受地面测控系统以及卫星最终用户制约。

目前，测控应答机的设计模式是典型的定制化模式。在确定航天器型号的性能指标后，对测控应答机进行设计研制，设计研制流程主要分为5步：一是用户或总体确定航天器测控系统性能指标；二是总体根据测控系统性能指标，确定测控分系统指标；三是测控分系统进行指标分配，根据总体要求进行应答机选配，并提出单机研制技术条件；四是产品研制单位进行产品设计、元器件选用及采购、产品研制等工作；五是型号总体和分系统完成单机验收，并进行交付使用。

基于上述设计研制流程，对目前测控应答机产品研制过程进行分析，总结得出以下5个方面的问题。

1．产品状态不统一

测控应答机的具体研制技术条件需要根据平台、卫星型号以及用户的类别确定，导致研制输入条件确定周期长，测控应答机的产品接口状态、设计状态、验证条件以及测试条件呈现多样性。

2．产品需多次鉴定

测控应答机原有状态和鉴定条件是基于某一具体航天器型号确定的，在发生产品升级或状态变化时需要进行不同程度的补充鉴定试验验证，导致同一功能的产品需进行多次鉴定，增加了产品研制成本。

3．产品交付周期长

当前测控应答机的内部频率关系需要根据确定的工作频率进行设计，一些部件不能提前订货，无法实现产品的滚动生产，延长了产品研制周期。

4．应答机参数设计不灵活

用户提出在产品交付前确定测控工作参数，或在轨实现工作参数可调整的要求，而当前测控应答机在产品设计初期即确定了工作参数，后期更改将带来成本和交付进度的双重代价。

5．产品质量可靠性不高

产品状态的多样性使研制人员在产品设计中更关注产品的电性能设计，而忽略了可靠性方面，从而使测控应答机产品可靠性不高。

上述问题表明，当前测控应答机的设计及研制状态仅能适应单台套的生产模式，虽然测控应答机为型谱产品，但随着新平台开发和新型号的研制，常用测控应答机的功能和接口需求已经超出原有型谱规定的范围，在具体型号研制过程中需对测控应答机产品功能性能或相关接口进行适应性调整，否则无法高效开展去型号化研制。

二、开展去型号化工作的原则与思路

测控分系统作为航天器四大关键分系统之一，其重要性不言而喻，测控应答机的去型号化工作是相对定制化模式提出的，在测控应答机研制生产环节取消型号属性，不再与某一特定型号航天器测控系统的性能指标相关联，而是设计面向多型号应用的通用产品。

在开展工作之初，首先明确开展测控应答机去型号化工作的原则，确定测控应答机去型号化工作的实施对象，并进行分类。应纳入去型号化工作的包括：需求量较大、技术成熟和升级换代的测控应答机产品；有型号应用背景的新技术且技术条件统一的测控应答机；以数字基带为主的统一载波体制(USB、UCB)应答机。不应纳入去型号化工作的包括：全模拟式应答机；已经交付或在研的产品；新技术应答机应用型号较少且成熟度不高以及未来没有型号需求的产品。

在确定工作原则的基础上，合理选择测控应答机去型号化的规格对象和技术路线，为后续去型号化工作的开展提供基础。由于不同型号具有不同的应用需求，测控应答机频点、码组等指标往往需要改变，但其产品核心功能性能具有一定的通用性，不同型号应用需求的差异性可通过FPGA、ASIC、模块化设计等技术手段加以解决。

测控应答机开展去型号化工作的具体思路概括为以下几个方面：

频点——通过对测控应答机上下行射频流程设计调整，实现频率可调，进而实现测控应答机上下行频率的去型号化。

扩频码组——根据需要选配，在完成生产的情况下通过更改参数配置的方法更改扩频码，进而实现测控应答机扩频码组的去型号化。

供电电源——采用模块化设计，保证多种规格电源可以互换，不受型号一次电源影响。

指令接口形式——提供多种形式的指令接口，以适应不同电压、脉宽指令形式的需要，不同型号根据具体需求选配。

环境试验条件——采取最大环境试验条件包络的原则，使其具备去型号化的能力。

研制流程——优化研制交付流程，确保产品数据包完备、有效及研制过程受控，进而做到产品保证到位，型号放心选用。

文件体系——统一同类测控应答机的文件体系，支撑去型号化组批采购与研制交付。

基础产品——结合现有型号产品研制工作开展去型号化设计完善与必要的补充鉴定工作，以满足不同型号和用户需求。

三、测控应答机去型号化工作的实现方法

经过反复论证，总结概括出测控应答机去型号化工作的基本流程，如图1所示。

1．梳理和确定去型号化产品规格

这部分内容包括应答机状态的梳理、研究未来型号对应答机的需求和确定去型号化产品规格3项工作。在执行过程中，按照工作电压、接口类型、接收灵敏度、总线类型等属性对测控应答机进行规格以及状态划分。同时，梳理分析遥感、通信、导航、载人航天和深空探测等领域后续型号任务的使用需求，为后续测控应答机的技术发展提供方向性指导。

图1 测控应答机去型号化工作流程图

在梳理和分析的过程中，研制人员对去型号化工作的认识也在逐步加深，不再是单纯按去型号化的概念对测控应答机产品进行设计规划，而是结合具体型号情况与产品现状不断优化去型号化工作的产品规划与实现方法。例如，2个单位使用不同类别的S频段测控应答机产品，最初规划一个规格去型号化应答机可以同时满足不同单位的使用需求，但随着去型号化工作的深入开展，一致认为由于2家用户的功能需求存在一定差异并已各自形成了成熟产品，基于目前的技术体制，即使按模块化思路进行去型号化设计改进并重新投产鉴定件，也不能很好地同时适应2家用户需求，最终决定划分为2个规格分别开展去型号化工作，从而节约了研制成本，提升了研制效率。

2．制定通用技术要求和验收大纲

统筹开展去型号化测控应答机在产品技术要求、产品技术状态管控、产品环境试验条件和测试方法、产品数据包管理等方面的研究，明确去型号化测控应答机产品在后续选用、采购与过程监理等方面的相关管理要求，完成测控应答机产品通用技术要求、验收大纲等文件的编制和评审，最终确定输入文件状态。在实践过程中，重点开展以下4个方面的“统一”工作。

一是统一产品研制输入。按照测控应答机“十三五”需求规划，组织总体单位对各测控应答机产品技术要求进行统一。

二是统一产品技术状态控制。将产品代号作为产品技术状态的唯一标识，开展产品版本控制和技术状态更改控制工作，避免同一产品代号下出现多种技术状态。

三是统一产品环境试验条件和测试方法。针对测控应答机未来可能用到的环境，组织产品研制单位与各型号总体协调，以达成统一的产品试验条件，并在产品规范或试验规范中落实；建立统一的测试验证程序，形成细则并纳入标准文件体系。

四是统一产品数据包管理。梳理测控应答机产品数据包清单，制定统一的过程记录模板，确保各批产品信息记录要求一致、可比对。在选用产品时，对产品数据包的相关内容进行事先确认，当存在分歧时，在任务指令下达前协调和提出个性化信息需求。

3．制定单机设计方案和产品规范

依据通用技术要求，对测控应答机进行单机方案设计，并以此编制设计报告、产品规范、可靠性安全性设计报告、技术风险识别与分析评价报告等文件，并通过组织评审。在上述过程中，重点开展了2项“统一”工作。

一是统一原材料和元器件的采购与复验。对各型号原材料和元器件需求进行统筹，明确统一的采购和复验要求，以标准或受控文件的方式递交给采购方和复验方。根据产品具体的订单需求、物资订货周期及存储周期等因素进行综合分析、统一采购，探索建立可供生产线形成货架能力的常备物资机制。

二是统一零部件产品保证要求。建立统一的外协产品保证要求，进行过程控制，实现供应配套的一致性。开展测控应答机组件产品组批生产，整机装配前对组件功能、性能进行充分验证和全面评估，避免造成批次故障。

4．产品组批采购

根据型号分工定点或招投标情况，完成采购经费协调工作，并对其结果进行审批及报备工作，完成后再进行合同签署，并执行组批采购工作。

5．生产及验收交付

采购方进行测控应答机的过程控制检查，负责单机强制检验点等项目检查，由型号与采购方协调下放补充技术要求，确定测控应答机频率和扩频码组等参数，产品研制单位收到补充技术要求、完成参数确定后开展验收级环境试验，进行出所测试后完成产品研制。其中，重点开展了3个方面的“统一”工作。

一是统一产品生产计划管理。规范通用产品生产流程，协调避免临时确认环节出现，进而形成统一产品生产计划，实现统一排产和管理。同时，根据统筹产品的相关需求，形成组批生产计划，并且按照产品维度进行生产计划维护管理。

二是统一产品生产标识。建立测控应答机产品生产基线，生产指导性文件需使用产品化标识，再按生产基线要求配置到生产线，并将其作为生产依据。为保证记录与产品的唯一对应性和可追溯性，生产过程中保持记录与产品唯一生产编号信息的一致性。

三是统一整机产品交付验收程序。建立测控应答机产品与型号2级验收机制，制定标准化的入库验收程序并实施。待交付型号明确后，依据相关文件确认产品对用户的需求，履行交付验收工作，并最终形成交付产品。

通过开展测控应答机的去型号化工作，初步形成了产品应用单位统一制定通用产品研制技术要求、产品研制单位制定通用产品规范并作为采购依据的工作程序；促进了型号需求与产品型谱的对接，进一步压缩了测控应答机型谱产品规格，形成了去型号化测控应答机的文件体系，为后续型号总体实现高效、重复、稳定的生产奠定了基础，促进了研制单位对产品通用性、可靠性等设计工作的关注度与能力提升。同时，开展测控应答机去型号化工作也为其它通用产品实施去型号化提供了有益借鉴，为后续通用产品订单式组批采购、生产、验收要求的完善与机制建立奠定了基础。▲