低成本批产商业通信卫星用元器件保障模式探索

胡楠楠，南 方

（1.中国空间技术研究院通信卫星事业部，北京 100094；2.中国空间技术研究院通信卫星物资部，北京 100094）

1 引言

商业卫星研制以企业为主体，以满足用户需求和实现市场价值为基本目标，在保证产品可靠性的前提下，最大化控制成本，获得商业市场竞争力。同时商业卫星一般还具有研制周期紧、批量生产，满足用户在快响应、个性化等方面不断增长的需求的特点，这就要求商业卫星在保证可靠性的前提下，有针对性地优化流程，以更低的成本、更快地速度投入市场。

商业航天的迅猛发展，尤其是商业通信星座组网发展趋势强烈，结合卫星生产批量化、研制低成本等特点，对降低成本、缩短研制周期上对卫星研制生产流程优化提出了迫切需求，给传统的卫星研制模式提出了新的挑战，传统的元器件配套模式已不能满足其研制需求。

2 商业通信背景

近年来，国外掀起新一轮商业通信星座建设热潮，目前已有了多个典型通信星座，然而国内商业通信星座仅仅处于调研需求、立项起步阶段。

国外商业通信星座主要有：泰雷兹-阿莱尼亚公司的Iridium，设计寿命12.5年，卫星数量81颗（第二代，66工作星+9在轨备份星+6地面备份星）。泰雷兹-阿莱尼亚公司的Globalstar，设计寿命15年，第二代32颗已完成部署。一网与空客联合生产的OneWeb “一网”系统目前共规划有3代，第一代卫星星座计划于2018年启动部署，第二代星座计划于2021年启动，第三代星座计划于2023年启动，目标是到2025年将能够为全球超过10亿用户提供宽带服务。SpaceX公司于2017年3月提交V频段低轨星座运营申请，并命名为“SpaceX V频段非静止轨道卫星系统”，SpaceX星座由7518颗卫星构成，包含接近12000颗卫星，将成为迄今为止人类提出发展的规模最大的星座项目。以Iridium、OneWeb等商业卫星星座的建设为契机，出于应对批量生产卫星的需要，以设计可制造性、可测试性、可验证性为重要特征的并行工程模式日益成为商业卫星科研生产模式的基础性理念。

以Iridium项目为例，它采取的优化措施有面向制造的设计，采用离散事件模拟仿真进行时间管理，运用COTS部件等实现低成本和快速生产。在Iridium系统一期，大量采用COTS部件，许多COTS器件完全能够满足任务需求，但也有一些需要额外加固、降级和筛选，而一些关键部件则需要采用高可靠器件以提高效费比。

以OneWeb卫星项目为例，采取了研制流程优化措施，包括以生产制造为中心的研制流程，开展面向成本设计的初步设计评审等流程。基于预算和进度的控制，提供额外奖金，要求供应商最大限度地降低部件重量，减少部件数量，并优化生产进度和加快集成过程。构建同步快速的生产线与供应链，大幅减少供应商数量，一般是独家供货，部件基本外包，通过奖金提高协同效率和进度控制能力，外包企业对交付产品的质量负责，一般不对供应商部件进行验收测试。

3 针对性的元器件保障模式

3.1 明确核心思想

一直以来，国内商业卫星仍处于起步阶段，国内研制的通信卫星由于轨道高度和在轨长寿命的要求，对高可靠的指标要求较高，就需要在元器件选择和应用方面加强控制，满足系统可靠性指标要求。

以往元器件选型控制多依赖于单机设计完成之后的选用审查，对于存在可靠性风险或采购风险的元器件识别较晚，难以进行设计更改和替代方案考虑，有时影响了型号研制进度和质量控制。从元器件种类和技术指标角度来看，同类型元器件不同生产厂、规格名称、技术指标的差异，导致型号选用的元器件规格较乱，成本较高，不利于组批综合管理和配套。

综合国外商业卫星研制流程优化的相关实践，总结国外研制流程优化的理念以及关注的核心要素，可以为我国商业通信卫星星座研制模式提供借鉴和参考。全面保证通信商业卫星用元器件的可靠性与稳定供应，必须明确树立”保成功、保供应、降成本”的核心思想。

3.2 制定商业通信卫星用元器件选型策略

制定商业通信批产卫星的元器件选型策略，建立选型规范，统一规划选型，对部分元器件的选用种类、规格以及性能指标要求进行统一规范，压缩品种规格，指导型号正确选用，同时也可以降低周期成本和采购成本。有必要转变设计、生产、组织管理模式，实现“通信卫星向卫星通信”转变、实现“型号研制向大批量组批生产”模式转变，对现有管理模式也带来了巨大挑战。

（1）开展COTS货架器件选用策略研究；

（2）开展SoC、SiP等定制集成电路选型设计研究；

（3）制定通信批产卫星选型规范（包括编制FPGA、DSP、存储器等关键元器件选型指南），减少选用元器件类型，固化元器件技术状态，便于批量采购、批量保证、降低成本。

3.3 制定差异化元器件质量保证模式

通过对后续实际任务需求分析，主要包括型号的寿命、工作轨道、可靠性指标、任务剖面、研制周期、产品承研单位、自主可控需求等方面的综合分析，同时基于型号差异化的工作模式（不同任务卫星分类实施），制定型号专门的元器件保证总体技术方案以及元器件保证要求，针对不同类型、不同应用等级、不同质量等级的元器件制定差异化质量保证方案。

（1）批量、通用元器件和复杂、关键元器件差异化保证；

（2）元器件组批开展质量保证，降低质量保证成本；

（3）SiP和SoC等复杂元器件，将保证过程与元器件研制过程紧密结合，在元器件研制过程中分别开展方案保证、设计保证、生产保证、鉴定、应用验证、质量保证等各项保证工作。

（4）开展基于元器件应用等级的质量保证模式，通过“单机”和“元器件”两级关键性表征元器件的应用等级。元器件应用等级确定程序见图1。

图1 元器件应用等级确定程序

（5）不同类型、不同应用等级、不同质量等级元器件制定差异化质量保证方案，针对上述元器件应用等级，将开展具有差异化的元器件选用和质量保证措施。允许选用工业级、商业级器件的同时为了保证可靠性，不同的应用等级下开展不同的质量保证工作。

3.4 形成面向批产卫星的经济可行的元器件采购保障模式

总体的采购原则是保证选用的元器件在性能、质量、进度、成本和可获得性等方面的风险可控，优先基于国产成熟产品选用，严控进口元器件使用；在采购渠道方面，尽量采购国内或国际上成熟的宇航级、军级、工业级或商业级元器件供应商，确保质量稳定；在采购模式方面，应合并压缩选型，采用批量、集中采购模式，降低元器件采购成本；在采购批次方面，相同应用条件下尽量选用同规格、同等级元器件，采购时充分考虑元器件存储寿命周期，确定采购批次大小与供应的关系。

（1）面向全球采购，原则上确保每种元器件有1-2个厂家，建立鸿雁星座型号元器件采购策略；

（2）对于国产和引进元器件统一组织采购，选定厂家并与供应商洽谈寻求阶梯价格；

（3）调研厂家，研究组批采购的最佳经济点，优化形成合理组批模式，总结具有代表性的研制单位在批量采购中有效降低成本的经验值，针对几个重点元器件生产单位的采购数量和价格的优化值进行匹配分析，开展批产采购优化模式研究，制定批产采购实施方案。

（4）国产元器件进行批量储备采购，统一组织与厂家签订协议、合同，厂家可提前按照用量备货，统一验收，统一发货。

4 结束语

综合以上分析，影响卫星元器件质量和成本的主要要素有选型策略、质量等级、质量保证措施、采购方式等。后续在工程实践过程中应加强元器件质量等级与任务寿命情况，产品可靠性与产品性价比等统计分析，识别元器件应用风险的关键要素，保障商业通信卫星在快响应、低成本的元器件保障模式上不断创新。