多航天器在轨管理模式建立与实践

(1 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)(2 中国空间技术研究院，北京 100094)

我国航天事业已经进入快速发展阶段，航天器在轨运行管理工作面临着巨大挑战和发展瓶颈，主要体现在：①现有航天器在轨管理工作评价颗粒度粗、技术监视手段不足。“十三五”末期，在轨运行的航天器数量将突破200个，在轨管理任务量较“十二五”增加近3倍，且新一代航天器在轨寿命长、用户对航天器连续服务时间、稳定性及应急响应速度要求高，现有航天器在轨管理工作评价要求及技术手段难以满足新的要求，主要体现在在轨异常处置不够及时、应急状态下信息沟通不够有效、人工介入环节较多且智能化手段薄弱等。②用户对航天器在轨管理要求不断提高。一方面，面对激烈的商业化市场竞争，用户对服务意识和服务质量的要求越来越高；另一方面，在管理团队人力资源有限而在轨航天器数量逐年增长的情况下，用户对团队管理效率的提升越来越迫切。本文针对以上瓶颈问题，提出了多航天器在轨管理模式，以进一步确保航天器稳定运行、提升管理效能和用户使用满意度。

1 多航天器在轨管理模式

面对航天器在轨管理工作评价颗粒度粗、技术监视手段不足，以及服务意识、服务质量和管理效率需要提高的现状，本文从精细化、智能化、多元化和集约化4个维度进行分析，建立以提炼管理要素为手段，以全流程精细化管理为核心的多航天器在轨管理模式，并通过提升工具智能化程度、加强多元化支持保障能力及集约队伍配置等保障与支持手段，达到降本增效的目的，从而确保170余个航天器在轨稳定运行，提升管理效能和用户使用满意度[1]。多航天器在轨管理模式建立方案如图1所示。

图1 多航天器在轨管理模式建立方案

2 航天器在轨精细化管理

多航天器在轨管理模式的核心是全流程精细化管理[2]。通过建立精细化管理模型对多航天器在轨管理工作项目进行系统性梳理和分类，建立工作制度，细化工作流程，并对工作效果进行量化评估，以评估结果作为反馈继续完善后续工作，从而形成多航天器在轨管理闭环控制[3]。

全流程精细化管理要素详见表1。实际在轨管理工作中，运行管理中心以评估要素及评价标准为依据开展工作，并定期自查，年底由归口管理机关统一组织评估与整改。

若航天器在轨管理工作的整体效果为C，则C应由发射保障、在轨交付、日常监视及异常处置4项工作的执行效果进行管理与评估，见式(1)。

C=∑Pi

(1)

若限定C的最大取值为100(归一化处理后)，则可以通过对各要素的评价计算C的整数分值，进而可对年度在轨管理工作进行评价，评价标准如表3所示。

表1 全流程精细化管理要素

续 表

表2 特征要素评价标准

表3 精细化管理评价标准

3 航天器在轨智能化管理

工具手段是提升在轨管理能力和效率的重要途径。面向多航天器管理的需求，在轨日常监测方面，在已有门限报警的基础上，引入基于知识的专家技术，研发平台化多航天器智能诊断系统；在数据查询分析方面，在原有多航天器数据集中式管理的基础上，引入非关系型分布式技术，研发一体化在轨数据管理与应用系统；在24 h值班方面，在原有分散信息管理和查询的基础上，建立集成化值班辅助决策平台。通过上述通用化易扩展、平台化易配置、智能化高效率系统软件的建设并投入使用，大幅提升在轨监视能力、数据分析能力和运行管理效率。

(1)平台化多航天器智能诊断系统。基于规则的多航天器智能诊断系统具有条件判读、关联判读、复杂趋势监视、故障处置预案提示等功能[4]。该系统模拟设计师监测卫星和分析异常的逻辑思路，采用一套航天器在轨故障诊断知识专用语言，并配置一套故障诊断推理机软件。它通过统一监视界面和实时输出音频诊断报警信息，实现百余个航天器的同时监视；通过图形化知识录入，实现在轨诊断知识的快速编辑、传递和共享。该系统的成功应用，能大幅提升在轨航天器监视能力，使常规异常的处置效率提高了120%。

(2)一体化在轨数据管理与应用系统。为实现多航天器在轨智能化管理，开发一体化的数据管理与应用系统，实现在轨遥测数据、信息查询等功能推送至设计师桌面，并可向用户提供在轨飞行数据查询、定制、关联显示、统计分析等多种服务，有利于产品可靠性数据积累，支持总体和单机研制单位的产品设计改进。通过分布式设计和海量数据无损压缩存储等技术应用[5]，提升数据应用检索效率，年数据量查询时间达到秒级；通过实时遥测数据与延时遥测数据的快速拼接设计，实现延时遥测数据的即时入库，为在轨异常分析提供强有力的支持。在轨数据管理与应用系统为航天器设计师分析在轨数据提供丰富的功能手段，月均查询率达40余万次。

(3)集成化值班辅助决策平台[6]。为实现多航天器在轨智能化管理，建立集成化值班辅助决策平台，为24 h值班人员在报警确认、异常处置、信息沟通等方面提供依据，并确保值班各项工作流程化、电子化、集约化，有效提高值班效率。同时，在值班管理上实现了由人工纸质记录到电子化管理的转变。此平台一方面可以方便地存储和维护在轨管理原始信息，提高值班人员的工作效率，增强报警或异常处理过程的可追溯性，实现闭环管理；另一方面，能为在轨管理经验积累及数据分析提供第一手完备的资料。

4 航天器在轨多元化服务

通过实践探索，建立用户沟通交流制度，形成面向航天器安全、任务安全管理的三方联保制度，拓展面向重大任务的支持方向，探索建立面向出口商业卫星的远程支持模式[7]。

(1)用户沟通与服务。制定在轨航天器用户沟通管理办法，加强与航天器用户的信息沟通和反馈，主动向用户收集载荷在轨运行信息，掌握用户使用模式和使用要求，获取用户的反馈意见，及时解决用户使用中遇到的问题。对用户开展定期回访工作，汇报在轨航天器健康评估情况，并对用户提出的问题和建议进行闭环管理，在新项目方案设计层面进一步调整思路，既要确保航天器安全，又要确保用户的连续使用。

(2)三方联保。建立测控单位、用户单位和研制单位的三方协同工作制度。测控单位的主要任务包括实时跟踪并监视航天器运行状态，执行轨道测量、测控上行及异常处置策略。用户单位的主要任务包括航天器应用任务编排、数传数据接收等。研制单位提供在轨技术支持。三方相互协作，按照统一的标准进行日常监视，相互及时通报异常并协同处理，共同商定重大事件，确保航天器在轨稳定运行。

(3)任务支持。以系统业务化运行和服务为目标，加大航天器的综合运行控制管理和应用，分析可用的空间及地面资源、可用的航天器资源和航天器运行状态及健康情况，研究面向不同应用任务的系统规划与决策支持技术，提升不同用户对同一航天器任务需求的调度支持能力，统一提供调度决策支持能力。

(4)出口卫星管理远程支持。建设所有出口国际商业卫星的远程支持链路(包括“尼日利亚通信卫星”、“委内瑞拉通信卫星”等)，接收所有国际商业卫星的遥测数据。研制单位通过远程方式提供在轨技术支持，包括日常监视及异常处理的技术支持；定期提供航天器在轨运行健康评估报告；提供延寿期在轨管理工作方案或离轨方案等重大事件的技术支持；提供航天器在轨常规测控事件的实施方案技术支持(包括地影期管理、位置保持技术等)，协助外方管理好在轨卫星。

5 集约化队伍配置保障

航天器在轨管理是一个跨项目、跨专业、跨部门的多专业、多任务、多管理层次交叉的综合管理工作，而实施在轨管理工作的专职人员有限，如果仍采用以往每人管理几个航天器的方式，人力资源将难以承受。为适应“十三五”期间在轨航天器数量增加近3倍而管理人员不增的情况，在原有单星单个责任人的管理队伍配置基础上，采取多种方式集约配置在轨管理队伍。

(1)二维横纵向矩阵模式。按照项目、专业和在轨管理责任人等维度进行配置：按项目分工配置，每个项目明确一位责任人；按专业配置，成立电源、控制等多个专业管理小组，横向开展分析，以支持责任人的工作。此外，安排人员24 h值班，不间断地监视卫星，确保卫星在轨管理责任落实。图2为在轨管理队伍配置模式[8]。

(2)依照正常工作模式和异常工作模式，采用在轨管理专职人员+异常处置阶段在轨管理兼职人员的“1+N”管理模式，构建日常和异常阶段的在轨管理队伍[9]。

(3)逐步松绑一人管多个航天器的模式，探索平台小组管理模式。通过建立配套的责任体系和工作规范，设置平台或领域小组，建立面向星座和平台的系列化管理模式，打通一人多个航天器的壁垒，让平台共性发挥引领作用，有效解决人员需求量大、应对管理航天器峰值能力不足的问题。

图2 在轨管理队伍配置模式Fig.2 In-orbit management team configuration mode

6 实践成果

近年来，经过不断探索和创新，本文提出的多航天器在轨管理模式取得了显著成效，主要体现在以下几个方面。

(1)航天器在轨管理任务圆满完成。确保了以北斗导航卫星、嫦娥三号探测器为代表的170余个航天器的在轨稳定运行，年均处置在轨异常近300次，年均发射保障40余次。圆满完成了以“北斗泰山”为代表的重大在轨保障任务及以“马航搜救”为代表的应急保障任务。

(2)航天器在轨管理能力持续增强、管理效率持续提升。目前已支持3000星年的千万亿字节级遥测数据的无损压缩存储，实现100 000次/秒实时高速入库，单参数1年的曲线查询耗时由原来的分钟级缩短到秒级。此外，针对导航卫星异常，通过优化流程，99%异常处置时间由30 min缩短到10 min左右，紧急异常处置能力进一步提升，航天器连续服务能力得到提高。

(3)航天器用户的满意度不断提升。通过不断强化沟通交流制度和服务制度，航天器用户的满意度不断提升；年度用户满意率突破性的达到99%以上。

(4)在轨管理专职队伍能力及运行效率日益加强。24 h值班管理从40星/3人提高到了156星/2人，在轨管理责任人从人均管理1个航天器提高到了人均管理6个航天器。