基于公用平台的遥感卫星研制模式转型研究

王效楠、于龙江、张国斌、高阳 /北京空间飞行器总体设计部

“十二五”以来，北京空间飞行器总体设计部作为国家航天器系统研制的龙头企业，以国家“产业结构转型”等战略为指导，积极应对航天器产业化与市场化研制面临的机遇和挑战，围绕总体能力提升总目标，运用系统工程方法开展了一系列管理创新研究与实践工作。此次的研究成果来源于相关的民用航天项目，包括中型敏捷遥感卫星公用平台、高分辨率对地观测系统研制、民用空间基础设施建设等国家重大科技专项或工程项目实施过程，是总体部在遥感卫星研制模式由传统的科研试验模式向产业化和市场化方向发展的管理创新研究成果的汇聚。

遥感卫星研制模式转型的研究与实施工作主要依托“中型敏捷遥感卫星公用平台”开发工作。该平台是“十二五”期间国家国防科技工业局用航天项目支持的、我国首个民用遥感卫星公用平台开发项目。2013 年6 月，中型敏捷平台项目获得国务院批准立项，并按计划于2016 年10 月全部完成研制工作。通过中型敏捷平台项目开发，完整地建立了一套“基于公用平台的遥感卫星型号研制模式”管理方法，形成了以“公用平台+产品体系研制与应用”为核心措施的型号研制模式，并在多个型号中得到了应用，产生了预期效益。

一、面临的挑战与问题分析

1.挑战

2000 年以来，卫星遥感应用数据市场迅速发展，并逐步进入产业化发展阶段。目前，全球已发射300 多颗军/民用遥感卫星，越来越多的政府通过国家航天部门、多国机构和公私合作方式订购和发射遥感卫星，以获取民用和军用卫星图像。与此同时，商业机构和科研机构也在越来越多地购买和使用遥感卫星图像产品，卫星遥感技术的发展面临新的机遇。

在经济全球化和高技术迅猛发展的背景下，世界范围内的遥感数据市场竞争日益激烈，高分辨率卫星影像在许多领域有着广阔的应用前景，各国通过采取不同手段力求在这一领域占有一席之地。因此，加紧实现产业化与商业化研制能力，是我国遥感卫星研制部门的唯一选择，而要实现这一能力，仍然面临诸多困难，主要体现在效率偏低、成本过高、质量不稳等几个方面。

一是遥感卫星研制的效率偏低。随着卫星遥感应用的不断拓展，遥感卫星研制模式正在从单颗科研试验星向大量、多类、组网卫星研制转变，卫星研制任务由几年一颗转变为每年几颗、甚至十几颗。同时，传统研制模式的人力、物力消耗大，单星效率难以提升，产能受限，无法满足型号数量大幅上升的需求。

二是遥感卫星研制成本过高。随着航天器发射成本的不断降低，以及国家对军/民用航天器采购市场化模式的推进，传统科研试验模式下的单颗遥感卫星造价过高问题已成为各方关注的焦点。因此，迫切需要在确保成功的前提下，通过研制模式转型实现降本增效，着力解决单星研制效率低、成本高居高不下等难题。

三是遥感卫星研制的质量不稳。我国已成功发射的数十颗遥感卫星中，真正成为质量稳定、用户使用灵活方便的“精品卫星”并不多。基于遥感卫星设计研制中不断面临新应用、新需求的情况，以及实现批量化生产的迫切需求，必须解决需求不断变化条件下如何保证卫星系统质量稳定的难题。

2.问题分析

原有的遥感卫星研制模式是在武器装备科研试验模式基础上发展形成的，采用的是“一个型号、一支队伍、一套流程、一批产品”的研制模式，各型号项目办公室对平台的技术状态有很大的处置权，平台的从属性、专用性更强。由于新形势下遥感卫星研制面临研制效率偏低、成本过高、质量不稳等问题，原有研制模式与新形势的矛盾主要体现在以下几个方面。

一是设计环节。传统的遥感卫星在系统设计规范、单机产品设计中采用单星单议的方式，产品状态多，各型号间缺乏对于同类设计统一的组织和管理，造成试验验证工作量和成本增加。

二是生产环节。由于缺乏必要的统一设计，单机产品在生产中难以对生产的各要素和全过程进行固化与统一控制，产品生产易发生质量问题，也易造成人力、物力的浪费。

三是组装环节。未进行统一设计的产品会引起各个遥感卫星型号在构形布局、产品安装和线缆连接等方面的差异性。

四是测试环节。由于不同型号的差异性，每个新研型号均需在初样阶段单独投产一套电性产品开展功能、性能测试和验证，导致研制周期长、成本高。

五是应用环节。传统研制模式下，由于各型号的差异性，地面测试数据与在轨飞行试验难以进行共享，不利于卫星质量的提升改进。

实现基于公用平台的遥感卫星研制模式转型能够从遥感卫星的设计、生产、组装、测试、应用全链路中根本解决状态发散、资源不集约、数据不共享的问题，实现从传统遥感卫星研制模式向现代工业企业所要求的产业化、市场化研制模式转型，对助推国家航天强国战略的落地与实施具有重要意义。

二、模式研究过程

总体部提出了基于公用平台的遥感卫星研制模式转型的系统化科研生产转型方案。其基本思路是：对于不同遥感卫星型号，将其公共部分（主要是卫星平台）进行统一化设计，实现卫星平台系统和单机层面设计状态的通用化、标准化；基于状态一致的单机产品体系，梳理并统筹不同型号的研制任务，研制若干“通用电性验证平台”，匹配各型号任务需求进行地面测试，满足各型号初样阶段电性能测试需求；实现地面测试数据的充分共享，并辅助支持在轨异常问题的排查处理。

围绕“提高效率、降低成本、提升质量”的整体发展目标，以满足和保障任务需求与有效载荷多样化的型号研制为约束条件，总体部运用系统工程方法建立了基于公用平台的遥感卫星型号研制模式模型，如图1 所示。该模型从遥感卫星及公用平台的设计、生产、组装、测试、应用全链路形成了管理办法，依据模型初步建立了遥感卫星研制能力提升的指标体系：建立公用平台建设与应用体系，不同遥感卫星重复设计工作量减少70%以上；建立公用平台通用产品体系，单机产品规格减少40%；平台研制完全模块化，各舱段可以并行组装、测试；开发通用电性平台并实现型号应用，通用电性验证平台可以100%直接支持型号初样测试。

图1 基于公用平台的遥感卫星型号研制模式模型

1.管理体系框架的构建

通过总结以往研制经验，结合对国外先进卫星制造企业的调研分析，提出了基于公用平台的遥感卫星型号研制模式的管理体系框架，如图2所示。

该管理体系框架对传统的遥感卫星研制模式进行改造，将共性部分的平台业务抽离出来，形成“两横两纵”的矩阵式管理体系框架。“两横”分别是型号共性管理、平台与产品共性管理2 个方面的跨型号共性管理工作。“两纵”分别是公用平台建设、产品体系建设2 个方面的业务工作。

总体部以该管理体系框架为基础，开展了业务与管理的创新实践。在“两横”方面，制定了新型号对公用平台和平台产品选用的管理办法，在10 余个型号进行了推广应用，组织完成了跨型号的产品共享共用协调与组批投产协调等工作；在“两纵”方面，专门成立了遥感公用平台项目办公室，牵头组织完成了公用平台型谱规划，通过整合不同遥感型号的研制需求，统一完成了52类新研单机产品的设计开发，建立了遥感领域平台第三代产品体系。

图2 基于公用平台的遥感卫星型号研制模式管理体系框架

2.建立了新平台的研制流程与队伍管理办法

（1）统一标准，完成遥感卫星公用平台型谱规划

2012 年以来，总体部按照结构体系、承载重量的划分标准，对大中型遥感卫星平台型谱进行了系统规划，包括遥感中型平台（ZY1000）、中型敏捷平台（ZY2000）、遥感大平台（ZY3000）、高轨中型遥感平台（DFH-4R）等。

（2）科学设计，制定新平台的研制开发流程

新平台是指针对未来5～10 年的任务需求，对标国际航天器的研制情况和发展趋势进行开发与研制，全新设计的、可适应多种载荷配置方案的卫星平台。新平台的开发与验证由需求分析、方案设计、地面验证、在轨验证4 个阶段组成。

需求分析阶段。针对型谱中规划的新平台，对已明确的或潜在的用户任务需求进行充分调研。

方案设计阶段。对公用平台技术指标的实现途径进行充分论证，制定平台方案、各分系统方案、大系统的接口方案等。

地面验证阶段。制定地面验证计划，如结构模型验证、热控模型验证、电性模型验证、大系统接口验证等。

在轨验证阶段。包括关键技术的在轨验证、单机产品的在轨验证以及公用平台整体的在轨验证。

（3）集智攻关，组建平台开发队伍，完成新平台开发

针对新平台开发组建了专门的研制队伍（遥感公用平台项目办公室），组织模式如图3 所示。

3.完成通用产品体系规划与统一设计、研制、验证

（1）结合型号研制，统一规划平台产品体系

总体部于2012 年对遥感领域平台产品体系进行了梳理、分析，从产品通用性、集成度、数据管理特点、供电方式等方面确定了第三代产品体系代际划分原则。

第三代平台产品体系以高集成度、智能化、通用化、轻小型化、长寿命为典型技术特征，保留型号使用中功能先进、成熟度高、质量稳定的单机产品，减少了产品类型，精简了产品状态。

以产品技术状态统一成果为基础，结合应用该平台4 个型号的研制计划，对电性产品、结构热控产品进行了统筹，进一步控制了产品投产数量。四星鉴定件原需求共116 件，统筹后投产52 件，投产减少比例达55%，电性产品、结构热控产品投产减少的比例分别达到35%和40%。

（2）统一开展新研单机的设计和试验验证

按照“详细设计统一审定、产保要求统一实施、技术状态统一控制、研制试验统一开展、鉴定产品统筹投产”的原则，对4 个型号开展统一协作。对顶层规范进行了统一，制定了最大包络状态的地面环境试验规范、空间环境规范、通用产品EMC 规范以及统一的设计建造规范。根据单机产品对于不同母线电压适应性要求、不同模块配置要求以及其他差异化使用要求，统一制定了鉴定产品试验矩阵，完成了全部52 类单机的开发和鉴定工作。

图3 新公用平台组织机构图

（3）统一进行单机产品的技术状态控制

为实现对单机产品技术状态的有效控制和统一管理，总体部制定了采用“单机通用产品规范+单机通用IDS”2 类文件对单机技术状态进行控制的管理办法。各分系统按计划完成了去型号化的通用产品规范、通用IDS 的编制工作。

这些措施确保了平台单机产品能够满足通用化使用要求，技术状态统一受控。

4.建立基于公用平台的新型号研制管理办法

（1）整合优化，建立基于公用平台的新型号研制流程

遥感卫星型号研制模式创新的思路主要包括在预研阶段和方案阶段整合并优化初样阶段的设计验证工作，其研制流程如图4 所示。

预研阶段和方案阶段整合。尽量利用公用平台产品、技术，提高前期技术状态和设计细节的明确程度，提高设计工作的工程化水平和验证工作的深度，以促进预研成果直接应用于工程。

优化初样阶段的设计验证工作。在前期设计工作得到较好验证、技术状态清晰、细节设计完善的基础上，充分利用电性验证平台和数字化设计分析工具，简化初样阶段的验证工作，重点围绕有效载荷开展工作，并进行必要的平台与有效载荷接口匹配与验证；通过电性平台对型号方案的可行性、平台与有效载荷的接口适应性进行验证。

通过研制模式转变和流程优化，可以大幅节约成本，促进预研成果直接应用于型号，将原有5年预研时间+1 年方案压缩到1.5～2 年完成可行性方案；数字化设计技术和仿真手段的应用，可将初样研制阶段节约至少6 个月。通过促进数字化设计技术的应用，可提升卫星研制的数字化程度，总体总装设计和信息流的管理更加规范和高效，在提高设计质量的同时可缩短约2～3 个月的设计周期。

（2）促进衔接，针对性设计新型号队伍组织模式

针对基于公用平台的新型号研制，型号队伍组织模式如图5 所示。

图4 基于公用平台的遥感卫星型号研制流程

（3）大胆实践，实现新型研制模式的卫星应用

在确定采用中型敏捷平台、新研制模式后，某卫星型号研制过程中实现了以下4 个方面的优化。

一是系统及平台单机级文件沿用和简化。系统级规范、单机产品规范等文件均以借用的形式直接应用平台研制形成的通用文件，减少了产品技术状态变化、重复设计带来的成本和进度浪费。

二是平台部分技术状态的直接沿用。平台部分不再开展初样设计和验证等工作，仅配合整星开展有效载荷功能性能的验证。

三是初样采用通用电性验证平台进行电性能测试。该卫星初样直接利用平台研制的通用电性验证平台进行电性能测试，不再新投产平台部分电性/鉴定产品。

四是初样不进行整星级的结构力学试验、热平衡试验。该卫星基于公用平台的研制模式，大大优化卫星研制技术流程，有效降低了研制成本和研制周期。

图5 基于公用平台的新型号队伍组织模式

三、实施效果

总体部依托“中型敏捷遥感卫星公用平台”等项目开展了遥感卫星研制模式转型的研究与实施工作，实施中取得良好效果。

一是首次运用系统工程理论和方法，围绕“提高效率、降低成本、提升质量”的整体发展目标，以满足和保障任务需求与有效载荷多样化的型号研制为约束条件，运用系统工程方法建立了基于公用平台的遥感卫星型号研制模式模型，形成了相应的管理体系框架，结合型号研制实现了工程应用。

二是建立了新平台研制流程与研制队伍管理办法，兼顾新平台研制的开发需求与工程要求，确保新平台研制过程紧密围绕先进性、公用性、高可靠等目标开展，关键技术能够顺利完成攻关，功能性能指标能够全面得到验证。

三是建立了新平台及产品的生产管理体系，组建了公用平台建设的工作团队、遥感领域平台产品体系建设的工作团队，完成了全新一代 “中型敏捷遥感卫星公用平台” 的研制开发，形成了“公用平台+通用产品”的科研生产组织模式，对产品统筹投产的实施效果进行了检验。

四是建立了基于公用平台的新遥感卫星型号的研制管理办法。在研制流程方面，将预研阶段和方案阶段整合，优化了初样阶段的设计验证工作；在队伍配置方面，建立了型号队伍与公用平台队伍有效衔接的机制，实践应用中取得了预期效果。

基于公用平台的遥感卫星研制模式转型项目成果已应用于1 个平台（中型敏捷遥感卫星公用平台）和6 个型号研制任务中，有力保障了国家高分专项、空间基础设施等重大工程的顺利推进。从遥感卫星的设计、生产、组装、测试、应用全链路上根本性地解决了状态发散、资源不集约、数据不共享等问题，实现企业所要求的产业化、市场化研制模式的转型，综合管理水平达到国际先进，在取得巨大社会效益的同时综合经济效益超过亿元。