空间科学卫星工程标准体系架构设计

黄永辉 周玉霞 吕良庆 郭剑川 陈斌 池宜兴

（1中国科学院国家空间科学中心，北京，101499；2中国航天标准化研究所，北京，100071）

空间科学是以空间飞行器为主要平台，研究发生在日际空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学及生命等自然现象及其规律的科学，是高度综合与交叉的前沿科学领域。我国空间科学正处于历史最好的发展时期，为更好地发展我国的空间科学，中国科学院启动了空间科学战略性先导科技专项，提出了发展战略目标，至2030年，要发射15颗～17颗科学卫星。

尽管现在的空间科学任务工程技术的需求各异，都有独特的开创性学术价值，但是任何事物都是有规律可循的。为了有序、高效地开展空间科学卫星工程项目的规划、论证、研制、实施，需要引入系统工程理念，开展相关标准化工作，结合标准化工作的模式和方法，构建支撑空间科学任务的标准体系框架，并在其指导下，总结固化成果，提炼技术亮点，形成标准文件，为后期工作提供借鉴和指导，为完善相应的质量管理体系、制度体系、技术标准体系和产品标准体系提供支撑，全面、系统地指导空间科学卫星工程的可持续发展。对我国实施创新驱动发展战略具有十分重大的意义。

1 空间科学卫星工程特点

1.1 科学目标第一

空间科学卫星工程不同于其他应用型航天项目，其首要目标是确保科学目标的实现。因此，卫星工程项目的成功不仅仅是卫星的成功发射和在轨运行，更重要的是获得预期的高水平科学实验和数据成果，助力解决关注的科学问题。

1.2 前沿性和常变常新

空间科学卫星的独创性、先进性和创新性，体现了明显的“常变常新”特色，即每一项任务的科学目标、探测任务、有效载荷、科学应用技术和用户等都有着很大的不同，而且科学上只争第一的特点，也要求同一方向的系列任务具有创新性。

1.3 严谨和灵活

空间科学任务为满足科学目标的高要求，以及空间环境和航天器技术条件的约束，往往投入较大，在技术上需要遵循已有的航天系统工程的理念、要求和方法。但另一方面，由于科学目标的高指标要求，往往又需要采用一些相对不够成熟而又先进的技术手段和部组件产品，需要通过对科学任务的严谨分析来灵活设计和采用，在满足任务目标的前提下，提高可靠性。

1.4 应用领域广泛、人员队伍多变

一是科学应用广泛。如载人航天工程和探月工程都有比较明确、固定的科学应用系统组织，但空间科学卫星工程的科学应用系统建设和组织管理主要由项目的科学方负责，意味着不同的项目会有不同的科学应用系统，并且分散在不同地点、不同部门，需求也不一样。

二是用户多，人员队伍来源广。在载人航天工程和探月工程等空间科学任务中，可以对科学方和载荷专家进行长期不断的工程培训和训练。但空间科学卫星工程中参与的科学方人员，往往不是卫星工程的专业人员，因此他们没有长期接受培训和训练的需求和意愿，但在工程过程中又不可避免地需要他们的参与和指导。一种简单的解决办法就是“专业的事交给专业的人去做”，科学家只管科学的事，当然在具体工程过程中，并不是简单按这种关系分工，科学目标能否满足和是否满足，还是需要有科学家的参与、把关和评估。

1.5 广泛的国际合作

科学无国界，国际合作是提高空间任务科学产出的一个有效途径。而且合作形式可以多样化，比如中方探测器搭载国际合作载荷，中方的中继系统为外方提供中继服务，利用外方的基础设施进行测控和数传接收等，国际合作任务的参与方需通过协商确定采用的技术标准及验证方案。制定空间科学卫星工程标准体系，采纳部分国际一致认可的先进技术与标准，将减少可能带来的矛盾，有效降低系统风险与沟通成本。

2 空间科学卫星工程标准体系构建思路与原则

2.1 思路

由于空间科学卫星工程涉及到不同的部门、专业、门类和分系统，因此其标准体系架构和层次划分不能仅仅是简单的分类表，而是按照空间科学卫星工程的特征进行划分的，体系构建思路如下。

a）聚焦特色。

与传统的宇航工程项目进行比较分析，梳理出空间科学卫星工程任务中特殊的系统、产品或技术，以及空间科学卫星工程任务牵引出的产品和技术。

b）找准需求。以工程建设领域以及各利益相关方的需求为基础，规划的标准将包含系统、分系统、单机以及关键件等所有相关产品的设计、接口、测试试验等内容，找到用户最真实的标准需求，并与特色靠拢。

c）重复共用。

紧扣 “重复使用”和 “共同使用”的基本含义，将确实在多任务、多型号中能重复使用，以及多系统、多产品、多单位之间共同使用的技术、产品或方法等固化为标准。不宜将某个单位内部的操作或技术流程提升到标准。

2.2 原则

在构建空间科学标准体系框架的过程中，应遵循以下原则。

a）系统性。

通过合理的分类方法将空间科学卫星工程所需的各类标准梳理清楚，用清晰的层次引导到标准体系框架中。体系结构的划分采取工作分解结构和平行分解法相结合的方法。对于构成标准体系的标准之间和标准包（同类标准）之间的相互作用和相互依赖的关系，即其中的“内在联系”加以分析，通过整体研究，确定标准体系的层次结构。

b）先进性。

借鉴国内外航天工程相关标准体系构成，在符合我国空间科学卫星工程研制和管理现状的基础上，适度超前，体现标准体系的先进性。

c）适用性。

紧密贴近空间科学卫星工程的标准需求，使标准体系充分发挥引导相关标准制修订的作用，与空间科学发展目标和任务相适应，突出空间科学技术特点，体现我国空间科学卫星工程研制和管理的核心竞争力，并与科研生产现状相吻合。

d）继承性。

充分继承我国国家标准体系，国家宇航标准体系、国家军用标准体系、总装直属部队标准体系、航天行业标准体系、航天科技集团公司标准体系等标准体系建设成果。充分借鉴我国国家重点专项的相关标准体系，如国家卫星导航标准体系、高分专项标准体系以及载人航天标准体系建设的成功经验，不突破已有的标准化管理渠道。

e）协调一致性。

标准体系中收录和规划制定的标准分为国家级、行业级和企业级（工程专项标准）3个级别，相关国际和国外先进标准必须转化为国内相应级别标准后纳入体系；注重总体顶层标准和系统间、分系统间接口标准的制定，确保系统和分系统间接口关系规范、协调；在一定范围内力求把全部应有的标准在体系表中列出，使其配套；标准层次位置安排适当，大系统接口标准安排在更高层次上，多“系统”共用标准安排在其主体位置上。

f）可扩展性。

构建的标准体系能满足事物或概念不断出现和变化的需要。在建立标准体系时留有足够的空间，以便增添新标准，而不打乱已建立的体系或推倒重来。同时还考虑到标准的延拓、细化的可能。

3 空间科学卫星工程标准体系

3.1 体系分析方法

空间科学卫星工程标准体系的范围将覆盖空间科学卫星工程各系统、分系统及关键单机等多个层面，涵盖空间科学卫星工程的方案论证、关键技术攻关、工程建设、运行维护以及应用推广全寿命周期所需要的标准。按照系统工程的方法，结合空间科学卫星工程的特点，对标准体系从4个维度进行综合规划，具体如图1所示。

图1 标准体系四维分析模型

a）专业领域。

标准体系框架的构建结合标准需求分析阶段的工作分解，涵盖空间科学任务涉及的基础、工程管理、产品保证、工程技术、应用等5个方面的标准。其中，工程管理标准和应用标准两部分最能体现空间科学任务的特殊性。

b）产品分解结构。

规划的标准将包含系统、分系统、单机以及关键件等所有相关产品的设计、接口、测试试验等方面。

c）全寿命周期。

规划的标准将覆盖空间科学卫星工程的方案论证、立项、方案验证，工程建设，运行维护以及应用推广等全寿命周期，贯穿各系统研制、生产、保证与应用等阶段工作。

d）标准级别。

涉及国家标准、国家军用标准、行业标准以及专项标准多个标准级别，同时也会涉及部分国外先进标准。

空间科学卫星工程标准化工作是一项系统工程。标准化工作的全过程应有计划、有组织地进行，以系统的整体和综合效益为最佳目标，开展标准化工作应充分考虑现行标准，必要时可对现行标准提出修订或补充要求，应积极采用国际标准和国外先进标准。规划的标准项目在制定与实施上应相互配合，而且各标准之间应贯彻低层次服从高层次的要求。

3.2 体系框架

空间科学卫星工程标准体系围绕专项全寿命周期工作任务，全面系统地规划标准研制的范围及具体项目，尽量保证体系构建的完整性和统一性。标准体系的第一层划分为：基础与管理系列标准（M）、产品保证系列标准（Q）、工程技术系列标准（E）、运行管理系列标准（O）和科学数据与应用服务标准（U）5个分支，如图2所示。

图2 空间科学卫星工程标准体系框架

a）基础与管理系列标准。

支撑空间科学卫星工程的应用统筹和综合管理需要，规划涵盖基础、工程管理等方面的标准。基础标准主要包括空间科学任务涉及的基础的、共性的标准，如术语和缩略语、空间坐标系、时空基准等通用的标准。管理标准重点关注项目管理、产品管理、技术管理和空间科学成果管理等4个方面的标准，以收录已有的航天成熟系统工程标准为主，同时结合空间科学卫星工程的管理需求拟制定的新标准。重点项目包括科学任务规划、项目论证、项目验收以及风险管理方面的标准。

b）产品保证系列标准。

涵盖空间科学卫星工程从设计开始，直到交付与售后服务全寿命周期过程中的产品保证管理标准，质量保证标准，通用质量特性“六性” （可靠性、维修性、安全性、保障性、测试性、环境适应性）保证标准，元器件保证标准，材料、工艺和零件保证标准，软件产品保证标准等6个二级分支。

c）工程技术系列标准。

按照空间科学卫星工程建设的任务和系统划分，重点突出空间科学专项工程自身特点，包括工程总体标准、卫星系统标准、地面支撑系统标准、科学应用系统标准、综合保障系统标准等5个二级分支。其中，工程总体标准主要包括系统总体设计标准、接口标准、综合测试与对接试验标准等，注重空间科学卫星工程系统的顶层设计、接口、大系统对接试验等；卫星系统标准主要包括卫星总体要求、卫星总装、测试与试验、航天器贮存、运输、搭载等方面的总体标准，以及载荷研制标准、有效载荷定标试验等有效载荷标准；地面支撑系统标准主要围绕地面支撑系统的总体、卫星运控管理、数据处理与管理、数据接收方面的需求规划设计、接口、实验以及相关产品标准；科学应用系统标准将规划科学应用系统建设运行管理、飞行任务、测试实验、数据接口、数据应用等方面的标准；综合保障系统标准包括航天工程通用的运载系统、发射场系统、测控系统等内容。

d）运行管理系列标准。

按照空间科学卫星工程运行维护与管理的实际需求，规划卫星发射、入轨、在轨运行、退役处置全寿命周期的运行管理标准，保障空间科学相关卫星长期在轨安全正常运行，以及地面支撑系统、科学应用系统等相关设备的维护、更换，全面保障空间科学探测活动及数据获取的顺利开展。本分支包括发射与早期轨道段标准、长期运行管理标准、维护退役标准等3个二级分支。

e）科学数据与应用服务系列标准。

为全面支撑空间科学成果的应用，构建相对完备的空间科学应用产业，围绕科学数据应用的广泛性以及带动学科整体发展的全面性，对空间科学应用领域所涉及的应用数据产品、数据运营服务、应用基础、产品质量检测与管理等相关各环节进行规划，支撑空间科学的长期可持续发展。本分支包括科学数据描述标准、科学数据获取与处置标准、数据汇交与保存标准、评估评价标准、数据服务标准等5个二级分支。

本文结合我国空间科学卫星工程的特点，科学、系统、合理地规划了空间科学卫星工程标准体系，构建了包含5个一级分支的空间科学卫星标准体系框架，工程管理和工程技术领域的体系框架并没有按全要素进行划分，而是重点突出了空间科学卫星工程的特色和真实需求。空间科学卫星工程标准体系的布局和规划随着其发展需要补充完善，标准化工作也将有计划，分阶段、有侧重地开展，并推广应用。