在轨卫星平台在役考核标体系构建*

侯 炜 韦国军 齐分岭，2 边晓敬 申 远

（1.航天工程大学 北京 102206）（2.66389部队 太原 030031）（3.31012部队 北京 100080）

1 引言

近年来，我国装备试验飞速发展，试验鉴定领域出现重大变化，对于装备试验鉴定体系制度有更高的要求［1］，在役考核作为性能试验和作战试验的延伸，对装备的改型升级提供支持和支撑。其中，在役考核指标体系作为在役考核工作的核心和基础，其内容设置是否科学、全面、合理，直接关系到在役考核的成效。卫星在役考核工作中，平台在役考核受到的关注和重视程度不够，目前也没有一套令研制方、鉴定单位和使用单位都能够普遍认可的在役考核指标体系，构建一套行之有效的平台在役考核指标体系已然比较迫切。本文研究了航天装备指标体系构建的一般方法，并在此基础上提出利用映射分解方法构建卫星平台在役考核指标体系，使指标与能力挂钩，为后续优化和评估提供支撑。

2 卫星平台在役考核必要性分析

在役考核定义中，在役考核的对象一般为装备或者系统［2］，但卫星是特殊的一类，实际上载荷与平台是分成两个部分组织实施试验鉴定的，通过调研发现，目前对航天器平台在役考核进行专门研究较少，鉴定部门对于载荷的重视程度远远大于对平台的重视程度。

应用卫星的特点是种类多而数量少，特别是有效载荷种类繁多，要求各异，难以实现批量生产。若效仿造车过程中底盘与载荷的关系，把平台和有效载荷区别对待，平台就像底盘需要尽可能实现标准化，使其对一定范围内的有效载荷具有通用性。目前中国空间技术研究院公用平台包括CAST卫星公用平台系列［3］、地球静止轨道卫星公用平台系列（DJS-1、DJS-2、DJZ等）、太阳同步轨道卫星公用平台系列（TTS-1、TTS-2）、小卫星平台CAST968以及返回式卫星公用平台FSW系列等。相应的平台为了保障有效载荷有效发挥效能，也需要快速迭代。通过平台在轨数据收集以及用户反馈，单独进行针对平台的试验鉴定活动，或许对平台后续改型升级，提高交付质量能够起到更好的支持和支撑。

2.1 卫星平台试验鉴定现状

卫星平台的任务就保障作为应用系统的有效载荷完成各项任务和工作，从“能用”和“管用”的角度来分析整星的话，载荷无疑是核心要素，平台只是起着保障作用，平台稳定运行的目的就是保障有效载荷的正常工作［4］。同时，平台和载荷分属两个部门共同管理，这样导致卫星在管理过程中有分头管理的特殊现象，在日常试验过程中试验方关注“用”较多，关注平台本身的独有的试验鉴定较少。最后对于航天装备来讲，试验鉴定存在特殊性，对于卫星平台如何开展试验，如何采集数据，如何抽取结果可以借鉴的先例都比较少，被大家广泛认可的平台考核指标体系还尚未形成。以上原因都导致了平台的试验鉴定被忽视。

在卫星日常运行过程中，从数量上看，卫星故障或者异常绝大多数是由平台的故障或者缺陷引起的。从硬件来讲，平台占据整星九成以上的分系统，在轨时间内累计发生故障或者异常的概率和频率也比载荷高，由表1可以看出，平台在寿命期内发生异常总数远高于载荷自身异常。

表1 某系列通信卫星寿命期内异常数量统计

2.2 平台对载荷的影响分析

平台故障一般在寿命初期或寿命末期发生比较频繁，其中寿命初期故障主要由器件、工艺导致，寿命末期故障由部件性能导致的较多，比如寿命末期电源故障往往需要调整卫星能源使用情况。电源分系统故障或者蓄电池性能下降会导致卫星触发能源保护模式、蓄电池组测温电阻失效、太阳翼帆板电流异常等一系列问题［5］。

除了平台内部原因，还有空间环境，操作不当、设计缺陷等其他原因会导致平台出现故障。各种诱因导致卫星平台状态异常统计如图1所示，可以看出部件老化、空间环境、设计缺陷和工艺缺陷是导致平台状态异常的主要原因。这些平台异常最终会成为卫星整体的异常问题，影响卫星的任务完成和状态。

图1 平台异常原因统计图

2.3 快速响应对平台试验鉴定存在需求

卫星的快速响应是指卫星能够快速生产、快速发射和快速应用［6］。以遥感卫星为例，现有在轨遥感卫星都有特定性质的观测任务，在相应的观测轨道上长时间运行，当出现突发状况需要应急观测时，利用现有在轨遥感卫星变轨执行新的任务会导致该卫星既定的计划发生改变，使得该卫星综合使用效能降低，同时还要支付高昂观测代价。又或者重点监测目标区域上空的在轨卫星受到攻击，形成天基系统功能缺失，需要紧急组装、发射相应应急功能卫星等情况。在以往卫星发射准备时间长，不足以应对突发的战争和应对突发的危机的需求，也不足以满足信息化战争对信息获取时效性的要求，卫星平台是卫星快速响应能力的基础，平台与载荷之间接口是否标准化、传输协议是否一致、机构结构是否匹配、信息链路渠道是否畅通都影响着快速响应的能力［7］。

除上述外，平台在试验过程中还存在如使命任务关系不明确、指标论证不充分、考核不全面等其他问题。

3 在役考核指标构建思路

3.1 指标基本概念

指标是度量事物属性或事物之间关系的一种量化准则［8］。一般情况下，反映装备属性的指标可以分为基础指标和派生指标。基础指标是指可以直接度量的指标；派生指标是基础指标通过一定的关系运算得到的指标；效能指标是一种特殊的派生指标，是由其它派生指标通过一定的关系运算得到的指标。从数学角度看，效能指标、派生指标和基础指标是一个从高维度空间到低维度空间的映射，这种映射的逻辑关系通过层次表示出来，就是指标体系。装备在役考核，考核对象是武器装备，根本目的是科学鉴定，核心是指标。从鉴定定型试验总案、在役考核大纲、在役考核实施方案和细则的拟制，指标体系都是其重要内容之一。从在役考核数据采集、分析、评估到结论评判，包括考核科目设计，都是围绕指标体系展开的。

3.2 在役考核指标设计思路

1）根据在役考核内容构建在役考核指标体系相关的概念，如部队适用性、质量稳定性等进行分析和定义，为后续设定指标体系构建提供理论支持［9］。

2）通过对作战试验和在役考核对试验鉴定要求的分析，确定出影响装备在役效能的主要因素，从中提炼出在役考核指标体系的一级指标。

3）以在役考核一级指标为出发点，参考卫星整星在作战试验方面已有的研究成果，分解出具有共性的第二级指标，构建出两层平台在役考核指标体系基础框架，作为具体装备指标体系构建的依据。

4）进行梳理与分析，提出平台在役考核重点关注的问题，在指标体系基础框架的基础上，运用基于映射分解构建指标体系的方法，最终构建出航天器平台在役考核评价指标体系。

3.3 指标分解及其定义

依据在役考核的要求，可以从以下五个方面考虑在役考核的指标分解：一是装备服役后满足部队使用、训练、作战等需求方面；二是从装备性能和状态的保持方面；三是从装备与装备编配的适应程度方面；四是从装备与人、装备与体系其他要素的结合方面；五是从服役期经济性方面。综上所述，将在役考核指标的一级指标设置为部队适用性指标、质量稳定性指标、装备适编性指标、装备适配性指标、服役期经济性指标，如图2所示。

图2 在役考核指标设置

在役考核一级指标定义：

部队适用性是指装备在用户部队中满足部队训练、作战使用需求的程度，主要考核装备训练、作战、保障、环境等适用程度。

质量稳定性指装备在使用一段时间后，其主要性能和状态保持稳定的程度。实际工作中，可以选用装备的主要战术技术指标，或者主要战术技术指标的其中几个，通过试验观察其与设计指标值相比是否有变化，可用衰减率来度量。

装备适编性指装备在编配到部队服役的环境下，装备与装备操作使用人员的适用性，可用人员编制合理性等指标来度量。

装备适配性指装备在编配到部队服役的环境下，装备与装备的适用性，可用装备数量适当性、装备与任务适用性等指标来度量。

服役期经济性指装备在编配到部队服役的环境下，作战、训练、保障等使用过程中的经济性，主要包括平均保障费用、平均寿命周期费用以及费效比等。

4 基于映射分解构建在役考核指标体系

4.1 提出在役考核重点关注的问题

平台在役考核可以用以能力反推指标，那么就需要首先把在役考核重点考核和关注的问题提出来，并使这些重点关注的问题覆盖在役考核的关键内容［10］。以某型通用卫星平台为例，结合该平台使命任务和日常在轨工作，提出对于平台需重点关注的在役考核问题，如表2所示。

表2 某型通用卫星平台重点关注的问题

4.2 基于映射分解的在役考核指标体系构建方法

上述步骤已经了解到我们在平台在役考核工作中需要重点关注的问题，结合指标分解，运用映射的指标体系构建方法将重点关注的能力性能转化为指标体系［11］，具体分为三个步骤：1）根据指标分解以及卫星平台关注的问题，给出映射的行和列；2）列出卫星平台的行（指标）和列（能力）之间的关系，并在交叉的方格内打“√”，没有两者相对应的关系则不填留白；3）根据映射表中构建的对应关系，尝试构建指标和能力的映射关系，并自下而上的推导出卫星平台在役考核指标体系，如表3所示。

表3 在役考核能力指标映射表

4.3 生成卫星平台在役考核指标体系

4.3.1 部队适用性指标

部队适用性主要包括平台部分保障性指标和前期未能充分验证的作战使用性指标，以及前期平台作战试验由于样本数量、试验环境受制未能测试的指标，都要纳入平台在役考核部队适用性指标中来，在平台在役考核指标体系中，我们主要考虑5个方面的二级指标和12个三级指标，如表4所示。

表4 部队适用性指标

4.3.2 质量稳定性指标

质量稳定性主要是指平台在服役部队后，主要性能和状态的保持程度。实际平台在役考核工作中，可以选用平台的战术技术指标与实际采集数据的衰减率来衡量，在平台在役考核指标体系中，我们主要考虑4个方面的二级指标和5个三级指标，如表5所示。

表5 质量稳定性指标

4.3.3 部队适编性指标

装备适编性是指装备配备部队后编配数量满足部队日常训练和完成任务的程度，主要包括人员适编性、装备数量适编性、任务适编性三个方面的指标，在平台在役考核指标体系中，主要考虑3个方面的二级指标和9个三级指标，如表6所示。

表6 装备适编性

4.3.4 装备适配性指标

装备适配性考察平台与载荷、平台与卫星、平台与地面应用系统的匹配程度，在平台在役考核指标体系中，主要考虑两个方面的二级指标和5个三级指标，如表7所示。

表7 装备适配性指标

4.3.5 服役期经济性指标

服役经济性只要包括卫星平台寿命周期经济效费比情况，主要通过指标判断平台使用起来“划算不划算”的问题［12］。在实际调研中，卫星平台发射入轨后考虑其经济性较少，但对于后期改型升级仍有借鉴参考意义，主要考虑3个二级指标和6个三级指标，如表8所示。

5 结语

本文结合目前卫星平台试验鉴定现状结合当前天空激烈角逐的国际形势分析了平台在役考核的必要性，提出了平台在役考核指标构建思路和原则，最后利用映射分解的方法初步构建了卫星平台在役考核指标体系，弥补了当前卫星平台在役考核指标体系的空白。但由于篇幅限制未能对卫星在役考核指标体系进行优化和评估，待后续进行拓展研究。

表8 服役期经济性指标