环境减灾二号A/B卫星风险管理实践

孙纪文 白照广 董筠 朱军 孙李 马磊 郝佳宁 程城

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

风险管理已成为现代项目管理的关键之一[1]。航天项目作为高风险的复杂系统，具有专业技术难度大、参研范围广、研制流程复杂等特点。项目风险管理能力对于保证航天项目顺利实施和圆满完成具有决定性作用[2]。

国内外航天项目已将风险管理纳入了相关的管理规范中。例如NASA将持续风险管理作为内部广泛应用的技术，自始至终贯穿工程寿命周期进行监测和控制风险[3]。中法海洋卫星合作项目中，法方根据欧洲航天空间项目管理——风险管理(ECSS-M-ST-80C)标准，提出了风险管理计划，列出了10项风险，并制定了预防处理措施[4-5]。中国航天科技集团有限公司也制定了风险管理的标准[6]，要求航天项目参研单位严格执行。中国空间技术研究院建成了航天型号风险管理系统(CAST Spacecraft Risk Management System，CAST SRMS)，并进行推广应用，形成了具有航天特色的型号风险管理体系[7]。

随着航天任务日益增加，航天企业在项目风险管理方面积累了丰富的经验。但是，如果风险管理工作存在欠缺，风险源和风险因素识别不充分，风险管理不到位，也会导致项目研制工作很不顺利，甚至造成飞行任务失利[8]。

环境减灾二号A/B卫星是国家民用空间基础设施中首批启动的业务卫星，是中国16 m分辨率下视场最大的光学遥感卫星，单星幅宽可达800 km以上。卫星载荷种类多、技术新、研制难度大。只有充分识别风险，制定并采取相应的管控措施，才能确保卫星研制成功。

本文依据航天项目风险管理的标准和规范[6，9]，借鉴有关型号风险管理经验[2，10-12]，针对环境减灾二号A/B卫星项目的特点及风险管理要求，从低成熟度技术、产品、队伍和低管理成熟度组织等维度[7]进行分析，识别了项目的重要风险源，并将型号技术风险、质量风险、进度风险的管理有机结合起来，制定了有针对性的控制措施。在风险发生后采取积极的应对，动态调整，确保了卫星研制工作的顺利进行，积累了经验。

1 项目特点及风险管理要求

环境减灾二号A/B卫星由航天东方红卫星有限公司抓总研制，配置有16 m相机、高光谱成像仪、红外相机和大气校正仪等光学仪器。卫星于2020年9月27日采用长征-4B(CZ-4B)运载火箭，在太原卫星发射中心成功发射。卫星经轨控和在轨测试后，稳定运行。2021年7月8日通过了在轨测试评审，2022年1月18日卫星正式交付用户单位开启业务化应用。

1.1 项目特点

环境减灾二号A/B卫星具有如下特点。

1)总体上功能全面、指标先进

同一颗卫星上具有可见光、高光谱、红外等多种成像方式，涵盖可见光至长波红外谱段，可满足多种应用需求。与国内外同类型卫星相比，具有同等分辨率下视场最大等特点。例如卫星装备的16 m分辨率CCD相机幅宽超过800 km，是国际上同量级分辨率幅宽最大的载荷，极大提高了覆盖观测能力。

2)成功研制了宽幅高灵敏度的红外相机

研究建立了大幅宽全谱段光谱成像系统技术模型，提出了变速消角动量高效扫描、分视场集成滤光片分光、长线列探测器组件多元并扫成像探测总体技术方案，突破了空间长寿命大范围高精度扫描、多元并扫多通道高精度匹配、楔形滤光片像差补偿及宽谱段焦面位置控制等关键技术，国际上率先实现了穿轨60°视场覆盖全谱段多光谱高探测灵敏度陆地探测成像。提出了宽谱段高度集成深低温红外焦平面探测器制冷分光组件总体技术方案，攻关研制了50 K深低温工作、带宽超过10 μm的宽谱红外焦平面探测器制冷分光组件，大幅降低了成像系统的复杂度，有效抑制了背景辐射噪声，提升了红外探测系统的成像性能，为实现大幅宽高灵敏度高集成度星载全谱段光谱成像载荷奠定了坚实的基础。

红外相机的探测灵敏度由中波1 K(温度400 K)、长波1 K(温度300 K)提升到中波0.2 K(温度400 K)、长波0.2 K(温度340 K)(是环境减灾一号A/B卫星的5倍、美国陆地卫星-8(landsat-8)的2倍)。

3)成功研制了高稳定大幅宽的高光谱成像仪

采用高精度摆镜系统技术、大尺寸高精度萨格纳克(Sagnac)干涉仪技术、大面阵CCD探测器高速成像传输技术等，成功研制了国内先进的高光谱成像仪。实现了从可见近红外到短波红外215个谱段、指向范围700 km、幅宽96 km的高光谱成像。

4)成功研制了高反演精度大幅宽的大气校正仪

采用同时偏振探测等技术，成功研制了国内先进的、用于生态环境监测的大气校正仪，具有谱段配置丰富等特点，可在轨同步获取大气参数，校正大气对图像的影响，是目前国内在轨载荷中幅宽最大的大气校正仪。

5)多星在轨组网运行

在两颗卫星成功组网运行的基础上，进一步拓展与国家民用空间基础设施中其他卫星进行组网运行。与高分一号、高分六号卫星组网运行后，可实现对同一观测地点的一天重访，观测效率提高了一倍，极大地满足了国家应急响应、防灾减灾等观测需求。同时，为与后续环境减灾系列卫星以及更多空间基础设施卫星组网运行奠定了基础。

1.2 项目风险管理要求

作为国家民用空间基础设施中首批业务卫星，卫星必须如期完成研制、出厂，以及发射任务。才能满足接替在轨运行12年的环境减灾一号A/B卫星的任务要求，也才能满足国家防灾减灾、环境保护等重大应用需求，并兼顾国土资源、水利、农业、林业、地震等其他行业的业务需求。

但是如前所述，环境减灾二号A/B卫星特点是载荷种类多，性能指标大幅提升，技术新，研制难度很大。例如高光谱成像仪采用时空联合调制干涉光谱成像技术、摆镜侧摆及定标指向技术等，提高数据精度和数据获取能力；红外相机采用长线列摆扫技术、宽谱段红外焦平面技术等，提高数据精度和数据获取能力；大气校正仪采用星上穿轨扫描同步探测气溶胶和水汽参数技术等，校正遥感数据，提高像质等。

除了16 m相机由北京空间机电研究所研制以外，高光谱成像仪、红外相机和大气校正仪分别由西安光学精密机械研究所、上海技术物理研究所和安徽光学精密机械研究所研制，载荷研制单位众多且特点突出，对项目的风险管理提出了更高的要求。

2 项目风险源评估及管控难点

传统的“项目风险”是指那些可能对项目产生负面影响的风险源，如技术风险、质量风险、进度风险、过程风险、管理风险、组织机构风险、市场风险及法律法规变更造成的风险等[1]。根据有关型号研制经验，风险主要集中在技术风险、质量风险和进度风险等3个方面。技术风险、质量风险的发生，也会导致项目进度推迟。因此，将此3类风险的管理有机结合，是本项目风险管理的重点。

2.1 项目任务特点分析

依据环境减灾二号A/B卫星工程研制总要求，卫星在任务、环境条件和使用状态等方面具有如下特点。

(1)整星系统级一步正样，验证难度大。

作为空基业务卫星，根据研制进度要求，卫星结构机构和平台单机直接投产正样产品，不再设置力学星、热控星等系统级验证环节。为确保设计的正确性，需进行大量仿真验证及部组件级验证。

有效载荷中，高光谱成像仪、红外相机性能指标大幅提高，大气校正仪为全新产品。同样需要进行大量仿真验证及部组件级验证，才能确保正样产品生产基线得到充分验证。

相对于接替卫星，用户新提出了多项严格技术指标，如高定位精度、高精度多台相机一致性、高精度光谱曲线准确度、高地表反射率复原度等，其中部分指标需要经过地面处理和反演后才能检验。

(2)一箭双星发射方式，设计约束严。

由于采用CZ-4B运载火箭一箭双星方式发射两颗卫星，要求每颗卫星的质量不得超过1100 kg，质心偏差不能超过15 mm，包络尺寸不能超过Φ2900 mm×2500 mm，设计约束严格。而卫星装载5个载荷分系统(4个相机分系统+1个数传分系统)，载荷分系统总质量达到531 kg，载荷质量占比高，整星设计质量接近上限，减轻质量、优化设计难度大；而且每个相机分系统主体均需要装载在卫星对地面，这对多遥感器成像视场、整星质量特性、整星包络、总质量、热控等均有严格设计约束。

(3)研制周期短，研制进度极其紧张。

由于方案设计、载荷鉴定、正样设计存在交叉情况，特别是红外相机等鉴定产品与正样并行，故存在技术、质量和进度风险。

此外，3个载荷分别由3家单位提供，其管理模式和研制标准也不尽相同，在宇航产品研制、产品保证、风险分析和控制等方面存在不同，因此需要更加关注其产品的质量风险、进度风险等。

2.2 项目风险评估的基本步骤

风险评估包括风险识别、风险分析和风险评价，风险评估贯穿项目全过程[10]。

风险识别是指针对型号特点，采取有效的风险识别方法开展型号研制全周期内不确定因素的识别与预测，并对每项风险进行严重性分类。

风险分析是指理解风险特性和确定风险等级的过程。有3个因素决定风险重要值：一是风险发生的概率；二是风险如果发生对项目影响的严重程度；三是是否可以在风险发生之前监测到它。

风险发生的概率等级见表1。

表1 风险发生可能性等级分类Table 1 Possibility of risk occurrence

风险如果发生对项目影响的严重程度等级见表2。

表2 风险后果严重性等级分类Table 2 Severity of risk consequences

风险评价是指通过定性分析、定量分析方法，理解风险特性和确定风险等级，并根据风险接受准则，确定可接受风险项目和需要应对的风险项目。

在风险分析的基础上，给出风险综合评价矩阵见表3。

表3 风险综合评价矩阵Table 3 Risk comprehensive evaluation matrix

在风险综合评价矩阵的基础上，给出风险综合评级见表4。

表4 风险综合评级Table 4 Comprehensive risk rating

卫星风险接受准则如下。

(1)Ⅳ、Ⅴ类：高风险，不可接受，可能对型号有重大危害，应制定防范风险或规避风险的专题计划，由专人负责跟踪监控。

(2)Ⅲ类：中度风险，为不希望有的风险，可能对型号有危害，应积极地管理和考虑备选应对措施。

(3)Ⅰ、Ⅱ类：低风险，不经评审即可接受，对型号基本无危害，应由其所在层级的责任单位负责组织进行监控管理。

2.3 本项目的风险评价及管控难点

2.3.1 本项目风险评价

根据上述项目任务特点分析确定了3个风险源，分别为项目验证不充分、设计不满足要求和研制进度推迟。这3项风险如果发生对项目影响的严重程度均为D，即严重。

验证不充分的风险，可通过整星和分系统仿真分析、设置关键项目关重件、总体及载荷共同开展专项设计、提前进行星地一体优化设计等工作来降低。

设计不满足要求的风险，可通过载荷分系统视场杂光影响仿真分析、整星结构力学特性仿真分析、测控/GPS天线增益遮挡仿真分析、整星质量特性对姿态机动的影响分析、数传天线转动范围安全性分析、载荷分系统散热面设计可行性分析、双星敏视场及杂光抑制角分析等工作来降低。

研制进度推迟的风险，可通过开展系统级风险专项管理、短线项目管理、精细化管理、对3家载荷单位进行项目管理、产品保证等培训以提升其研制能力等方法来降低。

按照上述风险评估方法对本项目进行风险评估，见表5。

表5 本项目风险综合评级Table 5 Comprehensive risk rating for this project

2.3.2 本项目风险管控难点

通过上述分析方法可以得出，3家单位研制的载荷产品如期交付是整星重要的风险源，具体体现在以下几个方面。

(1)鉴定产品研制难度大且与正样产品并行(红外相机、大气校正仪是相机主体相机鉴定，高光谱成像仪是摆镜组件进行鉴定)。

(2)产品保证能力不足，产品研制能力不满足任务要求。

(3)单位的组织管理与任务要求不相适应。

进一步分析、细化有关风险源可以得出，相比高光谱成像仪、大气校正仪，红外相机(包括鉴定产品、正样产品)推迟交付的可能性极大，是整星最大的风险源。应制定专门的风险管理计划，并在卫星研制全过程进行专项管理。

更进一步细化和分析，导致红外相机推迟交付最大可能的原因如下。

(1)探测器尤其是中长波红外探测器的研制，可能是红外相机甚至整星最大的短线项目。

(2)主光学组件有关零件(包括主镜、次镜、三镜和框架等)加工难度大、涉及多家单位，进度有可能大幅推迟。

(3)光机装调包括主光学、后光学组件等的装调，特别是光机大组件装调，非常复杂，有可能反复严重影响产品交付。

红外相机研制过程中出现质量问题的可能性较大，包括技术问题和管理问题，也应重点予以关注。

3 项目重要风险源管控措施

在系统策划、建立系统级和分系统级两级风险管理组织的基础上，明确了风险管理目标。在组织保证的前提下，采取了一系列的管控措施，将“红外相机推迟交付”这一整星最大的风险“降低到了一个可接受的水平”。

3.1 审查把关，仿真验证，有效降低技术风险

组织上海技术物理研究所严格按照研制要求，开展技术风险分析和控制工作。在此基础上，具体从审查把关和仿真验证两条线开展相关工作。

在各阶段开展了各类审查工作，包括以下几个方面。

(1)进行了方案设计评审。

(2)协助进行研制试验策划，对其方案进行了审查。

(3)提前组织了鉴定产品详细设计评审，进行了可靠性设计复查。

(4)协助进行了相关风险分析，开展了风险分析和控制评审。

(5)开展了产品生产基线审查、生产准备评审等工作，确定了正样产品技术状态，实现了提前投产。

(6)全程参与其详细设计、过程控制等环节。

有针对性地开展了相关仿真验证工作，例如，控制分系统利用红外相机的制冷机、扫描镜组件扰动力矩和剩余角动量实测数据进行仿真分析，以消除制冷机、扫描镜组件运动时干扰整星姿态的风险。

通过上述审查把关和仿真验证，有效降低了红外相机研制的技术风险。

3.2 归零措施，落实强化，尽量规避质量风险

采用了验收、评审、归零等航天产品质量管理的方法，有效减轻、规避了红外相机研制的质量风险。项目实施过程中，系统性地采用了近年来质量管理的有效方法。强化了对分系统产品外协质量管理，重要的控制环节有18项，分别是技术要求评审、分系统/单机设计评审、产品保证计划审查、单机鉴定状态评审、研制试验控制、鉴定件控制、元器件/材料审查、工艺审查、生产基线控制、生产准备评审、技术状态更改控制、强制和关键检验、质量保证能力审核、生产现场检查、产品保证培训、产品监造、不合格品控制和分系统验收等。

其中，在生产基线控制方面，重点对红外相机初样阶段质量问题归零、待办事项闭环管理情况进行了审查。在外协产品验收时，对不合格审理落实情况、质量问题归零工作完成情况、“举一反三”措施落实情况进行了检查确认。

3.2.1 鉴定产品质量问题的处理及产保能力提升

在红外相机鉴定产品研制过程中，出现了中长波探测器B6波段输出异常问题。这是由于接插件错插产生的大电流将探测器的相关引线熔断所致。问题暴露了在产品、流程和组织3个维度存在的薄弱环节。

针对上述薄弱环节，上海技术物理研究所采取了以下措施。

(1)对接插件和电缆进行清晰标识。

(2)探测器上电前对电缆和接插件使用状态进行有效的双岗检查并记录，完善和编制相关文件，包括产保流程、工艺文件和安全规程等。

(3)“举一反三”措施：①对红外相机鉴定件、正样产品所有的接插件的标识进行检查，确保标识完整、清晰；②在红外相机其他各项试验细则、测试细则中均要明确对电缆接插件标识清楚、正确和插拔双岗检查的要求；③在全所对此次发生的问题进行了质量信息通报，强调了防错设计和防误操作的要求。

(4)加强培训：①组织型号队伍和课题组的电测组、电子学设计师学习了相关技术要求，强调工作纪律的严肃性，确保执行到位；②组织项目全体参与人员进行了质量安全性教育，着重强调每个岗位人员的质量意识，严格遵守质量规范及操作要求，做到“操作有依据、操作按依据、操作留记录”，杜绝人为质量事故，并进一步强调了发生质量问题时现场的处理流程。

通过上述一系列的有效措施，大大提升了红外相机研制团队的产品保证能力，确保了分系统产品正样集成、测试、试验阶段，未发生任何质量问题，有效规避了质量风险。

3.2.2 外协产品质量问题的处理及措施落实

除3.2.1节的措施外，还需要加强载荷外协风险管控。环境减灾二号A/B卫星总体建立了分系统、单机、部组件、工序等不同层级产品外协关系网络，明确电源模块、镜坯、碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)框架等关键外协产品风险控制点和计划，做到外协管理措施延伸至二级甚至三级外协单位。在此基础上，深入细致地开展了相关工作。在初样阶段，卫星总体就联合上海技术物理研究所梳理了红外相机外协产品的风险，制定了相应的控制措施，见表6。

表6 红外相机外协产品风险及控制措施事例Table 6 Risk and control measures of infrared camera outsourcing products

外协中国科学院光电技术研究所的SiC主镜在抛光过程出现了花斑问题，卫星总体督促上海技术物理研究所及时完成了问题归零，并补充了相关外协产品的管控措施摘要如下。

(1)修订了相关技术协议。

(2)有针对性地完善了红外相机主光学齐套的技术流程、计划流程和产保流程。

(3)开展了相关外协外包质量管控要求和文件的培训。

(4)协助外协加工单位增加了生产阶段专用的产品保证要素、并完善相关工艺文件。

(5)协助外协单位明确了特殊材料加工所用的辅料管理要求。

通过增加类似上述一系列的有效措施，提升了红外相机外协单位的产品保证能力，确保了各相关正样产品的按时交付，有效减少了质量风险。

3.3 充分分析，确保进度风险可控

采用了验收、评审、归零等航天产品质量管理的方法，有效减轻、规避了红外相机研制的质量风险。

卫星总体协同上海技术物理研究所红外相机研制团队，对可能导致进度风险的影响因素进行了分析，从关键技术攻关、质量问题处理和研制模式改进等三方面制定了相应的控制措施，确保相关风险达到了可接受的水平。

3.3.1 加强技术攻关，提高产品研制效率

如前所述，红外相机中长波红外探测器的研制推迟、主光学组件有关零件的外协加工、光机大组件装调困难等，是导致红外相机推迟交付最大可能的原因。

针对中长波红外探测器整体成品率低、未能按原计划通过第5轮流片筛选出正样产品所需芯片问题，上海技术物理研究所采取了以下措施。

(1)强化了短线管理，加快了正样长波红外探测器芯片的研制，集中全所流片生产线资源，尽最大可能增加流片轮次，将流片时间由2月缩短至1.5个月，并安排专人跟进流片进度；优化筛选流程和时间，提前准备测试设备，落实相关测试人员，严格控制后续可靠性筛选流程时间节点；进一步梳理长波红外探测器研制的详细工作计划，严格控制每个工序的时间偏差，发现问题及时处理解决。

(2)进一步梳理并优化了工作流程，在相机整体装调过程中，利用前期获得的鉴定备份产品提前开展光学装调和固封检测，同时开展了正样组件获得后更换等工作，减少了后续整机装调的时间。

(3)进一步明确了产品交付的目标，重新编制详细研制计划，报卫星总体。卫星总体组织用户赴上海技术物理研究所，对该风险事项进行了专项调度。

通过上述针对性措施，有效控制了该项风险。

3.3.2 及时处理，把质量问题对进度的影响降到最低

如前所述，上海技术物理研究所针对研制过程中发生的质量问题，及时组织开展了相关归零工作，有效规避、减轻了质量风险。同时也大幅提升了项目团队的研制能力、产品保证能力，把质量问题对进度的影响降到了最低。

3.3.3 团队建设，适应航天工程研制模式

针对短线项目进行专项、专人管控，以周计划、日调度等形式进行动态跟踪；针对影响项目研制主线的关键事项、重大协调等，应积极寻求上级机关与用户的支持[2]。

环境减灾二号A/B卫星研制在此基础上进行了更深层次地思考。从研制模式方面分析，为适应项目研制的要求、适应项目风险管理的要求，任务伊始卫星总体就协商上海技术物理研究所，打造面向航天工程研制模式的红外相机研制团队。具体步骤如下。

(1)参照已有卫星项目管理团队人员分工、职责进行队伍组建，明确了主管领导、研究室项目负责人，任命项目经理、技术经理、产品保证经理、计划经理及其他人员，并明确了相应的岗位职责。

(2)分析项目研制阶段的特点，开展了相应的管理工作。

(3)开展了项目管理培训，按照项目研制要素进行了系统性地管理策划、实施，包括集成管理、范围管理、进度管理、产品保证管理、风险管理和物资管理等。

(4)强化进度管理，运用灵活的用人机制聘用航天系统内部具有丰富型号研制经验的一线项目管理人员，打造计划管理团队，进行专业化管理。

(5)强化产品保证管理，组建了产品保证队伍，编制了产品保证文件，制定了产品保证标准，加强了对外协单位的管理，定期、不定期地开展了产品保证培训。

(6)针对短线项目，制定了专项计划流程，精确到小时，进行精细化管理，开展了项目动态管理，相关工作日清日结。

3.4 发挥“领导作用”，促进产品研制和产品保证能力提升

“领导作用”是质量管理八项原则之一，同样适用于项目风险管理。风险程度高的风险必须受到重视，在这些风险上优先投入人力、物力资源[4]。如卫星总体协调上海技术物理研究所，将环境减灾二号A/B卫星红外相机的研制列为了所里的重点项目。所领导亲自主抓该项目，负责核心器件——中长波红外探测器的研制，优先保证了红外相机研制的一切资源，保证了所内各部门对该项的全力支持。针对研制团队，配套了相应的政策支持和激励机制。在所领导的大力支持下，卫星总体组织对该所的质量管理体系进行了二方审核，并多次组织有关专家对其研制团队进行了项目管理、产品保证等相关培训和技术交流，促进了产品研制和产品保证能力提升。

“领导作用”还体现在用户单位、国家国防科技工业局、中国航天科技集团有限公司等对该项目的重视，对该项目进行了重点关注，定期、不定期检查项目进展。

4 结束语

本文针对环境减灾二号A/B卫星从项目特点及风险管理要求方面进行了分析，说明了项目管控的难点，并按照项目风险管理理论分析了重要风险源，从技术风险、质量风险和进度风险三方面制定了相应的管控措施，确保了相关风险降到了可接受程度，从而确保了该卫星的成功发射，积累的项目管理经验可为后续卫星研制风险管理提供参考。