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八年十六星——中国航天科技集团公司导航卫星建设速度揭秘
发布时间:2012年11月12日       来源 : 中国航天网
  自2004年,建设北斗卫星导航区域系统的工程正式立项开始,到2012年底区域导航系统正式建成,短短8年时间,中国完成了16星密集发射的壮举,在2010年、2012年,更是分别完成了5连射的骄人成绩。中国以让世人折服的惊人速度,在太空部署了属于自己的星座,形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。成绩的取得,得益于北斗导航卫星高效率组批生产能力的重大突破。

  秘籍1:“磨刀不误砍柴工”,打好基础是关键

  “卫星批产,注重前期的设计、制造和试验至关重要”,北斗二号卫星总设计师谢军如是说,“例如,国外比较成熟实现批产的典型的卫星系统是摩托罗拉公司的商业卫星星座铱星系统、美国劳拉公司和高通公司创建的移全球星系统以及微软公司的比尔•盖茨和蜂窝电话的先驱Craig McCaw共同创建的Teledesic卫星通信系统。从项目的提出到首发星成功,铱星系统用了10年,全球星系统用了8年,Teledesic卫星通信系统用了7年。”总指挥李长江说,“批产前一定要留有充足的设计周期,要为设计环节留出时间开展各种试验和验证工作,只有高质量的设计才会有高可靠高质量的产品,才能有效保证工程进度。”

  北斗卫星导航区域系统从2004年立项到2007年发射第一颗试验星,用了系统建设近一半的时间来打牢基础,翻开第一颗试验星的文件目录,达1400余份之多,同时创造了航天领域研制管理上的多个“第一”,率先设计并开发了“IDS”(接口数据单)管理系统,开创了“集同设计”的先河,第一个提出了“风险分析”的概念……

  “集同设计”将卫星设计方案的审查做到了极致,而“集同”也成为了航天人的专有名词。卫星批产是用“一套图纸”和“一套文件”指导卫星制造,这“一套图纸”和“一套文件”就显得尤为关键,必须字斟句酌,确保万无一失。“集同设计”就是将不同专业的设计师和专家集中在一起,对这些设计文件和图纸进行共同把关、逐一确认,这个分系统的设计会不会对其它分系统产生影响,这个设备的安装位置会不会影响整星的其它性能,专家们都会认真分析和研讨。将众多的权威专家集中在一起,这样的审核无疑为大家吃了颗定心丸,而“集同设计”的方式也被纳入了航天系统工程管理中,被其它航天器的研制广泛应用。

  就是这样,不放过任何一个指标,不放过任何一个疑点,导航人把基础夯实了,才有了2010年至2012年连续成功发射14颗卫星的“火箭速度”。

  秘籍2:“零缺陷管理”,确保高可靠是前提

  北斗二号卫星总指挥李长江说:“产品基础好是实现批产的前提”。的确,对呈现着“高密度发射”特点的北斗卫星导航系统来说,产品是批量生产和使用的,一个产品的好坏直接影响着十几颗星的成败,牵一发而动全身,每一个产品的高质量不容小觑。同样的设计,却未必获得同样的产品,工艺、环境、人员、设备的变化都会影响产品的质量,为了识别这些变化带来的风险,导航人在单机和系统研制“两个层次”和正样研制、发射场“两个阶段”都组织开展了“九新”分析。“任何一个新变化都能可能带来意想不到的问题”一位资深设计师感慨地说,“必须做好充分的风险分析、充分的地面测试,才能确保卫星在轨的万无一失”。导航人对“新”的识别近乎到了苛刻的程度,例如,导航卫星的一个设备一直是由一家外协单位生产提供的,合作了多年,而且该设备已经经过在轨检验,没有出现过问题,可以说是久经考验的设备和厂家。但是,设计师还是会按程序、按要求严格对设备进行验收,细心的设计师发现设备中的一个元器件虽然与之前使用的材料相同、型号相同,但生产厂家却变了,这属于“九新”之一,可不能轻易放过,设计师经过了反复的试验和分析,终于这个设备通过了“航天认证”光荣“上岗”了,不过却打上了“新”的烙印,一旦发现问题,确保能够追溯。

  另一方面,充分的地面试验与测试,也是发现问题、暴露问题,保证产品和整星可靠性的重要手段,导航人建立了一套能够保证卫星测试覆盖性的规范与流程和一套行之有效的质量管理体系。为了确保关键指标能够得到检验,设置了强制检验点和关键检验点,对关键环节都要进行拍照和录像,留下影像的记录,“做事有依据,做事按依据,做事留记录”是他们每个人严格践行的行为准则。同时,为了保证测试效果,秉承着“零缺陷、零疑点”的理念,导航人在紧张的研制流程中还是挤出时间保障连续测试时间。第一颗试验卫星发射前,由于发射窗口的影响,整星必须提前运往发射基地,还未完成的200小时连续测试只能在发射基地完成了,刚到发射基地,几乎70%的队员都因为水土不服而拉肚子、发高烧,但为了确保这200小时的测试,从院士、型号两总到技术人员都一起排班、一起上,带病坚持在岗位上,谢军总设计师晕倒了3次,“不能带隐患上天,做了测试才踏实”,朴实的话语道出了导航人的心声,正式他们细致严谨的作风、精益求精的态度,成就了导航卫星的高可靠。

  秘籍3:“与时间赛跑”,集约高效是根本

  星座组网运行的一个关键就是要“快”,因为卫星都是有寿命的,如果不能快速发射卫星和组网,就不可能尽快投入应用,而且卫星会老化,卫星轨道会因为顶层大气的摩擦而变形,因而每年都要发射新的卫星来更新系统,如果做不到批量生产卫星,做不到高频率的航天发射,不仅快速组网做不到,日常维护也无从谈起。上世纪90年代的俄罗斯由于不能及时补网,导航系统差点因此报废就是一个先例。因此,导航人必须“与时间赛跑”,卫星研制要“快速高质”,出现问题要“快速归零”……一切都围绕“快”,为了“快”,导航人也在与时间的赛跑中琢磨出了几个妙计。

  第一计,固化。不断固化经验、流程,是缩短研制周期的核心。从研制第一颗北斗二号卫星开始,导航人就着眼于优化和固化流程,他们把从设计、结构布装、测试、试验直到发射场工作等各个环节的要求都固化为表格,所有的关键环节都实行表格化管理。例如,验收时需要检查哪些项目,测试时需要记录哪些数据,都设计在表格中,无论是老人还是新人,无论是一岗还是替岗,都可以一目了然,不仅节约了时间,也确保了工作质量。固化不等于僵化,每颗卫星发射成功后,导航人都要认真总结,进一步完善流程,细化每一项工作,提高效率,不断迭代,不断优化。以发射场工作为例,通过太阳翼安装工作计划的梳理,严格控制了每项工作的细节内容,规定了每项工作的责任人到岗时间,缩短了等待协调时间,使太阳翼装配工作缩短了9小时,通过多颗卫星发射场任务执行结果的梳理、反馈,再分析、再执行,在按时保质的前提下,人员占用越来越精简,太阳翼操作人员占用减少了约10天。

  第二计,工具。人类已经进入了信息化时代,导航卫星的研制也一样。为了提高效率,导航人也打造了“助手”。从力学分析、协同设计、电缆网辅助设计到接口确认、技术状态管理,每一步都有智能化的“小助手”帮助导航人分忧解难。一颗卫星有上万个接口,以前的接口协调是靠人一份文件、一份文件地确认,一个表格、一个表格的比对的,一个分系统、一个分系统的进行,而且每一个小的更改都会牵涉到几份文件、几份表格,不丢项、不落项对设计师来说是个严峻的考验,而现在导航人设计开发了IDS(接口数据单)管理系统,所有的表格和文件都已固化到软件中,放到了每个设计师的桌面上,不仅查询快速灵活,而且能够实现同步更改,高质高效。电缆网辅助设计则更加智能化,电缆网在各个接口间相互连接,以前都是靠人进行梳理、设计,现在信息化系统可以自动生成电缆连接图,并比对、排错,大大减少电缆网设计中设计师的全部非设计工作量。协同设计系统能够实现并行设计以及对三维模型、图纸、文档的管理。导航卫星研制初期,卫星的构型布局设计是集中在不同的设计师手中,每个设计师对卫星的模型、单机设备的模型建立的标准不一样,模型命名也不同,使用协同设计系统后,实现了对模型的统一管理,设计师使用模型,需从服务器上下载。如果单机状态发生变化,只要有一名设计师将模型检出,进行修改,完善模型后再检入服务器,其他设计师在打开模型时,系统就会自动提示,有新版本的模型在服务器上,需要下载进行更新现有模型,避免了其他设计师的重复更改工作。

  第三计,统一。“多星管理,滚动备份”是北斗卫星区域导航系统研制的特色之一,这是指在整星阶段单机设备出现问题,由后交付的产品做为故障产品的替代,以确保卫星的发射时间,而滚动备份的前提就是技术状态的统一。为了技术状态的统一,首先从人的因素入手,从卫星初样设计到发射升空,每个分系统都会指定一个人统一负责,为实现技术状态信息的共享,还开发了技术状态管理系统,每天负责人都会把自己所负责卫星的状态进行记录、发布,这样所有参研人员都能清楚卫星的状态,实现了卫星状态全过程实时管理和控制,这不仅有利于人员的无缝替代,也为批产状态下后续星的技术经验继承,提供了传递的平台。其次从标准规范加强,导航人出台了多种标准、规范,从星上仪器设备标识表示方法到型号产品、分系统代字、设备代号、软件产品、星上电缆等编号规则都根据通用情况、更改覆盖和追溯情况、状态修改情况等加以规定。第三,研制了相应自动测试、比对系统,实现对各颗卫星技术状态的自动比对。

  秘籍4:“木桶原则”,人员能力是保障

  “木桶能盛满多少水,取决于最短的那个木板,只有整个队伍的能力都提升了,才能加速北斗卫星区域导航的步伐”,这是型号两总达成的共识。导航队伍中的80后以占据了大多数,为了加速这些青年人的成长成才,导航新人的特色培养之道应运而生。

  课程培训,航天新人速成。从总体部到研究室都为青年人量身打造了培训课程,并为其配备了督导师。虚拟卫星培训让新人们亲身体验了卫星设计的全过程,通过“实战”建立起了航天人的思维模式,提高了动手能力,了解了卫星设计的流程;极富操作性、指导性和系统性的培训教材,让每一位新人都如获至宝,这些培训和教材都凝结了前人的经验与教训。

  实践培训,全方位的指导。为了使新设计师能够充分胜任岗位工作,发射场别开生面的培训拉开了序幕。培训按专业划分,有针对性地开展。培训中,“新人”陈述自己的岗位职责、对所在分系统的关键点、关注项的理解以及所采取的应对措施。经验丰富的老员工会进行补充点评,讲解发射场的流程,从宏观上为“新人员”搭建起清晰的工作架构。同时,测试指挥讲解分系统的注意事项供新、老员工共勉,整个发射场任务的重点、难点及关键点已经明确。身经百战的主任设计师还会如数家珍地列出以往型号的案例,为试验队员敲响了警钟。而这只是一次发射前培训的缩影,成熟的研制流程的实践,高密度的发射任务的锻炼,更加速了导航新人的成长。
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