卫星公用平台成熟度研究

周思卓 李富军 彭洪江 李宇峰

（1 北京空间科技信息研究所，北京 100086）（2 中国空间技术研究院，北京 100094）

1 引言

卫星公用平台是具有通用性的，且能在一定范围内适应不同有效载荷配置和不同使用要求的卫星平台［1］。我国卫星研制企业借鉴了国外卫星公用平台的开发理念和实践［2-4］，从20世纪90年代开始研制卫星公用平台，形成了多个卫星公用平台产品，并逐步实现了基于公用平台的卫星型号研制与生产。宇航技术先进国家在20世纪中后期为了有效识别、跟踪和控制项目实施中的风险，开始采用以技术成熟度（Technology Readiness Level，TRL）为核心的成熟度评价技术。根据近年来国外的实践经验，技术成熟度评价的一项较大缺陷是无法评估多技术集成系统的各项风险［5］。由此，针对多项新技术元素应用于系统设计的原理和技术完备性的评估，美国国防部提出了系统成熟度（System Readiness Level，SRL）的概念和评价方法［6-7］。但是，系统成熟度缺乏对装配、总装和测试（AIT）过程的技术要素完备性的评价，也没有针对系统内部特性和系统成熟本质进行深入探究。

卫星公用平台成熟度（以下简称平台成熟度）一方面可为用户提供有参考价值和说服力的能力指数，支持卫星型号对平台产品的整体选用；另一方面，平台成熟度为平台技术状态固化、生产稳定性提升、平台快速成熟和持续改进等方面提供了明确路径，同时，也为平台所配置的单机产品的批生产提供了条件。2003年以来，我国航天企业开展了以产品成熟度理论为核心的航天产品工程探索与实践［8］，并首先将成熟度理论应用于单机产品。本文在我国航天单机产品成熟度研究与实践的基础上，借鉴了国外系统成熟度评价思想，提出了卫星公用平台成熟度的概念和模型，并分析了平台成熟度的应用方法和前景。

2 平台成熟度模型

建立卫星公用平台成熟度模型是为了考量和规范卫星公用平台成熟度的评价和应用。本节以我国航天单机产品成熟度和国外系统成熟度为参考，首先研究平台成熟度的特征要素并依据特征要素评价平台成熟度；而后，按照平台发展周期合理划分等级，最后按照每一等级所应达到的要求建立等级与评价要素相对应的成熟度模型。

2．1 平台成熟度概念

随着近年来公用平台在卫星型号研制中的应用，主要存在以下两个问题：

（1）尚缺乏表征卫星公用平台各项技术完备程度、合理性、质量稳定性的权威指标，不利于卫星型号研制方案的综合权衡和决策；

（2）在卫星公用平台全生命周期内，缺乏明确的评判平台成熟的里程碑事件和技术完备程度的要求，不利于技术状态的固化和持续改进，也不利于卫星公用平台快速成熟。

针对以上问题，开展平台成熟度研究，即对平台全生命周期全部技术要素的合理性、完备性以及在一定功能、性能水平下质量一致性的度量方法等进行研究。

2．2 平台成熟度评价要素

卫星公用平台技术状态的细化、量化和受控程度是平台成熟度的本质。新平台开发过程一般包括立项论证与启动、方案设计、初样研制、正样研制等阶段，并依次形成平台功能基线、分配基线和产品基线。要确定平台技术状态就需要首先确定对平台的功能、性能和质量有决定性作用的项目，称之为关键项目和重要项目（以下简称“关重项目”）。我国航天型号研制、应用的成功经验表明，产品设计、生产到应用的全过程数据完整记录和充分分析与验证，是快速提升产品成熟度的重要手段。而产品数据完整记录、分析与验证，以及生产过程的细化、量化的主要载体是数据包。平台数据包的建立、验证、改进的情况是卫星公用平台重复生产与应用能力的评判手段。因此得到平台成熟度的特征要素有3个，即平台技术状态基线（上述三类基线）的完备程度、平台关重项目设置的合理性和受控程度、平台数据包的完备程度。

除需要综合考虑上述平台成熟度的特征要素以外，评价平台成熟度还要对其配套单机产品的成熟度等级［9］进行界定。借鉴国外系统成熟度评价的方法，以单机产品成熟度等级分布为切入点，通过对现有4类典型卫星公用平台技术状态基线配套单机成熟度情况的统计分析，对照现有卫星公用平台所处的阶段，得到单机产品成熟度等级分布的设置。对典型卫星公用平台配套单机产品成熟度等级分布统计的结果（见表1）表明，目前现有的卫星公用平台均完成一次或多次成功飞行考核，完成一次成功飞行考核的平台配套单机产品成熟度在4级及4级以上，产品的数量占单机总数量的85%以上，完成3次及3次以上成功飞行考核的平台配套单机产品成熟度在5级及5级以上，产品的数量占单机总数量的85%左右。

表1 现有典型卫星公用平台基线配套单机产品成熟度情况Table 1 Distributions of product maturity within typical common satellite platforms

由以上分析得到平台成熟度的6个评价要素：①飞行考核次数；②技术状态控制能力；③配套单机产品成熟度等级分布；④关重项目及关重件控制能力；⑤内部／外部接口控制能力；⑥生产能力。

2．3 平台成熟度等级划分

卫星公用平台从研发开始经过方案设计、地面验证、实际多次应用和改进等若干重要环节达到不同等级的成熟度。在航天产品成熟度规律的指引下，结合平台产品的研制特点，将平台成熟度等级划分为6级，即原理平台（1级）、工程平台（2级）、一次飞行考核平台（3级）、多次飞行考核平台（4级）、定型平台（5级）、通用平台（6级）。平台成熟度等级设置参考点与一般研制程序的关系如图1所示。

图1 卫星公用平台成熟度等级划分Fig．1 Division of common satellite platform maturity levels

平台成熟度的对象是“平台产品”，在方案设计阶段完成时才形成“产品”概念，而在平台立项论证与启动阶段尚未形成“产品”，因此，将方案设计阶段末期形成了平台“产品”后，设置为第一个成熟度等级参考点。平台初样研制阶段末期，完成了实体的工程平台的总装和地面试验，平台正样设计状态确定，因此，将实体的工程平台完成研制作为第二个等级参考点。

平台成熟度与单机产品成熟度是针对不同对象的评价工具，其本质是一致的。因此，其等级的划分部分参考了单机产品成熟度模型［9］。单机产品在完成正样件研制之时设置了成熟度3级的参考点，待产品完成一次实际飞行考核并经过改进后设置了成熟度为4级的参考点。平台作为一类高度复杂的产品，对其飞行验证的指标远比单机产品多，且其技术状态的更改也较为困难。对单机产品而言，经一次飞行考核的产品与完成正样研制的产品相比，其功能、性能指标均得到全面实际考核并进行了改进；而对于平台而言，考虑成熟度不能深入到单机产品技术状态更改的层面，正样平台与经一次飞行的平台就成熟度考察的范围来看变化甚微，故将完成一次成功飞行考核作为第三个等级参考点。将多次飞行并改进后、基本达到定型要求时作为第四个等级参考点。在定型与升级改进阶段，将平台成熟度按照生产能力和可靠性保障能力设置两个等级参考点，而非单机产品成熟度划分的三个，主要考虑了以下两个方面：首先，各类航天器对于某些单机产品往往有大量的需求，譬如10N双组元推力器产品在多个型号的通信卫星推进分系统中的需求数量相当可观，就需要对该产品生产规范化程度和批量生产能力进行评价，以降低产品生产风险。对比于单机产品的大规模需求，型号对平台的需求数量尚达不到批量。其次，平台与单机产品的成熟度都需要多次飞行考核验证和改进，但平台的子样数量更少，考核时间也较单机产品长，如果限定过多的考核次数和过长的时间，平台产品在达到所限定的“成熟”的要求之前就会随着技术的快速发展而被淘汰。

2．4 平台成熟度模型建立

采用上述6个等级设置点，按照平台飞行考核次数、技术状态控制能力、配套单机产品成熟度等级分布、关重项目和关重件控制能力、内／外部接口控制能力和生产能力等6个评价要素，可以建立平台成熟度模型，模型示意如图2所示，各等级定义及描述见表2。

图2 卫星公用平台成熟度模型Fig．2 Model of common satellite platform maturity

表2 卫星公用平台成熟度等级定义及描述Table 2 Definitions and descriptions of common satellite platform maturity levels

3 平台成熟度的应用前景

平台成熟度在支撑平台系列化发展、型号选用和指导平台快速提升成熟度等多方面具有广泛的应用前景。

1）支撑卫星公用平台系列化发展

根据我国航天产品工程技术体系，型谱是产品专业化发展的顶层规划［8］。我国航天企业已开展了大量关键通用单机产品型谱建设工作，成功应用于产品规划、研发、生产等环节，并有效指导了型号选用型谱产品，为卫星公用平台型谱的建立和应用提供了实践经验。卫星公用平台的成熟程度是平台产品系列的重要维度，对平台成熟度等级的明确界定是平台规格优化，从而构成平台产品系列的保证。

2）为卫星型号研制方案的综合权衡与决策提供依据

卫星型号总体在确定型号研制方案时，往往面临选用现有产品或新研发产品的抉择，主要关注的是两点：一是产品的功能、性能指标是否可以满足任务要求；二是产品的质量与可靠性是否有保证，即产品研制、生产、应用等环节的全部要素的完备性、稳定性和精细化程度是否已达到满意水平。平台成熟度可为型号研制方案的确定提供量化依据。

3）指导卫星公用平台快速提升成熟度

平台成熟度是指导平台研发、生产、应用活动的基本路线。对于独立于型号进行开发的全新公用平台，在型号的全生命周期内的里程碑——例如完成工程平台的研制、完成平台首飞等——评定平台成熟度等级；对于随特定型号进行研制的平台，在平台初次研制阶段——平台成熟度1级、2 级或3级——平台成熟度等级的评定，可以借鉴型号研制过程中的各项结论，而不独立进行复查，在平台后续应用中应独立于型号进行成熟度等级评定。

4 结束语

卫星公用平台成熟度是基于我国航天产品成熟度理论的重要技术工具，为航天产品工程建设提供了支撑。卫星公用成熟度模型的建立为平台成熟度的应用和推广提供了技术基础。平台成熟度在支撑平台系列化发展和型号选用等多方面的成功应用，对于构建卫星公用平台专业化开发模式、规范系统级产品的研发和应用过程、提高系统级产品质量与可靠性等方面也将发挥重要作用。

（References）

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Zhu Yilin．CAST｀s standardized satellite platforms［J］．Spacecraft Engineering，2007，16（1）：10-17（in Chineses）

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［6］Sauser Brian，Ramirez-Marquez Jose E，Magnaye Romulo，et al．System maturity indices for decision support in the defense acquisition process，NPS-AM-08-030［R］．California：James B Greene，2008

［7］Sauser Brian，Ramirez-Marquez Jose E，Magnaye Romulo，et al．A system approach to expanding the technology readiness level within defense acquisition，SITAM-09-002［R］．California：James B Greene，2009

［8］袁家军．航天产品工程［M］．1版．北京：中国宇航出版社，2011：30-77

Yuan Jiajun．Aerospace product engineering［M］．1st ed．Beijing：China Astronautics Press，2011：30-77（in Chinese）

［9］袁家军．航天产品成熟度研究［J］．航天器工程，2011，20（1）：1-7

Yuan Jiajun．Study of aerospace product maturity［J］．Spacecraft Engineering，2011，20（1）：1-7（in Chinese）