脉冲星导航技术研发创新管理方法

/钱学森空间技术实验室

脉冲星导航是实现航天器长时间、高精度自主导航最有希望取得突破的技术，也是当前国际航天前沿技术研究的热点，美国、欧洲、俄罗斯、日本和印度等国家都纷纷加速开展脉冲星导航领域技术研究。中国正在从航天大国向航天强国迈进，如何快速抢占航天前沿技术战略制高点，实现中国航天强国梦，是航天技术研发管理部门必须面对和思考的问题。

在“十一五”期间，鉴于国际脉冲星导航技术迅速发展态势和国内研究进展缓慢的状况，中国空间技术研究院敏锐洞察国际发展动向，准确研判其技术的颠覆性特征，于2011年果断实施脉冲星导航技术研发创新管理，加速推动脉冲星导航系统技术发展，突破脉冲星导航系列关键技术，并研制了多种类型的探测器样机及产品、脉冲星导航地面试验系统，以及脉冲星导航试验卫星——X射线脉冲星导航1号（XPNAV-1）。2016年11月，XPNAV-1卫星在酒泉卫星发射中心成功发射，解决了用中国研制的探测器“看得见”脉冲星的首要问题，并达到了预期的科学试验阶段目标。同时，研究院通过脉冲星导航技术创新研发和管理实践，探索了一条从概念研究快速进入飞行试验的捷径，以抢占航天前沿技术发展先机。

一、研发创新管理的方法和措施

面向航天器长时间高精度自主导航应用的重大战略发展需求，研究院于2011年开始实施脉冲星导航技术创新专项研发，创造性地提出了支点撬动和多米诺骨牌式的技术创新推动方法、由工业部门超前谋划和自下而上的创新驱动机制、从课题研发到卫星研制的跨界管理流程、快速建立多学科交叉研发团队的管理模式以及知识产权在技术底层全覆盖的创新文化理念等一系列创新管理方法和措施，尝试解决长期制约航天前沿技术快速发展的研发管理瓶颈问题。

1.一种技术创新推动方法

2004年，美国首先提出关于脉冲星导航的研究计划。2005年，研究院在国内率先启动脉冲星导航概念研究，几乎与美国同时起步。然而，由于国内部分学者错误地估计国际脉冲星导航的发展形势，致使国内上层主管部门关注不够，在2005年至2011年间主要以跟踪研究为主，研究方向分散且重复，研究进度十分缓慢，尤其是对关键技术研究的力度和深度远远不够，与国际差距日益增大。

在这样的背景下，研究院通过紧密跟踪国际发展动向，敏锐地觉察到发展脉冲星导航技术的重大战略意义。为此，2011年7月研究院开始实施脉冲星导航技术的创新研发管理，提出一种支点撬动和多米诺骨牌式的技术创新推动方法。其具体做法是：以脉冲星导航系统技术方案作为第一个支点，撬动中国航天科技集团有限公司专家对其重大战略意义的认可；以研究院自主投入研制的探测器原理样机作为第二个支点，撬动航天科技集团重大自主科技创新研发，并获得项目研究经费支持；以脉冲星导航系统顶层发展规划和过硬研究成果作为第三个支点，撬动导航重大专项在“十二五”中期新增脉冲星导航重点研究项目；以脉冲星导航探测器工程样机产品和自主投入研制的专用试验卫星作为第四个支点，撬动上级主管机关正式立项脉冲星导航空间飞行试验任务。

自2011年7月实施该管理方式以来，加速推动了国内脉冲星导航技术的发展，并于2016年11月成功发射XPNAV-1卫星，率先开展脉冲星导航专项飞行试验。从国际脉冲星导航技术发展态势来看，研究院高度敏感、战略研判和超前布局的策略是完全正确的。当前发展脉冲星导航技术的重大战略意义，已逐渐成为各级领导和专家的共识。

2.一种创新驱动机制

在“十一五”和“十二五”期间，国家各个经费渠道提供的脉冲星导航技术研发费用很少，不足以支撑脉冲星导航关键技术攻关研究和试验，导致短期内难以取得重大技术突破。为此，研究院对脉冲星导航技术专门实施创新研发管理，提出一种由工业部门超前谋划和自下而上的创新驱动机制，并拟定了管理策略：

一是通过加大自主研究经费投入，加速推进脉冲星导航技术攻关及地面验证，超前一步展示过硬成果，争取将研究院的脉冲星导航技术研究成果纳入国家发展规划体系。

二是研制脉冲星导航探测器样机及产品，在具备空间飞行试验能力后开展实测飞行验证。

三是充分发挥研究院在多学科专业体系、系统集成与工程化方面的优势，并联合国内优势单位组建强有力的技术研发团队，大力协同攻关，以技术实力树立地位和品牌，引领脉冲星导航发展方向。

四是建立脉冲星导航知识产权管理体系，加强知识产权保护，实现知识产权在底层核心技术的全覆盖，以确保在该领域的技术领先地位。

在研究院创新研发管理和自主投入经费的支持下，脉冲星导航技术研究得到快速发展，在系统论证与关键技术研究以及地面试验、探测器和XPNAV-1卫星研制等方面取得突破性进展，并具备了空间飞行试验能力。在项目开展过程中转变了纵向任务需求牵引的传统模式，做到“不等不靠”；采用自下而上的创新研发驱动机制，做到主动作为；在短时间内将脉冲星导航从概念研究推到空间飞行试验，做到抢占先机；使中国与美国同步开展该领域空间飞行试验，做到齐头并进。这种创新驱动技术发展的管理方式是研究院第一次实施，显著提升了研发管理效率，取得了重要的管理创新经验和成果。

3.一套跨界管理流程

脉冲星导航的理论基础是爱因斯坦的广义相对论，具有前沿性、前瞻性和战略性特征，通过理论分析论证，已验证其原理的可行性。因此，急需开展脉冲星导航空间飞行试验，以实测验证脉冲星导航系统体制的可行性。2013年10月，研究院通过产品创新项目支持，启动脉冲星导航XPNAV-1卫星研制工作。这是第一颗由研发管理部门推动并实施研制流程管理的卫星，在研究院型号任务研制的历史上属于首次。

XPNAV-1卫星是一颗小卫星，整星质量为243千克，要想在短时间内保质保量完成研制任务，就必须探索一套行之有效的试验卫星研制管理流程，这样才能在研制风险可控的情况下达到试验目标。在研究院科研型号任务管理体系中，卫星研制是院级科研生产管理的重点，一般由科研生产部、质量技术部和发展计划部协同管理，分别负责卫星研制过程中的计划管理、质量管理和经费管理。但考虑到脉冲星导航技术的复杂性和跨界管理的特殊性，需要突破传统管理模式的屏障，为此，研究院探索了一种课题研发与型号管理相融合的创新管理流程和模式。

脉冲星导航研发管理团队在借鉴型号成熟管理规范的基础上，从实践中探索了一种快速推动专用试验卫星研制和技术突破的方法，即有效地将技术推动与管理创新结合，尝试创新研究与工程试验无缝衔接。具体的管理创新做法和措施如下：

一是组建专项管理团队，通过专项“垂线”管理将项目列入型号管理流程，下达责任令，归入目标管理体系；磨合管理接口，优化管理流程，确保研发、科研的无缝衔接，从而实现研究院重大系统级的创新项目——脉冲星导航系统项目的跨界管理。

二是设立脉冲星导航系统技术研究中心，负责系统论证、技术牵引、原理验证和技术体系等相关研究；成立产品载荷中心，缩短管理流程，将技术与产品保障结合，实现关键技术攻关研究与工程产品研制一体化推进的创新管理。

三是创建一套针对工业货架产品及元器件的产品保证、测试和筛选规范。针对低成本、短周期的小卫星研制需求，创立小卫星研制的全新技术流程和体制，最终形成一套高性价比的微小卫星研制模式。重点突出任务权衡、成本控制、流程优化等方面的创新理念，以有效降低小卫星配套产品的准入门槛，进而为小卫星的市场化进程提供有力的技术支撑。

四是采取面向系统任务的管理理念，建立指标控制体系，大幅度减少文件传递环节，争取了产品研制和系统集成测试的时间。

五是对于研制过程中的关键性阶段，组织专家评审把关，确保产品风险可控。同时，全面开放地面测试实验室，开展多家探测器试验和比测，通过重要产品的统一比对，取长补短，规避质量风险。

4.一种管理思路和管理模式

研究院作为航天工程任务的五大系统之一，一直是在用户系统的需求牵引下开展航天器系统的工程研制。而脉冲星导航空间飞行试验任务则是在创新驱动的机制下由基层研发人员提出的，不同于型号任务管理思路。通过对脉冲导航技术的创新管理，研究院提出了一种针对航天前沿技术发展战略的扁平化管理思路和创新管理方法。

在组建脉冲星导航团队的过程中采取扁平化管理的理念，创造性地提出以“核心团队牵动大团队”的管理模式。这种组织结构有利于发挥研究院系统集成与工程化方面的优势，建立以研究院为主体，以国内优势单位为支撑，并与国际对标的联合团队。具体做法为：核心团队由4～5人组成，包括主管院领导、部门主管领导和技术牵头人，负责全面掌控技术与管理的各项相关工作；在研究院钱学森空间技术实验室专门成立脉冲星导航技术研究中心，统筹规划和牵引脉冲星导航系统技术发展；按照脉冲星导航多学科配置要求，从相关科研院所引进核心骨干人才，填补研究院学科专业空白；以“核心小团队带动大团队”模式，快速推动脉冲星导航技术发展。

通过专门为脉冲星导航技术创新研究开辟一条快速的“绿色管理通道”，使脉冲星导航技术和管理要求快速传递到院属各相关接收点，同时各个关键技术攻关进展情况也可及时反馈到管理顶层，以便领导作出相应决策。这种扁平化管理是一种灵活、高效的管理模式，可以快速无衰减地传达上级的各种要求、信息与发展态势，随时根据市场的发展动向及关键节点快速地组成联合营销小队，开展各种形式的市场推动工作。以“联合、协作、团结、共赢”为原则，广泛地开展与各科研院所、大专院校、企业技术实体的产学研协作，进而形成强有力的外围联合团队。通过联合团队的良性互动，既可有效提升研究院的整体技术实力，又能带动国内各相关单位的技术发展。

同时，在脉冲星导航技术创新研发管理工作中，研究院创新性地提出“4个能力”的管理模式，即任务提出能力、任务推动能力、任务牵引能力和任务主导能力，显著提升了研究院在脉冲星导航领域的创新能力和核心竞争力，为航天前沿技术和多学科交叉研究领域任务管理提供了一种有效途径。

5.一种创新文化理念

研究院在实施脉冲星导航技术创新研发管理之初，就提出了一种知识产权在技术底层全覆盖的创新文化理念。按照航天科技集团专利导航试点工程的要求，开展了专利分析与专利布局的相关工作。从脉冲星导航系统技术、脉冲星探测、星际航图构建和大尺度导航四大研究方向入手，充分发挥知识产权在技术创新中的作用，以及在系统技术论证中发挥辅助决策和判断功能；检索并收集国内外专利信息，开展知识产权分析工作，把握该领域的发展趋势。特别是对国外专利的检索，在开展技术构成分析、专利申请趋势分析、专利申请区域分析和专利申请人分析的同时，利用专利信息检索了解关键技术的专利布局现状和发展趋势，破解技术难题和加速研发创新。根据脉冲星导航技术图谱，研究院在国内超前开展技术布局和营销布局。

知识产权不仅是发明专利，还有软件著作权、注册商标、系列科普专题片、学术论著、百度百科词条、产品研制标准和团队座右铭等，以及研发人员经常性的习惯和思想，这些共同构成脉冲星导航创新的文化。通过培育脉冲星导航技术创新文化，实现知识产权在技术底层全覆盖的理念，带动航天前沿技术跨越发展。

二、研发创新管理取得的效果

1.抢先开展脉冲星导航飞行试验，提升创新能力和国际影响力

2016年11月10日，XPNAV-1卫星发射成功。据美国《大众科学》月刊11月18日评论，XPNAV-1是全球第一颗脉冲星导航专项试验卫星，并超越美国NASA的脉冲星导航计划，抢先开展空间飞行试验。同时，NASA空间科学数据协作库将XPNAV-1卫星纳入其中，并设计XPNAV-1卫星专门网页，填充科学数据和试验结果。这是中国航天前沿技术从“跟跑、并跑”迈向“领跑”的历史性跨越，具有重大的战略意义和社会效益。

2.研制多型探测器和试验设施，填补国内研究空白

通过实施脉冲星导航技术研发创新管理，研究院自主投入研制了多种类型的探测器样机和产品，包括准直型微通道板探测器产品、掠入射式聚焦型探测器产品等，同时还研制了25米大型真空束线通道，建成脉冲星导航地面试验系统。通过系列探测器样机及产品和地面试验设施的研制，研究院产品实现完全国产化，填补了国内研究空白。这对后续构建脉冲星导航空间基准星座和脉冲星时间系统，开展科学试验和应用研究并牵引空间科学发展，具有极其重要的发展战略意义。

3.取得丰富的自主知识产权成果，夯实技术基础和文化 底蕴

通过实施脉冲星导航技术研发创新管理，研究院申请了脉冲星导航相关发明专利52件，获得软件著作权11件，注册商标1项，撰写学术专著2部，制作脉冲星导航系列科普专题片5部，以及发布脉冲星导航百科词条和编写相关试验标准等，取得丰富的自主知识产权成果，并得到了很好的保护和转化应用，解决了项目研发过程中的重大关键技术难题，显著提升了该领域的创新能力和核心竞争力，夯实了技术基础和文化底蕴。

4.掀起国内脉冲星导航创新研究的热潮，引领未来发展 方向

当今中国的国际地位、和平环境与快速发展，得益于“两弹一星”工程的成功实施。建国60多年来的经验与教训表明：最核心、最基础、最前沿和最尖端的技术必须通过自力更生，掌握在自己手中。脉冲星导航技术是继人造卫星和载人航天之后的又一次航天技术革命，通过实施脉冲星导航技术研发创新管理，掀起了国内脉冲星导航创新研究的热潮。加快发展脉冲星导航技术，将推动中国航天前沿技术跨越发展，提升航天器自主生存能力，履行国家使命，维持空间战略平衡。

脉冲星导航是实现航天器的自主导航技术，是缩小中国与世界航天强国差距的突破口和创新发展的事业。“十二五”初期，鉴于国际脉冲星导航快速发展和国内研究进展缓慢的形势，研究院以严谨求实的科学态度和创新研发的管理模式，识别脉冲星导航的重大战略机遇和技术风险，快速推动脉冲星导航技术发展和XPNAV-1卫星的成功发射。通过实施脉冲星导航技术研发创新管理，快速抢占航天前沿技术发展先机，使中国率先实施脉冲星导航空间飞行试验。这一过程充分说明，只有主动作为、敢于担当创新管理重任，创建良好而特殊的研发环境，弱小的原始创新研发小苗才有可能最终成长为参天大树！