提升我国“长征”系列运载火箭发射成功率工作研究

/中国航天科技集团有限公司

从1970年4月“长征”1号运载火箭成功发射我国第一颗人造地球卫星到2018年7月，“长征”系列运载火箭完成第280次发射，在近50年的发展历程中“长征”火箭完成了从无到有、由易到难的重大跨越，取得了世人瞩目的伟大成就。但在取得成绩的同时，我们也认识到“长征”火箭发射成功率和国外一流火箭相比存在着差距，在280次发射中成功268次，发射成功率为95.71%。而美国“宇宙神”5火箭和“德尔它”4火箭发射成功率接近100%，新研制的“猎鹰”9火箭也达到了98%。因此，笔者将重点分析影响火箭成功率的因素，针对如何提升长征系列运载火箭发射成功率提出了几点思考和建议，为我国运载火箭发展提供借鉴和参考。

一、影响火箭成功率的因素

1.产品固有可靠性

可靠性是指产品在规定的条件或时间内完成规定功能的能力，可靠性的概率度量也称为可靠度。可靠性是航天产品的重要技术指标，是产品质量的重要特性，直接影响发射成功率。其中，设计过程确定了产品的固有可靠性，是可靠性工作的源头。

近年来，我国“长征”系列运载火箭可靠性不断提升且有明显进步（见表1）。但是部分型号产品依然存在深层次薄弱环节，设计健壮性不强，固有可靠性低，部分影响火箭飞行成败的单点故障模式未完全消除。这就需要全面系统梳理影响型号成败的Ⅰ、Ⅱ类单点故障模式，开展“三再”工作，通过“试验验证—暴露问题—分析—改进设计—再验证”的过程，不断提高产品的可靠性。

2.过程控制

设计过程决定了产品的固有可靠性，生产、总装、测试等过程控制环节决定了产品实际能够达到的可靠性水平。良好的设计可靠性必须依靠稳定、可靠的过程控制才能实现到产品中。

过程控制中的不可靠性因素可能导致产品可靠性远低于设计赋予的固有可靠性。如果对影响成败的关键产品、关键操作、关键环节控制不到位，缺少辨识与控制标准、规范及一线作业指导，就容易在产品生产和地面试验中产生元器件、加工工艺、多余物、线路连接、静电损伤等一系列问题。

3.外协产品管理

航天工业发展多年所取得的成就离不开广大外协配套供应商的贡献，“大力协同”是型号取得成功的精神传统和保证。在计划经济时代，大力协同依靠各单位承担航天任务时的荣誉感和责任感，也需要承制单位完成任务的自我保证，但随着社会的发展，仅依靠精神层面的传承是远远不够的。

表1 “长征”系列运载火箭飞行可靠性指标评估值

根据统计，近10年来“长征”系列运载火箭5次发射失利中有2起是由于外协产品造成的，占比达到40%。统计2016～2017年的型号质量问题中，中国航天科技集团有限公司外供应商所引发的也占到31%。因此，我们需要按照供应链管理的理念，科学全面地提出外协产品和供应商管理体系。

二、工作途径

针对以上影响火箭成功率的因素，需要以运载火箭发射成功率提升作为工作的出发点和落脚点，全面系统梳理影响型号成败的Ⅰ、Ⅱ类单点故障模式，有效识别影响成败的关键产品、关键操作、关键环节，保证其过程严格受控。开展“三再”工作，提升产品可靠性，减少Ⅰ、Ⅱ类单点故障模式的产品数量，结合可靠性增长专项工作，科学制定阶段措施，分类、分级、分时实施推进。明确工作标准，重视顶层谋划，加强过程控制，推行科学的产品保证管理，杜绝低层次、批次性质量问题，确保运载火箭发射任务持续成功。具体措施如下：

一是开展“三再”工作，提升产品固有可靠性。针对影响型号成败的关重件全面深入开展“三再”工作，采取针对性的措施消除单点和薄弱环节，提高产品的固有可靠性。“三再”工作的目的是提高产品的固有可靠性，消除薄弱环节，同时锻炼新入岗设计师，增加设计经验。其工作定义为“再分析、再设计、再验证”。

再分析。针对已有的各种生产、试验数据以及产品研制过程发生的问题进行分析，对任务书、设计依据、环境进行再复核。利用质量与可靠性方法，全面系统的梳理影响型号成败的关重件和Ⅰ、Ⅱ类单点故障模式、薄弱环节，识别产品设计、工艺和过程关键特性。既要“撒大网，又要过筛子”，做到不漏项。统一标准，保证各型号横向一致。

再设计。针对识别出的产品单点模式、薄弱环节，应用先进和规范的可靠性设计方法、手段，采取“背靠背”等方式开展设计、工艺改进，进行设计结果比对，摸清产品设计余量和裕度，提高产品固有可靠性。

再验证。对技术状态变化或测试、使用条件不覆盖的产品开展再验证工作，可采取数字模拟和实物试验相结合的方式进行。

“三再”工作采取科学有效的分析方法，根据型号总体、分系统和部组件产品特点，可采用（不限于）FMEA方法、FTA方法、飞行时序动作检查确认、头脑风暴法、三次设计、线索表法、对照任务剖面查需求满足情况等方法。在梳理出具体工作项目的基础上，借助可靠性增长工程和型号可靠性专项工程等的牵引，不断提高关键产品的可靠性水平。

二是加强过程控制，提升工作质量。

编制成败型操作项目辨识与控制规范。针对可能造成I、II类故障的成败型操作项目，制定标准的辨识与控制规范，应用于火箭单机生产、火箭总装总测和发射场等环节，指导具体工作。

加强产品验收工作。对同类同等级产品要统一产品交付验收方法、验收内容、验收标准，建立专业验收团队，实现组批验收，提高验收工作效率，同时加强对相关数据包内容进行检查和确认，提升产品质量管控水平。

实施动力系统数字化专项。开展液体火箭动力系统设计、生产、试验、检测和管理全流程数字化工作，解决关键环节不可检、不可测产品影响成败的问题。

完善多余物控制措施。梳理易产生多余物环节和不易检测、不易清除多余物的部位；分析多余物可能造成的影响，通过改进设计有效控制多余物的影响域，降低产品对多余物的敏感性，提高产品的健壮性，完善多余物防控的可靠性设计准则；结合工艺和过程控制关键特性的识别与控制工作，完善产品生产和交付使用全过程的多余物控制措施；在此基础上进一步完善多余物防控体系。

有效实施运载火箭质量监理制度。充分学习借鉴设备监理、工程监理等其他监理行业成熟经验和有效做法，将目前各监理行业成熟和先进的组织管理模式、评价方法等行之有效的监理方式、方法进行总结和提炼，并针对运载火箭研制生产管理特点和质量监理需求进行吸收和借鉴，形成既适应监理工作基本规律又具有航天特色的运载火箭质量监理规范。充分考虑运载火箭在设计、生产、试验等各阶段质量管控中的关键和重要环节，确定质量监理工作内容，明确需要文件审查、现场见证以及签署意见的环节，使质量监理为型号高质量保成功提供有力支撑。

三是加强外协产品和供应商管理。严格航天型号供应商准入管理，明确航天型号供应商全级次管理要求，把航天的质量控制要求和相关标准传递到最末端供应商，确保航天质量要求和标准落实到外协、外包和外购产品研制生产全过程，做到纵向到底、横向一致。承担航天外协、外包产品的供应商，质量管理体系和流程必须符合航天标准。建立供应商绩效评价机制，实行供应商动态管理，不断提升供应商整体能力，逐步建成航天型号供应商管理体系并有效运行。