浅议航天发射任务费用优化

邵佳琦 鲜思德

[摘    要] 本文阐述了我国通用航天发射费用构成，提出了基于层次分析法和价值工程理论的航天发射费用优化的基本思路，并以某型固体火箭发射费用优化为例进行了具体运用，以期为新时期航天发射费用优化问题找到改进方向，实现成本支出的最小化，进而提升我国航天发射的国际竞争力。

[关键词] 航天发射;费用优化;层次分析法;价值工程

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 21. 044

[中图分类号] F273    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）21- 0114- 04

0      引    言

近年来，随着军民融合战略的深度发展，国家出台各种政策大力扶持民营航天，2018年可谓是中国民营航天的元年，国内多家民营航天企业依托国家发射基地相继组织火箭测试飞行，星际荣耀“双曲线一号”火箭、零壹空间“OS-X”火箭、蓝箭航天“朱雀一号”相继亮相、开展试验和实施发射。商业航天在我国航天领域上大放异彩，借助政策优势迅速成长，商业卫星任务逐年增多，竞争压力也越来越大，要想在激烈的竞争环境下站稳脚跟，提升国际竞争力、确立优势地位，就需要把发射费用控制在一个合理的范围内。所以本文借鉴层次分析法（AHP）对航天发射任务进行评价指标构建并进行功能分析，再利用价值工程理论找出航天发射费用的优化方向。

1      航天发射任务费用构成

在我国，目前航天发射要依托军方发射基地完成。按照任务阶段划分，航天发射通常分为任务准备阶段、任务实施阶段和任务总结阶段。按照任务系统划分，航天发射涉及的硬件系统通常分为测发系统、测控系统、通信系统、气象系统、勤务保障系统。按照任务流程划分，准备阶段的主要工作包括人员定位与考核、设施设备检修检测、任务软件准备、试验文书拟制签批、任务准备评审、航天产品接运准备;实施阶段的主要工作包括产品接运、卸车和交接、运载火箭吊装对接、航天器、有效载荷和运载火箭测试、航天器加注扣罩、航天器转运对接、机械接口协调与航天器功能检查、星箭联合检查测试、火箭推进剂加注、临射检查及发射、上升过程跟踪测量与控制;总结阶段的主要工作包括设施设备状态恢复、试验结果快速分析、技术、质量及评估。航天发射任务的费用产生于整个任务过程，每一项活动都会产生消耗，不同阶段均会产生型号试验费、基本维持费分摊、人员生活费、固定资产折旧分摊和财产人员保险费。

2      航天发射费用优化思路

航天发射任务一直以来都在追求先进的技术，却忽略了成本的把控，导致了在任务活动的发生环节产生了很多不合理的开支，造成了大量资源的浪费，同时航天发射任务费用也会受到气象条件、技术问题、不可抗力因素等诸多因素的影响，会出现推迟发射、甚至取消发射的情况，这些都大大增加了发射成本的支出。因此，军队人员力图寻找到军事效益和经济利益的共同区，而这恰恰与价值工程的管理目标一致，都是为改善技术与经济不统一的情况寻求最优的解决方案。所以本文选择了基于层次分析法（AHP）的价值工程方法来解决航天发射任务费用优化的问题，优化步骤如图1所示。

2.1   费用优化的基本原理

价值工程作为一个技术和经济结合起来的现代化管理方法，可以在费用消耗最少的情况下实现资源最大化的利用。該方法主要以功能分析为主，是一项通过最低的成本来实现作业或服务必要价值的管理活动。首先对评价对象进行量化考核，然后再利用数学关系式V=■对作业或服务进行分析判断。其中的“价值”是指某项作业或服务的效用与在寿命周期内的成本的比值，“功能”是指作业或服务所起到的作用，即实现用户所要求的功能，对于过剩的功能要消除，不足的功能要改进，才能达到最佳的效果。

在价值工程的应用中，项目成本的计量相对容易，可以按项目的流程来统计成本，由于功能系数的影响因素有很多并且不容易计算，所以如何准确计算出功能系数是确定评价指标效用价值的关键。目前确定功能系数的方法有很多，比如环比评分法、强制分析法，这类方法主要靠专家的主观评判直接确定功能重要程度，没有严格的数据计算，存在主观随意性，容易出现误判。所以，本文拟采用定性与定量相结合的层次分析法（AHP），引入客观的赋值法来有效地克服之前缺乏科学理论依据的问题，具体方法是采用数据分析来确定权重向量，通过一致性检验，当没有超过可接受的范围时，将各指标权重作为之前专家打分的功能系数。

2.2   费用优化实现过程

2.2.1   建立航天发射任务层次结构图

层次结构模型至少分为三层，将所包含的因素从上到下进行分解，最顶层为目标层，即要解决的问题;中间层为准则层，可以有一个或若干个层次，即需要考虑的因素;最底层为方案层。本文对航天发射任务流程的成本因素进行拆分，将航天发射任务作为评价对象，建立如图2所示的层次结构图。由于任务准备阶段和任务总结阶段的活动相对固定，涉及的费用波动不大，所以这里不继续向下细分分析。

2.2.2   构造判断矩阵

矩阵中的同一层次各个因素进行两两比较时，按重要性程度向专家咨询，并进行等级评价，得到判断矩阵。取值的方法通常采用九标度法，其含义如表1所示。

2.2.3   确定指标权重向量和最大特征值

根据专家打分后的判断矩阵，运用特征根法计算出特征向量ωi，将每一列进行归一化之后，得到最后的权重ωi，再计算最大特征值λmax满足Aω=λmaxω。

2.2.4   一致性检验

在两两比较的过程中不一定能满足判断矩阵的大体一致性，总会出现一些误差，所以要进行一致性检验。可以用C.I.和C.R.来检验判断矩阵的一致性，计算一致性指标C.I.，C.I.=■，当C.I.=0时，则判断矩阵是完全一致性的;C.I.≤0.1时，我们认为判断矩阵依然在可接受的范围里;C.I.越大，判断矩阵的不一致程度越高。对于多阶矩阵可进一步引入矩阵的一致性比例C.R.，C.R.=■，平均随机一致性指标R.I.如表2所示。

当C.R.<0.1时，则判断矩阵的不一致性在可接受的范围内，是令人满意的，可将归一化后的特征向量视为指标权重;当C.R.>0.1时，则说明判断矩阵没有达到一致性的要求，需要重新建立判断矩阵，对bij进行调整，重新判断一致性。

3      某型火箭发射费用优化的具体实现

目前航天发射任务采用的火箭包含液体火箭和固体火箭两种类型，液体火箭又有常规液体火箭、小型液体火箭之分。不同类型的火箭其用途有所区别，参与发射的人员、装备、设备设施和发射流程页有所不同，特别是液体火箭与固体火箭的区别更大。因此，发射费用的优化需依据型号而论，这里选择某型固体火箭进行分析。

3.1   功能系数的确定

根据上述步骤，求解结果如表3，表4，表5，表6所示。

3.3   决策分析

（1）任务总结阶段的价值系数远远高于1，从数值上可以看出评价对象的功能所占比重高于成本所占的比重，功能效用实现了既定要求，可以适当减少人力，但也要考虑到是否成本支出过少导致价值偏高或是功能过剩导致价值偏高，而这部分功能存在卫星用户并不需要的可能性。

（2）任务准备阶段以及任务实施阶段中测发系统的价值系数都在1附近，能判断出功能效用和成本投入基本持平，可以暂不考虑这部分的成本改进。

（3）任务实施阶段的通信系统、气象系统、勤务保障系统和试验政工系统的价值系数小于1，说明费用支出很多却没有达到用户提出的要求，可能就是平时所说的“事倍功半”，这部分需要优化改进，是重点关注对象。看看是否存在资源使用的重复性，导致成本支出过高，召集技术骨干和财会人员一起讨论并制定优化方案，进而提升某型号固体火箭任务的价值。

4      结    语

国家提出的“军民融合”发展战略加快了航空航天领域“军转民”“民参军”的融合，推进了军用技术成果产业化，形成了一支高精尖产业技术团队，未来将是国防和军队现代化建设坚实的物质以及技术支撑。要想航天产业有所发展，对成本的把控是不可缺少的，航天发射任务在执行过程中势必会出现费用在任务某一环节产生的不合理，可能过多也可能过少，因此，采用基于层次分析法的价值工程理论可以解决发射任务中不必要的开支。将一个大型的发射项目分解成多个目标进行决策，实现任务准备阶段、实施阶段和总结阶段的功能性分析，使得费用在任务环节做到合理搭配，避免了盲目性的判断，可以有效地找准问题着力点，从根本上解决成本过多支出等不合理的现象，从而整体上提升航天产业的发射水平。

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