东方红四号增强型卫星平台开发管理创新实践

刘闯斌 石明 王益红 陈晓 魏强

(中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部，北京 100094)

随着卫星通信在国民经济、军事斗争等诸多方面应用的不断扩展，我国军民商用通信卫星应用需求持续增长，卫星能力要求快速提高，国际商业通信卫星市场竞争态势不断加剧。通过对国内外军民通信卫星和国际商用通信卫星需求的分析发现，长寿命、高可靠、大容量是未来通信卫星的发展趋势[1]，中大容量通信卫星是应用的主流；新技术、新方法的应用，灵活的扩展能力，是未来通信卫星平台的发展方向。

伴随卫星应用发展和需求变化，开发和选用与之相匹配的卫星平台也成为各国航天制造企业和机构提升能力和竞争力的重要手段。20世纪70年代，国外主流卫星制造商将模块化设计理念引入卫星设计过程中，进而逐渐提出了卫星公用平台的研发理念，即通过采用通用化、系列化和模块化设计的公用平台取代传统卫星平台，并以此建立公用卫星平台生产线，以提高公用平台的生产效率，进而大幅提高卫星产能。在此理念的推动下，美国、欧洲等宇航发达国家或地区的主要卫星制造商先后研发形成了一系列通信卫星公用平台，取得了巨大效益[2]。从平台开发与应用的模式上看，波音、洛克希德·马丁、阿斯特里姆等公司先期的公用平台开发，都是先集中优势力量完成卫星公用平台的先期研制和首发星的应用，再实施批量采购和生产，目前又逐步向型谱化、系列化公用平台发展。

我国传统的新型卫星公用平台开发是在某卫星的初样研制阶段，采用结构星、电性星乃至热控星的形式，验证平台功能和性能，再经过卫星正样产品在轨飞行验证后，形成公用平台，后续卫星可以根据需要选用。这种模式下，平台应用的需求具体、人员队伍等保障条件好落实，但开发资源大、时间长。为了满足现在快速开发、快速应用、适应未来发展的工程应用需求，本文介绍了平台开发与首发星应用并行的平台开发模式，利用“一星多用、综合验证”工程化验证方式，建立了一套平台开发与卫星研制一体化管理体系，通过规范研制流程、搭建通用化验证平台等手段，既验证了平台技术能力，从技术先进、型谱完善、流程优化、推进批产等方面，实现开发与应用能力的全面提升，又实现平台开发与工程应用的有效衔接。采用此开发管理模式，在中国空间技术研究院自主投入开发的东方红四号增强型卫星平台(DFH-4E平台)研制中进行了实践，实现了新平台开发的“快、好、省”，为后续新平台开发提供了借鉴和参考。

1 新型公用平台开发管理总体思路

卫星公用平台是能适应不同的有效载荷配置，完成各自特定的飞行使命和通用性较强的卫星平台，使用卫星公用平台可以避免不同卫星所需保障系统的重新研制，保证卫星的质量和可靠性，缩短研制周期，节省研制经费[3]。卫星公用平台的研制和应用是宇航领域适应多任务、小批量研制特点，按照“好、快、省”要求实现产业化发展的必由之路，也是当前国外主流卫星制造商提升整星研制和供应能力所使用的基本方法。平台的快速开发并投入使用，是市场竞争、技术发展和型谱完善的综合需要。

因此，新平台的开发和管理思路主要关注以下几点：

(1)针对未来市场发展需求，开发适应市场发展、具有国际竞争力的平台产品。以通信卫星为例，根据国内外通信卫星市场需求的调研，通信卫星市场需求旺盛，尤其中大容量卫星(转发器数量40～80路)将占据40%～50%。为了在国际商业通信卫星市场中占据更多份额，开发的新型平台必须在中大型通信卫星市场具备足够的竞争力。对比LS1300、BSS702MP、Eurostar3000、Spacebus4000等国际主流中大容量卫星平台，新型平台要实现整星功率13.5 kW、承载载荷600～950 kg、提供载荷功率10 kW的能力，服务寿命15年，达到、甚至略高于国际主流通信卫星平台能力水平，才能大大提升我国通信卫星国际竞争力，开拓中大型容量通信卫星国际市场。

(2)实现卫星能力提升，完善卫星平台型谱。以通信卫星为例，对于我国地球同步轨道卫星而言，国内2种成熟的东方红三号平台、东方红四号平台和已完成开发的东方红三号B平台，已经不能满足卫星能力提升的要求，东方红五号卫星平台作为大型、超大型卫星平台，开发难度大、周期长，难以满足2～3年内大容量卫星市场应用的需要。承载600～1200 kg，功率8～12 kW的中大型地球同步轨道卫星通用平台未来需求量大，但在通信卫星平台型谱中存在断层。新型通信卫星平台的开发要瞄准快速实现我国通信卫星平台卫星服务寿命、转发器数量、载荷质量、载荷功率等主要技术指标的提升，填补型谱的空白，实现与东方红四号平台和未来东方红五号平台承载能力之间的“无缝衔接”。

(3)转换以卫星任务为牵引的科研生产管理模式，探索“快、好、省”出产品、争市场的新型公用平台开发模式。以往的平台开发需要经历结构星、电性星、热控模拟星等初样研制阶段后，才能转入正样星工程化研制，研制周期比较长，无法满足快速加入竞争行列、投入市场应用的需求；特别是对于自主投入开发的新型卫星平台，经费有限，要考虑竞争、技术、市场、应用等多方风险。加之面临着繁重的现有科研生产任务，新产品开发与保成功工作存在着生产设备、总装与试验场地、人员队伍等多种资源冲突，新产品开发工作受到多方的制约和影响，需要创新产品开发与管理模式，提高设备、人员、经费等使用效率，起到事半功倍的效果。

因此，新平台在其方案设计初期就要统筹考虑平台的应用领域、可扩展性和多种载荷的适应性，确立公用平台开发策略。平台开发过程中，本着“快、好、省”的研制目标，从产品开发的流程、效率、状态控制等多方面入手，进行资源统筹、流程优化和精细化产品开发策划，在继承成熟技术和产品基础上，采用系统工程的方法，合理分解工程验证目标，开展有代表性的专项验证项目，确保验证全面；利用“一星多用、综合验证”工程化验证方式，可以有效地缩短验证周期，节省资源和经费，从而实现新型公用平台的集约、高效开发。

2 东方红四号增强型平台开发管理创新实践

东方红四号增强型平台(DFH-4E)正是在内部需求、外部竞争、技术发展的多重压力下提出的自主开发的新型卫星平台，可适应未来中大容量广播通信卫星、直播卫星、高轨遥感及其它地球静止轨道应用卫星的公用卫星平台，将具备与国际主流静止轨道卫星平台开展国际市场竞争的能力。其目的主要是瞄准未来我国和国际中大型通信卫星应用，进一步优化系统设计，大幅提升平台承载能力，完善我国通信卫星平台型谱，并且能够快速投入市场。

因此，DFH-4E平台开发过程中，需要秉承上述新型公用平台开发的总体思路，应对未来卫星研制需要，瞄准国际化市场和合作应用，以“好、快、省”为目标，集约产品模型，综合验证手段，平台开发与工程研制有机结合，构建产研一体化体系，实施流程优化和规范化项目管理，实现平台开发与工程应用的有效衔接。

2.1 创立“一星多用”的“快、好、省”工程化验证研制模式

(1)采用系统工程方法，确定工程化验证流程。新平台开发与验证是一项复杂的系统工程，要采用系统工程方法[4-5]，通过对平台未来应用需求的分析，逐步确定平台的定位与指标要求；根据指标要求，从系统顶层逐级分解，梳理出需要验证的关键技术和新产品，再通过逐级分解、综合开展的关键技术攻关、关键产品鉴定等，确保验证覆盖全面，完成整个平台的工程化验证[6]。DFH-4E平台开发初期从市场需求分析入手、以满足应用为目标，逐步进行指标与任务分解，明确验证项目，确立了工程化实施步骤，如图1所示。

图1 DFH-4E平台工程化实施步骤分解图Fig.1 Diagram of DFH-4E satellite platform engineering implementation steps

(2)采用工程化验证方式完成平台验证。要想节约成本、资源和时间，新平台开发要打破传统利用平台(卫星)结构星、电性星等整星级资源逐项开展验证的方式，以“系统简化，覆盖全面，兼顾新品”为原则，抓住验证要点，采取“工程星+分系统+单机”的“集中+分散”式验证模式，通过单机、分系统、工程星3个层级联动验证，全面覆盖平台所需验证关键项目。DFH-4E平台开发就是以一颗工程星来代替传统的结构星、电性星(热控星)等，实现“一星多用、综合验证”。这种工程化验证方式，有效地缩短验证周期，而且不再开展整星级电气联试和热试验工作，节省资源和经费。

(3)并行技术开发、验证与应用并举的新型平台开发模式管理。由于市场需求迫切，新平台开发团队要系统分析技术开发与验证项目，单机、分系统和整星开发与验证并行开展，相互协同验证，提高研制效率，减少开发时间；同时，结合首发星研制，开展平台补充验证、基线确定、产品化论证、产保等管理体系固化等，提高公用平台成熟度，并实现卫星产品的一步正样研制。DFH-4E平台与某卫星研制相融合，平台进行新技术攻关验证，型号进行新技术应用验证，实现了平台开发与工程应用的有机结合。

2.2 搭建高效的可扩展的通用化验证平台，减低平台验证和卫星研制风险

独立于卫星研制的系统验证平台是优化卫星研制周期、降低卫星研制风险的重要措施，同时有利于组批生产模式的实施。系统验证平台可以通过联试对各单机设备之间接口的匹配性(尤其是新研单机的接口匹配性)、接口设计裕度、系统级软件的功能及性能符合性、各分系统间功能进行全面考核，完成系统级可靠性、安全性、实时性等专项测试内容，确保正样星在整星AIT测试阶段的正确性。通过系统验证平台的应用，可以将新的接口状态、软件设计状态进行提前测试，大大缩短了正样星上软件及接口测试的时间，同时可以针对部分正样星上无法测试的软件功能进行测试，也保证软件功能测试的全面性。

DFH-4E系统验证平台充分模拟了DFH-4E平台的单机设计状态、布局状态和电缆网节点设计状态，其基本配置关系如图2所示。整个配置接近一颗电性星，可用于全面进行电性能测试。

图2 系统验证平台配置Fig.2 Configuration of system verification platform

利用系统验证平台，全面开展了单机软件功能、单机与单机/单机与系统接口、分系统故障检测、隔离与防护、整星故障等单机、分系统和系统级功能模拟及测试验证，全面验证了DFH-4E平台星载仪器之间接口匹配性，也为首发星整星平台测试阶段精减低频接口测试项目，提供了理论依据与技术保证，优化了整星测试流程。

2.3 建立公用平台开发与型号研制一体化管理体系

(1)规范新型平台研制验证流程。采用工程化研制验证方式，针对平台与应用特点对研制技术、计划流程进行了重新设计，形成了新平台工程化研制与验证流程，新型平台工程化研制验证流程如图3所示[6]。该流程通过了DFH-4E平台开发的实践，也为后续全电推平台等新型平台的研制工作打下基础。

(2)打通一条从产品开发到工程研制的实践道路。建立平台与卫星的技术状态控制、产品保证等系统化的管理体系是实现产品开发与应用和推广的必要保障。任何产品开发的应用与升级换代，都要建立基线管理理念，并结合卫星研制实际，通过边研制、边验证、边工程化的思想，实现产品开发与工程应用的有效衔接，并持续改进和优化管理过程。DFH-4E平台产品配套中，就有继承DFH-3B、DFH-4平台产品，也有需要进一步开发验证的电源管理器、太阳翼、新型热管等新产品，通过首发星实践得到了应用。同时，通过建立DFH-4E平台产品基线，使得验证的技术和产品可以在后续的卫星工程研制中不断应用和改进。

图3 新型平台工程化研制验证流程Fig.3 Development and verification process of new platform engineering

(3)实践研制队伍从开发到研制无缝衔接。“项目与平台并行”是未来新平台开发应借鉴模式[7]，相应的人员队伍配置与管理也要考虑人才的使用与个人发展通道。在有确定首发应用项目且同步开展研制的情况下，公用平台开发队伍应同时兼任首发项目相应岗位，通过具体项目工程研制验证平台技术，完成平台定型；在公用平台先期独立开发的情况下，随着首发应用项目立项，平台队伍须兼顾首发项目研制工作，完成平台验证定型[7]。平台开发与项目研制队伍之间的相互转换与衔接是实现平台开发与项目研制双赢、个人发展与团队建设双赢的有效手段。根据DFH-4E平台“项目与平台并行”的特点，DFH-4E平台开发人员，先提出明确的公用平台研制思想，完成平台设计，依托首发项目研制进一步确定平台技术状态，并通过后续基于该平台的首发星研制不断完善和验证平台设计与能力，从而使得平台开发队伍同时承担首发卫星工程应用研制的任务，建立从产品开发到工程项目研制的一套研制队伍，实现人力资源的无缝衔接。综合考虑公用平台开发和项目研制，DFH-4E平台开发完成后，研制队伍转入首发星卫星型号研制，实现研制队伍的平稳过渡，也有利于平台开发的持续改进。

3 东四增强型平台能力与实践应用

通过采用“一星多用”的工程化验证模式，加之有效的实施了流程优化、平台并行开发、平台开发与项目研制一体化管理等一系列手段和措施，DFH-4E平台在2年内完成了关键技术攻关、平台能力验证，并同步开展了首发星研制和后续卫星的论证、竞标等工作，有力推进了工程应用和市场开拓。

结合DFH-4E平台工程化验证，以及首发星、某卫星研制工作，在系统设计、单机设计上采取多种措施，通过这些设计改进，在最初确定的性能指标基础上，进一步实现了DFH-4E平台的能力提升。DFH-4E平台关键技术指标与国际典型平台比较情况如表1所示。由比较结果可见，DFH-4E平台均达到或部分超过目前国际水平。

表1 DFH-4E平台与国际典型平台关键性能指标对比Table 1 Key performance index comparison between DFH-4E satellite platform and other international typical platform

DFH-4E平台已应用于近10颗国内外民用商用卫星的研制、投标及市场推介过程中，得到充分展示，并实现在轨应用。DFH-4E平台已成为我国高轨通信卫星应用的主流平台。

4 结束语

为适应市场需求、节约资源、快速开发应用、提升竞争力的要求，以“系统简化，覆盖全面，兼顾新品”为原则，采取“工程星+分系统+单机”的“集中+分散”式验证，实现“一星多用、综合验证”，是一种有效的卫星新平台开发模式。DFH-4E平台采用这种开发模式，充分利用成熟技术和产品，在有限的时间和经费的条件下，以保证产品质量为前提，实现了快速研制和验证、尽早投入市场应用的目标。DFH-4E平台的成功开发和应用，不仅完善了地球同步轨道卫星平台型谱，适应了国内外通信卫星市场急需，而且为“快、好、省”地开发和应用新型卫星公用平台实践了一条创新之路。

借助于DFH-4E平台开发形成的基于工程星验证的公用平台开发模式，也在全电推平台等后续平台开发中得到了推广，这种开发模式也将通过后续的不断应用和完善而不断成熟，为各类航天器平台研制提供有益的参考和借鉴。