低轨卫星互联网星座试验星生产模式研究

朱开鼎、张海江、杨军、张鸿鹏、梅迪 /中国空间技术研究院

目前，全球多个国家都提出了低轨通信卫星星座计划，国外宇航公司发挥其显著系统优势及强大工业基础，已具备了快速进入空间、高效利用空间的先发优势，通过“星链”（Starlink）等低轨卫星星座密集部署，将进一步掌控全球卫星轨道权益及数据网络资源，对我国系统用天及空间技术产业发展带来新的挑战。

低轨卫星互联网是卫星通信和互联网融合的新型网络，是国家空间基础设施的主要组成部分。我国正处在实现中华民族伟大复兴“中国梦”的关键历史时期，建设我国自主可控、全球覆盖、天地互联的全球卫星互联网系统，是我国新时期需求推动和技术发展的必然结果。我国低轨卫星星座系统必须按照“国家引导、市场主导、创新驱动、安全可控、融合发展”的原则开展建设，是面向国家战略需求和全球化发展趋势建设的全球覆盖、互联互通的空间网络系统。真正适合我国国情、符合国际发展趋势、能够满足国家需要的空间互联网星座系统应满足几个特点：①全球覆盖空间组网，满足全球用户分布不均匀，目标市场分布不均匀的实际情况，显著改善有效容量；②政商融合，满足国家战略站位，确保优质客户服务；③随遇接入，站位国家战略，满足移动用户和物联网用户泛在通信的目标，一次建设实现宽窄结合的目标；④分阶段实施，满足商业投资回报周期的需求。

一、低轨卫星互联网星座试验星研制特点

为满足后续星座批产要求，应提前投产星座试验星用以验证相关关键技术和提供在轨测试，面对当前国际低轨星座激烈的竞争形势，卫星互联网星座试验星具备的特点如下：

1.卫星功能复杂，技术跨度巨大

功能覆盖通信、导航增强、航空监视等众多领域，整星采用高性能多波束天线、千路以上的路由交换等技术，技术状态新、集成度高、难度大，性能比肩国际一流，卫星一步正样研制风险大。有效载荷采用全数字处理载荷架构，可实现载荷星上再生处理与组网交换，其数据处理和交换容量达到国内最高水平。

2.周期异常紧张，远超研制常规

星座试验星研制从合同签署到发射周期极其紧张。载荷关键单机研制难度较大，存在技术上产品实现难度大、管理上不可控因素多，进度压力大。

卫星互联网系统试验星及后续星座研制任务具有系统性强、技术复杂、竞争激烈、周期紧张、任务繁重等显著特点，对科研模式、生产能力和快速组网运行都是一个巨大的挑战。为落实好“高质量、高效率、高效益”的要求，积极推动卫星研制模式转型，必须采取面向商业航天、适应批产研制模式的研制管理措施。

3.批产要求很高，兼顾质量成本

卫星设计与研制过程中必须遵循批量化生产制造，高质量、长寿命和高水平的成本控制。

二、低轨卫星互联网星座研制管理策略

卫星互联网系统试验星及后续星座研制任务具有系统性强、技术复杂、竞争激烈、周期紧张、任务繁重等显著特点，对科研模式、生产能力和快速组网运行都是一个巨大的挑战。为落实好“高质量、高效率、高效益”的要求，积极推动卫星研制模式转型，必须采取面向商业航天、适应批产研制模式的研制管理措施。针对星座研制特点，结合研制模式转型需求，星座研制管理的整体策略主要为以下4 个方面。

1.研制理念先进

在充分继承中国空间技术研究院航天器研制成功经验的基础上，按照双“1+6+2”标准进行研制。一方面，按照宇航产品“1+6+2”规范要求进行可靠性设计；另一方面，创新性建立星座系统“1+6+2”准则（先进性+ 面向用户、面向市场、面向成本、面向制造、面向集成、面向验证+智能化、工业化）。

2.研制模式创新

各分系统/专业集成设计。充分考虑卫星功能性能的先进性、高性价比和生产线可制造性，实施高度集成设计，多学科优化。

系统直接面向产品。多分系统/专业协同，通过试验系统建设，逐步建立系统直接面向单机的研制模式 ，统一制定产品性能规范、工作陈述、试验矩阵及试验计划；同类产品统一机电接口、可插拔互换。

多供应商竞争性配套。试验星阶段采取多家配套，单机统一接口设计。后续组批生产阶段拟采取“竞争采购、一次投产、分组交付、滚动备份”策略。

3.研制流程优化

（1）设计流程优化。采取多分系统/专业同源集同设计，充分考虑面向制造的设计；

（2）制造流程优化。面向生产线的总装与测试流程一体化设计，采用舱段解耦、模块研制、并行总装、一键测试、自动判读等；

（3）试验流程优化。针对短周期开发特点，研制模式创新，采取工程星、VPI 平台并行验证思路，优化试验矩阵及试验条件；批产阶段强化单机/模块验证，提前发现工艺问题，系统级试验随成熟度逐步裁剪。

（4）发射流程优化。太阳翼、天线发射场不展开；卫星发射不加电，自主变轨。

4.实施工业生产

试验星与生产线同步建设及验证。通过试验星研制打牢生产线设计基础；生产线阶段采取试验星和工程星开展上线实操验证，确保实现工艺、参数和文件的量化及固化，为后续组批生产打牢基础。

批产阶段采用生产线研制模式。以“效率优先、质量可控、成本合理”为目标，以“集约制造、智能制造、精益制造”为总体思路，在天津建设国际一流的现代化生产线。

三、低轨卫星互联网试验星研制任务及过程管理

试验星卫星由有效载荷和平台两大部分组成。平台包括结构、热控、姿轨控、供配电、信息等5 个分系统；有效载荷包括通信载荷（包含宽带通信、移动通信、星间组网功能）、位置服务载荷（搭载项目）等，根据不同研制要求进行差异化配置。平台各专业采用通用化设计理念，根据有效载荷特点和对平台的能力要求做适应性更改。卫星研制主要创新点见表1。

表1 卫星研制主要创新点

1.单机、部组件研制流程及特点

结合卫星研制流程及生产线设计理念，单机/模块持续稳定供货及生产节奏匹配是整星生产线高效运行的前提条件。其中，有效载荷单机配套是生产线正常运行的重点与难点，需重点关注。针对单机研制配套，试验星具体思路与原则包括以下几个方面。

（1）总体及各分系统/专业集成设计。对标国际，以系统最优为原则，打破传统分工壁垒，进行集同设计，总体与各专业、单机研制单位一起制定单机/模块的性能规范、试验矩阵、试验计划、测试细则、工作陈述等，实施标准化的测试与性能验证。不同供应商产品机电接口统一，可插拔互换。

（2）产品配套立足国产，确保自主可控。推动我国基础工业发展和能力提升，产品研制要以自主可控要求为指导，立足国产，确保过程可控。

（3）适度鼓励多家竞争，择优采购。建立多供货商模式，实施择优采购机制，产品定型后采取“批次采购、按需交付、滚动备份”模式，按批量生产，形成货架产品。

2.进度管理措施

（1）顶层策划充分，分阶段逐步实施

在全生命周期策划基础上，针对卫星具体研制阶段及专题工作项目，项目办组织开展专项策划，分阶段形成卫星计划流程，提前落实好保障条件。

（2）采取专题调度会机制

考虑到为扎实推进各项工作，项目采取院级周调度例会机制，每周组织各责任单位针对卫星详细设计、产品研制、物资保障和整星AIT 等工作开展专题协调，确保各项工作按计划推进。

（3）开展年、月、周、日四级计划控制，减小计划偏差

项目办根据型号研制任务要求，考虑其他型号资源占用情况，及时细化年度、月度、每周卫星研制计划，参加通信与导航卫星总体部每周调度会开展部内协调，参加研究院研制月度例会开展院内协调，确保工作人员安排、环境试验资源、测试资源不冲突；AIT 阶段，细化现场工作周计划、日计划来指导卫星研制进度，主要确保总装及测试人力资源、工装等小型资源不冲突。通过四级计划控制，全力做到集团、院级年度考核节点全部完成，整体计划偏差小于15 天。

（4）坚持项目办例会机制，不断提高精细化管理水平

为按计划完成各项工作，全面提升型号项目队伍计划管理水平，项目办坚持每周召开项目办例会，结合当前研制进展，深入分析计划管理等薄弱环节，提出后续改进建议，不断加强精细化管理水平。

（5）全面计划考核，严格考核制度

将试验星大系统协调相关计划节点纳入集团公司考核节点，确保工程总体各项系统抓总工作按计划开展。对于院内研制单位，严格按照院考核节点和考核要求进行考核；对于院外研制单位，项目办年初与各单位进行沟通后以专题计划下发各承研单位；对于单位内部各研究室、中心，项目办按照内部计划管理要求细化年度考核节点。待办事项及时纳入考核节点，严格考核，确保计划完成率达到95%以上。

四、研制管理结果

1.在总体设计及流程创新方面

（1）在充分继承研究院航天器研制成功经验的基础上，按照双“1+6+2”设计和制定研制流程，如整星及单机都要考虑成本设计，产品选用时加大成本评估值。以太阳翼用拉断器为例，具有低冲击、低成本、高可靠等特点，成本可降至原成本的40%；

（2）充分考虑卫星性能的先进性、高性价比和生产线可制造性，实施高度集成设计，载干比超过了40%；

（3）直接面向单机，统一组织制定产品性能规范、工作陈述、试验矩阵及试验计划，产品接口一致，可互换，实现多供应商竞争性配套机制；

（4）充分考虑面向生产线的总装与测试流程一体化设计，舱段解耦、模块研制，单板并行实施，独立总装、集成与测试，实现了解耦生产；

（5）针对短周期开发特点，研制模式创新，采取工程星、模拟验证平台并行验证思路，优化试验矩阵及试验条件；

（6）批产阶段，卫星加注在出厂前完成，在发射场太阳翼及天线不展开，整星发射场周期大幅缩减，发射阶段支持不加电、自主变轨等能力；

（7）星座具备全自主任务规划功能，地面系统控制中心通过信息化和智能化等手段，可以实现长期无人值守、降低在轨运维成本。

2.在元器件方面

面对商业化竞争、短周期研制、高密度发射等需求，建立互联网卫星CAST-H 选用规范及元器件优选目录，开展统一选型审查把关，大幅压缩元器件品种，优化元器件采购质保方案，有效实现成本控制和压缩配套周期。

通过实施分级选用，降低宇航级元器件选用比例，预计元器件固有成本可降低50%以上；通过合理组批、大批量采购的方式，可有效提高采购规模效益，预计元器件采购价格可再降低30%；通过质量保证流程优化，减少重复传递和试验，可将质量保证由原来的13 个步骤优化整合至6 项，预计质量保证效率可提升40%；通过建设互联网卫星元器件采购与配套信息化平台，可有效提高采购、质量保证、物流配套等环节的配套效率，预计配套周期可节省30%以上。

面对商业化竞争、短周期研制、高密度发射等需求，建立互联网卫星CAST-H 选用规范及元器件优选目录，开展统一选型审查把关，大幅压缩元器件品种，优化元器件采购质保方案，有效实现成本控制和压缩配套周期。

3.在研制管理方面

建立有效的型号计划管控机制，进度管控规范有力，针对载荷进度短线采取“跟产、集同”工作模式，年内连续召开型号综合周调度会和项目办例会，全力推进型号研制进度实施；针对短线项目进行专题策划，在型号研制初期识别出相关单机短线并制定了专题计划，实行日报机制，保障了计划的日清日结；在AIT大型测试和试验阶段，按照主线不停的要求，全力保证了整星进度需求。

面对低轨星座系统建设迅猛发展的态势，后续要坚持系统思维，充分站位国家战略，考虑发展急需，适应市场需求。与此同时，为适应星座批产任务，针对商业卫星大批量研制需求，急需创新研制模式，坚持“设计是源头、流程是核心、配套是关键”的理念，建设智能化柔性脉动卫星生产线，发挥全产业链配套优势，牵引拉动配套产品产能建设，积极探索全产业链协同配套模式，从“柔性、脉动、精益、定型、批次”等方面实现新突破，打造研制模式变革的“试验田”，促进研制模式转型升级，张开双臂拥抱我国商业航天发展，积极应对低轨卫星星座快速发展的新挑战。