航天测发系统的流程优化研究

张 妍 胡经民 杨远成 甄晓改

（首都航天机械有限公司，北京 100076）

1 航天测发流程的发展现状

1.1 航天测发流程的概念

航天测试发射流程是指航天器在正式发射前，在发射场涉及的工艺路线、关键技术的状态、与其他子系统的相互关系、主要的工作项目及场所、时间安排、关键节点、发射程序以及安全保障等一系列技术方案的整合安排。航天测试发射流程是保障航天发射任务顺利完成的前提与基础[1]。

1.2 航天测试发射流程的模式

我国的航天事业正处于高速发展阶段，航天发射任务的密度也越来越高，目前已呈现出常态化的特点。优化航天测试发射的流程有利于提高航天发射能力，促使航天事业的进一步发展。现如今，世界各国采用的航天测试发射流程主要有4 种模式[2]。

1.2.1 水平分段组装测试模式

该模式也称为平行准备法，是采用水平分段组装、水平分段测试以及水平分段运输的一种模式。其优点在于成本较低，测试数据具有较好的可比性，技术难度较小、易于实现。缺点在于这种模式需要将航天器各段、各级运输到发射区组装，耗时较长，而且在安装完成后还需继续进行综合测试，从而导致占用发射位时间较长（通常为8～12 天），影响整体发射效率。

1.2.2 整体水平组装测试模式

该模式也被称为水平整体准备法，与水平分段组装测试模式稍有不同，该模式是将航天器水平组装完毕后再送往发射区，这样在发射区的停留时间可减少到3 天左右。然而，这种方式也存在一定不足，如在运输到发射区的途中航天器呈水平状态，受力结构较为复杂，需要注意在运输途中的故障，而且运输到发射区后需要还一定的保障措施，如脐带塔和勤务塔，从而造成一定程度的设备冗余。

1.2.3 在发射台直接垂直组装测试模式

该模式也被称为固定式准备法，是在发射台上直接垂直组装航天器的一种模式。其优点在于降低了整体水平组装、测试和运输途中可能存在的风险，使其在运输、测试和发射前处于同一状态，而且不需要在发射区重复设置脐带塔和勤务塔等保障装置。缺点在于这种方式占用发射位时间长，通常需要占用20～60 天，而且这种方式需要建造密闭性能高的活动装配大楼等设施，从而导致成本较高且效果难以保证。

1.2.4 垂直整体组装模式

该模式是在发射区外设立一个技术准备区，在该区域内完成垂直整体组装、垂直整体测试以及垂直整体运输等工作，所以该模式也被称为“三垂模式”。我国在总结国内外航天发射测试经验的基础上，采用的就是“三垂模式”。航天器在技术准备区完成一系列准备工作后，在保证其满足各项发射条件的情况下，在发射前的数小时才被运输至发射区，这样可以避免恶劣天气影响航天器的质量，而且减少了航天器占用发射区的时间。在运输过程中，该模式也比整体水平组装测试模式的受力情况简单，只需保证道路平坦等基本条件即可，且到达发射区后的检查工作也能够得到简化。但垂直整体组装模式也有其局限性，例如：由于整个航天器处于垂直状态，头部和底部质量较大，容易受风的影响而产生震动，且在运输途中速度较慢。另外，如果没有在运输时配备脐带塔和环境控制设备等保证装置对其实时监控，到达发射区后就需要重新连接电、气、液等管线，从而导致占用发射位的时间延长。

我国采用的“三垂模式”具体的系统流程如图1所示[3]。该模式下的工作过程为：首先，将飞船及相应配套部件运输至飞船及有效载荷总装测试厂房进行组装，并进行基本的性能测试；其次，将组装好的飞船运输至加注与整流罩装配厂房，并将其与运载支架对接后进行加注推进剂、推进器瓶充气和整流罩扣罩工作；再次，将组合体垂直转运到垂直总装测试厂房，并与运载火箭对接，做好最后的转运准备后将船箭组合体垂直转运到发射区，到达发射区后对组合体各系统进一步测试检查，并进行全系统发射演练，确认无误后做出发射决策，并加注推进器，进入最后的临射检查程序；最后，实施发射及实时监控。

图1 “三垂模式”系统流程简化图

2 航天测发系统流程优化方法

流程优化包括6 个阶段[4]：第1 阶段为战略决策，即提出流程再造的决策及需要达到的目标；第2 阶段为再造计划，即明确时间节点及可利用的资源；第3阶段为流程诊断，即分析现有流程存在的问题及改进方法；第4 阶段为重新设计，即设计关键环节及确定达成方式；第5 阶段为流程构建，即将各改进环节进行整合，形成系统化的新流程；第6 阶段为成效评估，即总结新流程带来的效率改进。本文主要分析流程诊断与流程评估这两个阶段在航天测发系统流程优化中的应用。

2.1 流程诊断

流程诊断是发现并改进问题的基础，合理的流程诊断方法可以有效找到具有可行性的优化点，从而优化整个测试发射系统的流程。在流程诊断方面，本文采用工业工程学中的ECRS 优化法，即取消（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange）、简化（Simplify）。其中：取消是指将流程中不必要的检测、运输等环节去掉，但是需要保证取消环节不影响最终成果的质量，也不会间接增加其他环节时间；合并是指将原本需要两次完成的工作合并为一个环节，通常若两个环节的实施地点与实施工具相似，就可考虑将两个环节合并，从而减少运输环节的时间；重排是指改变某些环节的先后顺序或调整工具的设置位置，以减少不要的运输，使流程更为合理；简化是将某些环节中不必要的措施去掉，只保留能够直接影响预期效果的核心步骤，使整个流程得到精简，从而提升工作效率。ECRS 优化法得分析流程如图2 所示[5]。

图2 ECRS 优化思路

我国现行航天测发系统采用的是两次扣罩方案，首先，飞船在总装测试厂房完成测试与总装后，先运至飞船加注与整流罩测试厂房，进行第一次扣罩，然后运至垂直总装测试厂房与火箭进行对接并完成检测，检测后将船箭分解，再运回整流罩测试厂房；其次，将分解后的整流罩完成加注后进行二次扣罩，然后将其运至垂直总装测试厂房再次进行检测准备工作；最后，将两次扣罩完成后的飞船运至发射区。采用两次扣罩能够降低航天器的故障率，随着航天技术的发展，检测技术进一步提高，我国的航天故障率逐年降低。两次扣罩方案中存在着因检测冗余而产生不必要的运输环节，从而延长了航天器测试发射检测工作的时间。根据ECRS 优化思路，可尝试使用“一次扣罩”方案来代替“两次扣罩”，其操作步骤与“两次扣罩”相似，只是减少了一次扣罩流程。

2.2 流程评估

在对流程进行优化后，必须对其进行评估，以保证新流程的完整性、有效性与安全性。其中：完整性指新流程所涉及的检测能够全面覆盖并能够准确反映出系统的功能、状态等；有效性是指在新流程所设置新环境中，检测结果依然能够准确反映实际发射环境中的各种情况；安全性指新流程能够保证整个测试发射系统的安全性。为有效评估优化流程，本文将流程评估模型分为3 个层次：第1 层为目标层，用来评估新流程是否达到预期目标，如减少航天器测试发射流程所需时间；第2 层为方案层，为待评估的新流程；第3 层为准则层，为新流程必须遵守的准则，如图3所示。

图3 流程评估模型

3 结论

本文介绍了航天测试发射流程中4 种模式的优缺点以及航天测试发射系统的优化方法，提出了采用流程再造法来优化航天测试发射系统的模式。在流程诊断阶段，本文采用ECRS 法来对现有流程进行诊断，通过取消、合并、重排和简化得出新流程，若流程不能更改，则保留原流程。本文运用ECRS 法，提出采用“一次扣罩”技术代替“两次口罩”的方式来简化流程，达到了减少航天器测试发射流程所需时间的目的。在流程评估阶段，本文提出包含目标层、方案层、准则层的评估模型，保证了新流程的完整性、有效性和安全性。