張 妍 胡經(jīng)民 楊遠(yuǎn)成 甄曉改

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

1 航天測(cè)發(fā)流程的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 航天測(cè)發(fā)流程的概念

航天測(cè)試發(fā)射流程是指航天器在正式發(fā)射前，在發(fā)射場(chǎng)涉及的工藝路線、關(guān)鍵技術(shù)的狀態(tài)、與其他子系統(tǒng)的相互關(guān)系、主要的工作項(xiàng)目及場(chǎng)所、時(shí)間安排、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、發(fā)射程序以及安全保障等一系列技術(shù)方案的整合安排。航天測(cè)試發(fā)射流程是保障航天發(fā)射任務(wù)順利完成的前提與基礎(chǔ)[1]。

1.2 航天測(cè)試發(fā)射流程的模式

我國的航天事業(yè)正處于高速發(fā)展階段，航天發(fā)射任務(wù)的密度也越來越高，目前已呈現(xiàn)出常態(tài)化的特點(diǎn)。優(yōu)化航天測(cè)試發(fā)射的流程有利于提高航天發(fā)射能力，促使航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展?，F(xiàn)如今，世界各國采用的航天測(cè)試發(fā)射流程主要有4 種模式[2]。

1.2.1 水平分段組裝測(cè)試模式

該模式也稱為平行準(zhǔn)備法，是采用水平分段組裝、水平分段測(cè)試以及水平分段運(yùn)輸?shù)囊环N模式。其優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，測(cè)試數(shù)據(jù)具有較好的可比性，技術(shù)難度較小、易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)在于這種模式需要將航天器各段、各級(jí)運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射區(qū)組裝，耗時(shí)較長，而且在安裝完成后還需繼續(xù)進(jìn)行綜合測(cè)試，從而導(dǎo)致占用發(fā)射位時(shí)間較長（通常為8～12 天），影響整體發(fā)射效率。

1.2.2 整體水平組裝測(cè)試模式

該模式也被稱為水平整體準(zhǔn)備法，與水平分段組裝測(cè)試模式稍有不同，該模式是將航天器水平組裝完畢后再送往發(fā)射區(qū)，這樣在發(fā)射區(qū)的停留時(shí)間可減少到3 天左右。然而，這種方式也存在一定不足，如在運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射區(qū)的途中航天器呈水平狀態(tài)，受力結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要注意在運(yùn)輸途中的故障，而且運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射區(qū)后需要還一定的保障措施，如臍帶塔和勤務(wù)塔，從而造成一定程度的設(shè)備冗余。

1.2.3 在發(fā)射臺(tái)直接垂直組裝測(cè)試模式

該模式也被稱為固定式準(zhǔn)備法，是在發(fā)射臺(tái)上直接垂直組裝航天器的一種模式。其優(yōu)點(diǎn)在于降低了整體水平組裝、測(cè)試和運(yùn)輸途中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，使其在運(yùn)輸、測(cè)試和發(fā)射前處于同一狀態(tài)，而且不需要在發(fā)射區(qū)重復(fù)設(shè)置臍帶塔和勤務(wù)塔等保障裝置。缺點(diǎn)在于這種方式占用發(fā)射位時(shí)間長，通常需要占用20～60 天，而且這種方式需要建造密閉性能高的活動(dòng)裝配大樓等設(shè)施，從而導(dǎo)致成本較高且效果難以保證。

1.2.4 垂直整體組裝模式

該模式是在發(fā)射區(qū)外設(shè)立一個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)完成垂直整體組裝、垂直整體測(cè)試以及垂直整體運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳎栽撃Ｊ揭脖环Q為“三垂模式”。我國在總結(jié)國內(nèi)外航天發(fā)射測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用的就是“三垂模式”。航天器在技術(shù)準(zhǔn)備區(qū)完成一系列準(zhǔn)備工作后，在保證其滿足各項(xiàng)發(fā)射條件的情況下，在發(fā)射前的數(shù)小時(shí)才被運(yùn)輸至發(fā)射區(qū)，這樣可以避免惡劣天氣影響航天器的質(zhì)量，而且減少了航天器占用發(fā)射區(qū)的時(shí)間。在運(yùn)輸過程中，該模式也比整體水平組裝測(cè)試模式的受力情況簡(jiǎn)單，只需保證道路平坦等基本條件即可，且到達(dá)發(fā)射區(qū)后的檢查工作也能夠得到簡(jiǎn)化。但垂直整體組裝模式也有其局限性，例如：由于整個(gè)航天器處于垂直狀態(tài)，頭部和底部質(zhì)量較大，容易受風(fēng)的影響而產(chǎn)生震動(dòng)，且在運(yùn)輸途中速度較慢。另外，如果沒有在運(yùn)輸時(shí)配備臍帶塔和環(huán)境控制設(shè)備等保證裝置對(duì)其實(shí)時(shí)監(jiān)控，到達(dá)發(fā)射區(qū)后就需要重新連接電、氣、液等管線，從而導(dǎo)致占用發(fā)射位的時(shí)間延長。

我國采用的“三垂模式”具體的系統(tǒng)流程如圖1所示[3]。該模式下的工作過程為：首先，將飛船及相應(yīng)配套部件運(yùn)輸至飛船及有效載荷總裝測(cè)試廠房進(jìn)行組裝，并進(jìn)行基本的性能測(cè)試；其次，將組裝好的飛船運(yùn)輸至加注與整流罩裝配廠房，并將其與運(yùn)載支架對(duì)接后進(jìn)行加注推進(jìn)劑、推進(jìn)器瓶充氣和整流罩扣罩工作；再次，將組合體垂直轉(zhuǎn)運(yùn)到垂直總裝測(cè)試廠房，并與運(yùn)載火箭對(duì)接，做好最后的轉(zhuǎn)運(yùn)準(zhǔn)備后將船箭組合體垂直轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射區(qū)，到達(dá)發(fā)射區(qū)后對(duì)組合體各系統(tǒng)進(jìn)一步測(cè)試檢查，并進(jìn)行全系統(tǒng)發(fā)射演練，確認(rèn)無誤后做出發(fā)射決策，并加注推進(jìn)器，進(jìn)入最后的臨射檢查程序；最后，實(shí)施發(fā)射及實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖1 “三垂模式”系統(tǒng)流程簡(jiǎn)化圖

2 航天測(cè)發(fā)系統(tǒng)流程優(yōu)化方法

流程優(yōu)化包括6 個(gè)階段[4]：第1 階段為戰(zhàn)略決策，即提出流程再造的決策及需要達(dá)到的目標(biāo)；第2 階段為再造計(jì)劃，即明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)及可利用的資源；第3階段為流程診斷，即分析現(xiàn)有流程存在的問題及改進(jìn)方法；第4 階段為重新設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)及確定達(dá)成方式；第5 階段為流程構(gòu)建，即將各改進(jìn)環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，形成系統(tǒng)化的新流程；第6 階段為成效評(píng)估，即總結(jié)新流程帶來的效率改進(jìn)。本文主要分析流程診斷與流程評(píng)估這兩個(gè)階段在航天測(cè)發(fā)系統(tǒng)流程優(yōu)化中的應(yīng)用。

2.1 流程診斷

流程診斷是發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)問題的基礎(chǔ)，合理的流程診斷方法可以有效找到具有可行性的優(yōu)化點(diǎn)，從而優(yōu)化整個(gè)測(cè)試發(fā)射系統(tǒng)的流程。在流程診斷方面，本文采用工業(yè)工程學(xué)中的ECRS 優(yōu)化法，即取消（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange）、簡(jiǎn)化（Simplify）。其中：取消是指將流程中不必要的檢測(cè)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)去掉，但是需要保證取消環(huán)節(jié)不影響最終成果的質(zhì)量，也不會(huì)間接增加其他環(huán)節(jié)時(shí)間；合并是指將原本需要兩次完成的工作合并為一個(gè)環(huán)節(jié)，通常若兩個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施地點(diǎn)與實(shí)施工具相似，就可考慮將兩個(gè)環(huán)節(jié)合并，從而減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)的時(shí)間；重排是指改變某些環(huán)節(jié)的先后順序或調(diào)整工具的設(shè)置位置，以減少不要的運(yùn)輸，使流程更為合理；簡(jiǎn)化是將某些環(huán)節(jié)中不必要的措施去掉，只保留能夠直接影響預(yù)期效果的核心步驟，使整個(gè)流程得到精簡(jiǎn)，從而提升工作效率。ECRS 優(yōu)化法得分析流程如圖2 所示[5]。

圖2 ECRS 優(yōu)化思路

我國現(xiàn)行航天測(cè)發(fā)系統(tǒng)采用的是兩次扣罩方案，首先，飛船在總裝測(cè)試廠房完成測(cè)試與總裝后，先運(yùn)至飛船加注與整流罩測(cè)試廠房，進(jìn)行第一次扣罩，然后運(yùn)至垂直總裝測(cè)試廠房與火箭進(jìn)行對(duì)接并完成檢測(cè)，檢測(cè)后將船箭分解，再運(yùn)回整流罩測(cè)試廠房；其次，將分解后的整流罩完成加注后進(jìn)行二次扣罩，然后將其運(yùn)至垂直總裝測(cè)試廠房再次進(jìn)行檢測(cè)準(zhǔn)備工作；最后，將兩次扣罩完成后的飛船運(yùn)至發(fā)射區(qū)。采用兩次扣罩能夠降低航天器的故障率，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)進(jìn)一步提高，我國的航天故障率逐年降低。兩次扣罩方案中存在著因檢測(cè)冗余而產(chǎn)生不必要的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，從而延長了航天器測(cè)試發(fā)射檢測(cè)工作的時(shí)間。根據(jù)ECRS 優(yōu)化思路，可嘗試使用“一次扣罩”方案來代替“兩次扣罩”，其操作步驟與“兩次扣罩”相似，只是減少了一次扣罩流程。

2.2 流程評(píng)估

在對(duì)流程進(jìn)行優(yōu)化后，必須對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，以保證新流程的完整性、有效性與安全性。其中：完整性指新流程所涉及的檢測(cè)能夠全面覆蓋并能夠準(zhǔn)確反映出系統(tǒng)的功能、狀態(tài)等；有效性是指在新流程所設(shè)置新環(huán)境中，檢測(cè)結(jié)果依然能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際發(fā)射環(huán)境中的各種情況；安全性指新流程能夠保證整個(gè)測(cè)試發(fā)射系統(tǒng)的安全性。為有效評(píng)估優(yōu)化流程，本文將流程評(píng)估模型分為3 個(gè)層次：第1 層為目標(biāo)層，用來評(píng)估新流程是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，如減少航天器測(cè)試發(fā)射流程所需時(shí)間；第2 層為方案層，為待評(píng)估的新流程；第3 層為準(zhǔn)則層，為新流程必須遵守的準(zhǔn)則，如圖3所示。

圖3 流程評(píng)估模型

3 結(jié)論

本文介紹了航天測(cè)試發(fā)射流程中4 種模式的優(yōu)缺點(diǎn)以及航天測(cè)試發(fā)射系統(tǒng)的優(yōu)化方法，提出了采用流程再造法來優(yōu)化航天測(cè)試發(fā)射系統(tǒng)的模式。在流程診斷階段，本文采用ECRS 法來對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行診斷，通過取消、合并、重排和簡(jiǎn)化得出新流程，若流程不能更改，則保留原流程。本文運(yùn)用ECRS 法，提出采用“一次扣罩”技術(shù)代替“兩次口罩”的方式來簡(jiǎn)化流程，達(dá)到了減少航天器測(cè)試發(fā)射流程所需時(shí)間的目的。在流程評(píng)估階段，本文提出包含目標(biāo)層、方案層、準(zhǔn)則層的評(píng)估模型，保證了新流程的完整性、有效性和安全性。