曲艳娟，赵 臻，张文浩，王 玮

（1.航天恒星科技有限公司，北京 100095；2.航天科工二院二十三所，北京 100854）

0 概 述

国外商业航天产业发展迅猛，一批创新性强的商业航天公司如SpaceX 等脱颖而出，航天商业化进程在航天运输、空间应用等领域拓展，促进了国家经济、政治、科技等各个领域的发展，引领了一大批颠覆性的技术的发展。我国国内除了国有背景的商业航天公司，如航天科技、航天科工、中科院下属公司外，其他民营商业航天公司大多处在技术积累和资本运作的阶段，同时存在同质竞争的无序发展局面。与其对应的，产品保证能力严重不足，主要体现在产品保证能力与低成本研制需求不匹配、批量化生产的产品保证能力不足、对新技术新产品引入系统设计的保证能力不足三个方面。

本文就是针对这些不足进行了思考，通过对商业卫星与传统卫星研制模式和技术特点的对比，梳理商业卫星产品保证框架，明确商业航天产品保证的特点，提出一套符合商业卫星技术新、成本低、批量大特点的产品保证技术实施途径，达到为商业航天发展提供决策依据和实施参考的目的。

1 国内外商业航天产业发展的对比

1.1 国外商业航天产业与产品保证发展情况

国外商业航天产业发展迅猛，一批创新性强的商业航天公司脱颖而出，航天商业化进程在航天运输、空间应用等领域拓展，促进了国家经济、政治、科技等各个领域的发展，引领了一大批颠覆性的技术的发展，如：可重复使用运载技术、平板堆叠式卫星技术、低成本工业元器件的使用和保证技术、高集成度总体设计技术等，增强了国家技术竞争力。商业航天促进了航天产业链的延伸，通过商业航天的发展，航天产业链不断延伸，逐渐渗透到国家各个行业和日常生活领域。在产业链上游，促进了材料、芯片、智能制造、精密仪器的发展；在产业链下游，促进了通信、遥感技术在工业、农业、消费等各大领域的应用。

与此同时，航天产品保证技术和方法也不断提升。在元器件、原材料、工艺、软件、可靠性、安全性、地面设备等各个方面，国外已建立了一大批具有商业航天特点的标准、规范、技术和管理体系。总的来说，国外商业航天在项目保证方面，有如下几个特点。

围绕商业航天快、省、易用的特点不断制定和完善行业标准与规范。从20 世纪70 年代开始，国外商业航天就开始围绕商业航天低成本、快速制造、功能针对性强的特点，制定和颁布了一系列相关的标准和行业规范，为火箭发射、卫星制造及卫星应用等领域的商业化提供了行为准则以及有力的支持。特别是近20 年，完善的政策法规和标准规范，使SpaceX、蓝色起源、OneWeb 等公司获得了发展机遇。

围绕技术革新开展项目和产品保证。以运载火箭为例，从国外已经公开的产品方案来看，商业航天公司非常重视技术创新和新技术的应用，如SpaceX 公司采用新型可回收技术来降低火箭使用成本、火箭实验室(Rocket Lab)采用的电动泵火箭发动机、ARCA 航天公司采用气动塞式喷管发动机的火箭方案、向量空间系统公司（Vector Space System）的挤压式发动机、西班牙Zero2Infinity 公司采用的三级并联构型等。

与此对应的，在研制模式和管理模式上，SpaceX公司采用“研制—试验—改进”的方案，以低成本、高可靠性为目标，通过低成本快速试验来快速探索与改进性能指标，将产品保证程序极度精简，比如猎鹰9从Block 1 版本到最新的Block 5 版本，只用了2 年时间，经过几轮循环迭代，火箭各项性能指标越来越好、性价比越来越高。

在尊重与继承的基础上，改进和完善商业航天产业链保证：经过多年的研究和不断完善，国外在商业航天产业链方面，在运载火箭、卫星制造以及卫星应用产业的各个环节已形成多家私营企业良性竞争的局面。除了传统老牌航天企业以外，在火箭发射环节，诞生了SpaceX、OrbitalSciences 等企业，已成功完成多次火箭发射商业合同。在卫星制造产业，有OneWeb、DigitalGlobe、PlanetLabs 等公司。卫星应用领域，产生了OneWeb、OrbitalInsight、SkyboxImaging等公司，产业链的打通，促进了供货商—集成商—运营商—用户的统一。

2.2 国内商业航天与产品保证发展情况

国内除了国有背景的商业航天公司，如航天科技、航天科工、中科院下属公司外，其他民营商业航天公司大多处在技术积累和资本运作的阶段，绝大多数的民营商业公司，主要业务聚焦在系统集成方面，鲜有企业去关注产业链下游配套的产业发展，同时存在同质竞争的无序发展局面。在产品保证方面，国内的商业航天项目产品保证能力严重不足，主要体现在以下几个方面。

首先，产品保证能力与低成本研制需求不匹配。如：元器件原材料方面，我国传统的卫星研制模式针对的是小子样定制化的卫星，元器件原材料选用原则是等级高、可靠性高，由此导致器件选用范围窄，筛选项目过冗余，造成器件质量成本昂贵，显然无法适应商业航天的低成本要求，需要我们去研究如何降低器件成本，保证低成本器件也能满足使用需要。产品设计层面，传统卫星定制化产品多，通用化和标准化程度低，卫星产品状态和接口复杂，造成研制生产过程成本的上升，需要我们积极开展产品的标准化定型和货架产品选用，达到降低成本的目的。试验验证方面，传统卫星试验矩阵不对产品类型进行区分，一刀切，不管任何成熟度等级的产品所做的试验项目都保持一致，造成了试验资源的浪费和成本的上升，需要我们甄别和有针对性地简化试验要求，在保证卫星可靠性基础上降低成本。

其次，批量化生产的产品保证能力不足。我国目前商业卫星生产能力大约15 颗/年，大部分采用以人工为主的生产模式，难以适应规模化生产商业卫星的设计合理性、工艺可行性、制造规范性的需求，产品的质量和可靠性难以得到保证。商业卫星规模化生产涉及众多的技术、复杂的过程以及众多的研制生产单位，是复杂的系统工程。商业卫星研制生产活动呈现探索性、先进性、复杂性、高风险性等特点，与规模化生产产品体积小、重量轻、功耗少等特点形成鲜明的对比，对商业卫星规模化生产产品保证提出了非常苛刻的要求。在供方选择方面，传统研制体系中供方能力不一，所承担的产品研制任务分散，任务量不集中，造成了质量管理成本和研制生产成本居高不下，需要我们深入研究解决。

总体来说，我们面临着从传统航天产品保证模式向商业航天产品保证模式的过渡，需要我们努力研究。

3 思考与讨论的内容

文章主要围绕以下内容进行思考与讨论。

3.1 针对快速、低成本建造的产品保证技术途径

主要从商业航天产品保证组织体系、产品保证规范体系；产品标准化和货架产品选用；元器件选用；试验验证；研制质量控制程序等方面开展了相关思考。

3.2 针对商业航天批量化生产的产品保证技术途径

主要从供方优化整合；供应链体系；设计产品保证；工艺产品保证；制造产品保证；数据分析手段等方面开展了相关思考。

3.3 针对新技术新产品的产品保证技术途径

主要从新技术新产品引入给产品保证带来的主要问题；商用元器件安全使用问题及产品保证途径；轻小型化设计带来的可靠性问题和产品保证途径；集成设计带来的兼容性问题和产品保证途径等方面开展了相关思考。

4 传统航天产品保证模式的问题分析

4.1 针对快速、低成本制造的主要问题分析

产品保证组织体系方面，传统产品保证组织体系采用纵横并举的矩阵式架构。纵向上覆盖卫星总体设计单位、总装单位、分系统承制单位和单机配套单位；横向上包含项目指挥、产品设计师和产品保证人员，形成从上到下相互衔接的产品保证工作系统。但是多层次的组织结构造成项目管理的条线过长，容易形成信息流通不畅、组织松散，从而影响项目管理的时效性和执行力，而且，细分的组织岗位人员设置、对项目人员需求多，也会增加研制经费，不符合商用卫星精简的理念。

产品保证标准规范体系方面，目前商业航天产品保证没有标准规范体系，各类标准比较分散，对未来商业卫星项目推进不利。

研制流程方面，在系统规划上，传统航天将卫星系统严格划分为系统、分系统、单机三个级别，每个级别都要分别开展各自的研制流程相关工作。比如单机要有方案设计评审、初样详细设计评审、正样设计评审，分系统和系统也分别有方案设计评审、初样详细设计评审、正样设计评审，各级的界限清楚。这种划分保证了责任的明确和过程控制的完善，但是效率是很低的。

产品标准化定型和货架产品选用方面，传统航天并不重视货架产品的选用，大部分产品是新研和定制化修改的产品，产品研制效率低，研制链条长，不适应快速低成本要求。

元器件的选用方面，传统航天为了保证卫星的可靠性，选用的是宇航级产品。宇航级产品通常为军品器件生产线同线产品，宇航级元器件设计工艺往往与普通工业产品不同，如：为了抗辐照采用蓝宝石衬底等工艺；生产制造中关键工艺工序的过程检验更多、更严格；生产制造中的要求定环境、定设备、定人员等，生产后经过了宇航级筛选和质量保证过程。由于上述原因，宇航级器件其抗空间环境的能力更强、器件性能更加稳定，价格也更高。相同功能的宇航级元器件价格往往是同样功能工业器件的几倍甚至几十倍。

试验验证方面，传统航天包络大而全，对产品不加区分，试验余量（包括时间余量和量级余量）设置较大，虽然目前各试验标准中的规定基本上都是推荐性的，但在执行过程中，常常被当作强制性标准使用，造成了部分产品试验条件余量过大，浪费了很多宝贵的试验资源。

4.2 针对批量化生产产品保证的主要问题分析

供方选择方面，传统研制体系中供方多，能力不一，所承担的产品研制任务分散，任务量不集中，造成质量管理成本和研制生产成本的居高不下，不利于批量化研制和生产的开展。

供应链方面，传统航天需求、制造、应用各自为战，尚未形成供应链体系，造成需求不明确、卫星不好用不易用、应用不深入等问题。

量产的产品保证体系方面，对于量产卫星，现在并没有成型的产品保证体系，各单位各自为战，不利于统筹管理。

5 为适应商业航天提出的产品保证解决途径

5.1 针对快速、低成本制造的产品保证解决途径

产品保证组织体系方面，商业航天应从工程项目实际出发，充分考虑市场经济规律，吸取已有卫星研制的成熟经验，贯彻管理层级“扁平化”和职责“集中化”的理念，建立适应卫星管理简洁高效的产品保证组织体系。管理层级“扁平化”是指产品保证组织机构集中，通过减少部分中间管理层级，实现组织机构的扁平化，提高管理效率，便于上级要求的及时传达和下级问题的实时反馈。职责“集中化”，是指不再设置单独的产品保证队伍，其产品保证工作由产品设计师统一负责。可仿照ESSA 的做法，设置监造（可以兼职多个项目），负责对产品保证技术细节的策划和检查。

产品保证标准规范体系方面，商业航天可按照层次构建，分四个层次：顶层是产品保证的目标和原则以及队伍建设方案；第二层是产品保证九大要素的基本要求；第三层是各要素的工作流程和配套规范；第四层是各要素包括的详细技术规范，如电缆绑扎保证要求，各类天线单机产品保证要求等。

研制流程方面，商业航天应需要根据特点做出调整，主要调整内容是：压缩系统层级，整合流程中的工作项目，适当压缩研制阶段，使其更高效。

产品标准化定型方面，商业航天可以考虑采取“有所为、有所不为”的低成本战略。货架产品（A、B、E类设备）更关注“选、筛、用”环节；重视开展产品的使用历史研究，包括产品的应用履历、产品的技术性能指标在地面和在轨的稳定性分析、异常情况、指标包络线分析等；重视开展产品的环境适应性分析，包括产品曾经经历的在轨环境，曾经经历的最大环境包络等；重视开展产品的工艺稳定性分析，有无禁限用工艺等；重视开展产品的生产过程分析，以及厂家生产能力分析等。

元器件选用方面，商业航天应在满足使用的前提下，尽量降低元器件成本的策略，选筛用综合考虑。选择上，应以够用为核心，加强元器件数据的分析；筛选上，适当调整筛选策略，减少筛选项目；使用方面，要从系统可靠性入手，保证器件用得对，用得值。

试验验证方面，商业卫星可以根据产品适度裁减筛选度低的试验；合并部分单机试验与整星试验；统筹考虑单项收费高的试验项目；具体产品具体分析试验项目和量级；简化批产产品的试验。通过这些手段适应商业卫星的需求。

5.2 针对批量化生产产品保证的解决途径

在供方优化整合方面，商业航天应综合考虑供方能力、供方替代性、供方意愿及合作策略，来优化整合供方。

量产产品供应链体系方面，商业航天应打通上下游环节，研究卫星配套产品进、销、存、生产、交付等环节。量产产品保证体系方面，商业航天应在设计合理性、工艺可行性、制造规范性以及数据分析方法上下功夫。

6 总 结

本研究中探讨的各种产品保证途径，都是实现项目最终目标的技术手段。通过这些产品保证途径，可以解决或减轻商业卫星项目实施中各要素之间的矛盾，然而，这些途径却不是商业卫星项目成败的决定因素。

商业卫星虽然具有商业属性，遵从市场规律，但其毕竟还是一个系统工程，需要利用系统工程理论统筹协调经费、范围、时间、质量等各种项目要素之间的关系。而实现各种项目要素的协调统一，才是项目成功的根本。过度地提高对某个要素的要求，导致要素间的不协调，是不科学的，也会阻碍项目的顺利开展。