国际空间站运营管理体系架构分析

2011-11-20田坤黉侯永青

载人航天 2011年1期

田坤黉侯永青

（中国空间技术研究院载人航天总体部）

1 引言

国际空间站（International Space Station，ISS）在轨运行十年，其间涉及到多个舱段的发射组装，多种运行模式下的状态维持与控制，每年数次补给访问，数万件部件设备的维护维修工作，上百种有效载荷的管理及其操作规划。这些运营任务的管理相当复杂，必须有专门的机构、使用专门的系统进行统筹管理与运营。

基于我国载人航天前期的发展基础，分析ISS组织架构的功能将为我国空间站运营管理工程系统的研制提供重要参考。本文首先调研了ISS的运营管理组织，在此基础上，分析了我国空间站的运营职能，并据此对我国空间站运营管理的组织机构提出了一些建议。

2 ISS运营管理职能分析

2.1 ISS运营管理任务概述

ISS运营管理即是对空间站运营活动进行全过程的任务管理，包括两个层面：任务规划和任务实施。

2.1.1任务规划

空间站的任务规划是多层的，是一个由远到近、由粗到细的过程。ISS的任务规划分为四个层次：战略层、战术层、任务层和执行层。其中执行层规划是任务实施需要解决的首要问题。

表1 ISS任务规划层次

2.1.2任务实施

ISS的任务实施包括航天器的组装集成与发射、运行任务控制（空间站平台、载荷）、以及相关的仿真训练。

2.2 ISS运营管理职能分析

美国在发展空间站过程中，非常重视ISS的运营研究工作。1984年美国开始ISS论证，1986年提出了空间站运营管理的概念，1986年秋启动了运营管理方案研究（成立了约200余人论证组，下设四个小组），1987年提交了运营管理的概念研究方案（四个分报告和一个总报告），并开始了相关系统的建设，一直延续到现在。虽然目前ISS的运营管理方案同1987年有所不同，但其核心思想和主要体系框架都保持了1987年的论证结果。期间在20世纪90年代，随着工程论证设计的深入，特别是由于俄罗斯的加入，对运营框架进行了一定的调整[1]。

2000年，从更好地利用ISS出发，NASA委托计算机科学公司成立了一个评估研究团队对其运营管理体系架构进行评估，并提出了相应的改进建议[2]。

该研究小组将ISS的运营职能分为七个方面[3]：

·项目管理（Program Management）

·应用（Utilization）

·飞行系统操作（包括空间站平台系统、载荷、航天员）

·后勤和维护操作（Logistics and Maintenance Operations）

·发射场操作（Launch Site Operations）

·安全操作（Safety Operations）

·持续工程和P3I（Sustaining Engineering and Pre-Planned Program Improvement（P3I））

3 ISS运营管理组织架构

3.1 运营管理组织架构的提出

ISS研究小组提出了项目演化、中心负责制、单一承包制、SSURI主承包制和纯商业操作等五种组织架构，并逐一对各个架构的职能分配进行了论证[4]。

除了项目演化和纯商业操作之外，其他三个架构均需要新成立ISS应用研究中心（SSURI）来管理ISS美国部分的空间应用。各个控制架构的主要特点为：

（1）项目演化（Program Evolution）：该架构的主要特点是NASA的参与程度很高，由NASA的领导中心管理，NASA职员参与，根据ISS项目的发展逐步对NASA现有的架构进行改进。

（2）中心负责（Center Expertise）：该架构的主要特点是需要新成立ISS应用研究中心（SSURI）来管理ISS美国部分的空间应用。

（3）单一承包（Single Prime）：单一承包制仍然需要ISS应用研究中心（SSURI）来管理空间站的应用，不同的是所有与运营和维持相关的合同由一个总合同统一负责，该合同将大大缩减NASA的参与程度。

（4）SSURI主承包（Privatized SSURI Prime）：与单一承包制不同的是ISS运营管理任务的主承包商为ISS应用研究中心（SSURI）。SSURI负责所有的运行和维持合同，以及运营合同，NASA在项目执行中的参与程度将显著减少。

（5）纯商业操作（Dedicated Commercial）：在该架构下，ISS的运营活动完全由商业组织负责。

ISS的职能分配根据组织架构的不同而不同，图1和图2分别为项目演化、中心负责各组织架构的职能分配图[5]。

3.2 运营管理组织架构评估

针对如上提出的五种组织架构，ISS的研究评估团队在ISS是否能够达到NASA总部战略目标的可行性评估、风险评估、空间站的费-效分析（CBA,Cost Benefits Analysis）评估等三个方面对各个组织架构进行了分析。为了更好地分析每个架构的优缺点，研究团队使用了两种方法来评估各个架构[5]：

·Delphi评估方法：评估各个架构是否满足人类探索和开展空间策略的目标；

·风险评估理念：基于每个架构的转换能力和作用，分析ISS项目的潜在风险。

（1）战略目标可行性评估：针对每个战略计划，NASA使用Delphi评估方法，开发了一种使用7分制的评估模型，7是最高分。如表2所示为每个架构的得分情况。

在ISS运行的前期，考虑到NASA的参与程度，采用中心负责架构是最理想的，而且在每个战略目标的子目标里它的得分也是最高的。在空间站运行的后期，由于NASA职员参与范围的变化及项目活动稳定性的提高，可以使用单一承包（Single Prime）架构或者SSURI主承包（Privatized SSURI Prime）架构。

（2）风险评估：研究评估团队开发了一种评估各组织架构风险的方法。研究评估团队从每个架构的安全性风险、研究风险、花费风险、进度风险、控制风险和国际合作风险等六个方面分析了ISS的风险。如表3所示为ISS风险评估的结果。

图1 项目演化架构的职能分配

图2 中心负责架构的职能分配

表2 各组织架构在达到NASA战略目标可行性方面的得分

表3 组织架构的风险评估

上表说明中心负责架构和项目演化架构在五个架构中的风险最小。这个结果表明中心负责是成功率最高（风险最低）的架构。单一承包架构和SSURI主承包架构中NASA控制技术的继承性太少。单一承包架构和SSURI主承包架构目前可以由中心负责架构代替。

（3）费-效分析（CBA）：研究团队早期就对中心负责架构的花费进行过预算，但是具体的收益直到执行该架构后才可以确定，因为很多收益是在未来才能显现的，比如科学团队和商业组织的参与而引起高质量的研究活动。研究团队认为SSURI和ISS项目办公室（ISSPO）的用户-提供者之间的关系会促进更多新技术的发展，其收益也会慢慢显现。通过分析评估，研究团队选择了中心负责制。

表4 中心负责制的CBA结果

4 ISS组织架构分析

ISS的运营管理组织架构采用了中心负责。主要采用了三级组织管理体系结构，由三个职能部门来完成运营管理任务：空间站项目办公室、任务操作委员会和SSURI。空间站项目指导委员会为这三个职能部门进行任务指导和监督。如图3所示[6]。

该体系架构的第一级是位于华盛顿的ISS项目指导委员会，该委员会负责项目的管理和战略规划，主要的职责是政策制定、方针指导，经费预算，对外协调事务并关注其衍化发展（evolution）。副局长办公室的工作范围包括技术层和管理层的必备保障条件、里程碑节点、预算分配和评估，以及支持项目的立法部门、执行机构、用户、国际合作者与NASA总部之间的协调。项目指导委员会每月都和NASA管理委员会即空间站项目办公室就项目执行情况进行交流，NASA局长带领科研人员对每月的管理状态进行评估。这些评估的目的是确保出现的任何故障都包含在空间站可管理的范围内并及时提供适时的解决方案。

体系架构的第二级由三个机构组成：空间站项目办公室（ISSPO），约翰逊空间中心（JSC）以及空间站应用研究中心（SSURI）。

图3 ISS的三层组织管理体系结构

ISSPO负责空间站的发展、飞行和地面系统的运营能力和内部接口与外部接口的控制。主要的职责包括：系统工程与分析、项目规划和发展、运行阶段的资源控制、构型管理、元器件整合（integration of elements）以及对控制系统中有效载荷的控制，这个机构的日常管理由项目主管负责。ISSPO负责整合国际合作国的需求。

NASA的空间站项目办公室位于休斯顿的约翰逊空间中心（JSC），约翰逊中心作为领导机构管理NASA的其他航天中心和国际合作国的航天中心完成ISS的运营管理任务。约翰逊航天中心的任务操作委员会（Mission Operations Directorate）负责航天飞机和ISS具体的运营管理活动，如图4描述了MOD的具体职能[6]。

ISS应用研究中心（SSURI）负责管理ISS美国部分的应用活动，负责将运营和维护职能分配到NASA的各个空间中心。SSURI由NASA的菲尔德（Field）空间中心负责成立。SSURI的参与包括大量的商业研究机构，用于支持在轨科学实验并管理其执行情况。

第三级是具体执行运营任务的各航天中心。主要负责ISS项目的方案论证、研发和运行阶段的管理，以及对制造不同部件公司的各项活动进行监督指导。

图4 MOD的主要职责

5 我国空间站运营管理组织体系架构初步分析和建议

根据ISS运营管理七大职能的定义，结合我国载人航天的现有体系架构，建议我国空间站工程运营管理的职能分为项目管理、运行控制、应用、航天员、发射与返回、维护及后勤、航天工程支持和运输系统等八个方面。与ISS运营管理职能的不同在于：ISS为了保证航天员在轨操作有效载荷的安全，在轨航天员的训练SSURI负责，考虑到在航天员的训练内容中飞行系统的操作占主要部分，同时结合我国现有的载人航天机构及职能，航天员选拔和训练应作为独立的职能。

参考ISS的中心负责制架构，我国空间站工程可以借鉴ISS的三级组织管理体系结构。建议从空间站工程的层面成立空间站工程运营管理项目指导办公室，其成员可以由载人航天有关部门选派人员组成。

空间站工程运营管理项目办公室主要负责空间站在轨健康安全的运行。利用现有的、成熟的载人航天工程管理体系，使用适合空间站的、有效的管理体系和协作关系，使得参与空间站建造和运行的各技术系统和管理机构，既能够发挥其技术优势独立完成建造和运行过程中特定的任务，又能够在统一调度下与其他系统长期协调地运作，简单、快速、有效地组织实施空间站运行的各项任务，保障空间站的顺利建造和长期稳定运行。

空间站工程运营管理项目办公室可下设空间站任务操作中心、空间站载荷操作中心和空间站发射控制中心来管理空间站的运营管理任务。如下图所示。