黃永輝 周玉霞 呂良慶 郭劍川 陳斌 池宜興

（1中國科學院國家空間科學中心，北京，101499；2中國航天標準化研究所，北京，100071）

空間科學是以空間飛行器為主要平臺，研究發(fā)生在日際空間、行星際空間乃至整個宇宙空間的物理、天文、化學及生命等自然現(xiàn)象及其規(guī)律的科學，是高度綜合與交叉的前沿科學領域。我國空間科學正處于歷史最好的發(fā)展時期，為更好地發(fā)展我國的空間科學，中國科學院啟動了空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項，提出了發(fā)展戰(zhàn)略目標，至2030年，要發(fā)射15顆～17顆科學衛(wèi)星。

盡管現(xiàn)在的空間科學任務工程技術的需求各異，都有獨特的開創(chuàng)性學術價值，但是任何事物都是有規(guī)律可循的。為了有序、高效地開展空間科學衛(wèi)星工程項目的規(guī)劃、論證、研制、實施，需要引入系統(tǒng)工程理念，開展相關標準化工作，結合標準化工作的模式和方法，構建支撐空間科學任務的標準體系框架，并在其指導下，總結固化成果，提煉技術亮點，形成標準文件，為后期工作提供借鑒和指導，為完善相應的質(zhì)量管理體系、制度體系、技術標準體系和產(chǎn)品標準體系提供支撐，全面、系統(tǒng)地指導空間科學衛(wèi)星工程的可持續(xù)發(fā)展。對我國實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重大的意義。

1 空間科學衛(wèi)星工程特點

1.1 科學目標第一

空間科學衛(wèi)星工程不同于其他應用型航天項目，其首要目標是確?？茖W目標的實現(xiàn)。因此，衛(wèi)星工程項目的成功不僅僅是衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運行，更重要的是獲得預期的高水平科學實驗和數(shù)據(jù)成果，助力解決關注的科學問題。

1.2 前沿性和常變常新

空間科學衛(wèi)星的獨創(chuàng)性、先進性和創(chuàng)新性，體現(xiàn)了明顯的“常變常新”特色，即每一項任務的科學目標、探測任務、有效載荷、科學應用技術和用戶等都有著很大的不同，而且科學上只爭第一的特點，也要求同一方向的系列任務具有創(chuàng)新性。

1.3 嚴謹和靈活

空間科學任務為滿足科學目標的高要求，以及空間環(huán)境和航天器技術條件的約束，往往投入較大，在技術上需要遵循已有的航天系統(tǒng)工程的理念、要求和方法。但另一方面，由于科學目標的高指標要求，往往又需要采用一些相對不夠成熟而又先進的技術手段和部組件產(chǎn)品，需要通過對科學任務的嚴謹分析來靈活設計和采用，在滿足任務目標的前提下，提高可靠性。

1.4 應用領域廣泛、人員隊伍多變

一是科學應用廣泛。如載人航天工程和探月工程都有比較明確、固定的科學應用系統(tǒng)組織，但空間科學衛(wèi)星工程的科學應用系統(tǒng)建設和組織管理主要由項目的科學方負責，意味著不同的項目會有不同的科學應用系統(tǒng)，并且分散在不同地點、不同部門，需求也不一樣。

二是用戶多，人員隊伍來源廣。在載人航天工程和探月工程等空間科學任務中，可以對科學方和載荷專家進行長期不斷的工程培訓和訓練。但空間科學衛(wèi)星工程中參與的科學方人員，往往不是衛(wèi)星工程的專業(yè)人員，因此他們沒有長期接受培訓和訓練的需求和意愿，但在工程過程中又不可避免地需要他們的參與和指導。一種簡單的解決辦法就是“專業(yè)的事交給專業(yè)的人去做”，科學家只管科學的事，當然在具體工程過程中，并不是簡單按這種關系分工，科學目標能否滿足和是否滿足，還是需要有科學家的參與、把關和評估。

1.5 廣泛的國際合作

科學無國界，國際合作是提高空間任務科學產(chǎn)出的一個有效途徑。而且合作形式可以多樣化，比如中方探測器搭載國際合作載荷，中方的中繼系統(tǒng)為外方提供中繼服務，利用外方的基礎設施進行測控和數(shù)傳接收等，國際合作任務的參與方需通過協(xié)商確定采用的技術標準及驗證方案。制定空間科學衛(wèi)星工程標準體系，采納部分國際一致認可的先進技術與標準，將減少可能帶來的矛盾，有效降低系統(tǒng)風險與溝通成本。

2 空間科學衛(wèi)星工程標準體系構建思路與原則

2.1 思路

由于空間科學衛(wèi)星工程涉及到不同的部門、專業(yè)、門類和分系統(tǒng)，因此其標準體系架構和層次劃分不能僅僅是簡單的分類表，而是按照空間科學衛(wèi)星工程的特征進行劃分的，體系構建思路如下。

a）聚焦特色。

與傳統(tǒng)的宇航工程項目進行比較分析，梳理出空間科學衛(wèi)星工程任務中特殊的系統(tǒng)、產(chǎn)品或技術，以及空間科學衛(wèi)星工程任務牽引出的產(chǎn)品和技術。

b）找準需求。以工程建設領域以及各利益相關方的需求為基礎，規(guī)劃的標準將包含系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機以及關鍵件等所有相關產(chǎn)品的設計、接口、測試試驗等內(nèi)容，找到用戶最真實的標準需求，并與特色靠攏。

c）重復共用。

緊扣 “重復使用”和 “共同使用”的基本含義，將確實在多任務、多型號中能重復使用，以及多系統(tǒng)、多產(chǎn)品、多單位之間共同使用的技術、產(chǎn)品或方法等固化為標準。不宜將某個單位內(nèi)部的操作或技術流程提升到標準。

2.2 原則

在構建空間科學標準體系框架的過程中，應遵循以下原則。

a）系統(tǒng)性。

通過合理的分類方法將空間科學衛(wèi)星工程所需的各類標準梳理清楚，用清晰的層次引導到標準體系框架中。體系結構的劃分采取工作分解結構和平行分解法相結合的方法。對于構成標準體系的標準之間和標準包（同類標準）之間的相互作用和相互依賴的關系，即其中的“內(nèi)在聯(lián)系”加以分析，通過整體研究，確定標準體系的層次結構。

b）先進性。

借鑒國內(nèi)外航天工程相關標準體系構成，在符合我國空間科學衛(wèi)星工程研制和管理現(xiàn)狀的基礎上，適度超前，體現(xiàn)標準體系的先進性。

c）適用性。

緊密貼近空間科學衛(wèi)星工程的標準需求，使標準體系充分發(fā)揮引導相關標準制修訂的作用，與空間科學發(fā)展目標和任務相適應，突出空間科學技術特點，體現(xiàn)我國空間科學衛(wèi)星工程研制和管理的核心競爭力，并與科研生產(chǎn)現(xiàn)狀相吻合。

d）繼承性。

充分繼承我國國家標準體系，國家宇航標準體系、國家軍用標準體系、總裝直屬部隊標準體系、航天行業(yè)標準體系、航天科技集團公司標準體系等標準體系建設成果。充分借鑒我國國家重點專項的相關標準體系，如國家衛(wèi)星導航標準體系、高分專項標準體系以及載人航天標準體系建設的成功經(jīng)驗，不突破已有的標準化管理渠道。

e）協(xié)調(diào)一致性。

標準體系中收錄和規(guī)劃制定的標準分為國家級、行業(yè)級和企業(yè)級（工程專項標準）3個級別，相關國際和國外先進標準必須轉化為國內(nèi)相應級別標準后納入體系；注重總體頂層標準和系統(tǒng)間、分系統(tǒng)間接口標準的制定，確保系統(tǒng)和分系統(tǒng)間接口關系規(guī)范、協(xié)調(diào)；在一定范圍內(nèi)力求把全部應有的標準在體系表中列出，使其配套；標準層次位置安排適當，大系統(tǒng)接口標準安排在更高層次上，多“系統(tǒng)”共用標準安排在其主體位置上。

f）可擴展性。

構建的標準體系能滿足事物或概念不斷出現(xiàn)和變化的需要。在建立標準體系時留有足夠的空間，以便增添新標準，而不打亂已建立的體系或推倒重來。同時還考慮到標準的延拓、細化的可能。

3 空間科學衛(wèi)星工程標準體系

3.1 體系分析方法

空間科學衛(wèi)星工程標準體系的范圍將覆蓋空間科學衛(wèi)星工程各系統(tǒng)、分系統(tǒng)及關鍵單機等多個層面，涵蓋空間科學衛(wèi)星工程的方案論證、關鍵技術攻關、工程建設、運行維護以及應用推廣全壽命周期所需要的標準。按照系統(tǒng)工程的方法，結合空間科學衛(wèi)星工程的特點，對標準體系從4個維度進行綜合規(guī)劃，具體如圖1所示。

圖1 標準體系四維分析模型

a）專業(yè)領域。

標準體系框架的構建結合標準需求分析階段的工作分解，涵蓋空間科學任務涉及的基礎、工程管理、產(chǎn)品保證、工程技術、應用等5個方面的標準。其中，工程管理標準和應用標準兩部分最能體現(xiàn)空間科學任務的特殊性。

b）產(chǎn)品分解結構。

規(guī)劃的標準將包含系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機以及關鍵件等所有相關產(chǎn)品的設計、接口、測試試驗等方面。

c）全壽命周期。

規(guī)劃的標準將覆蓋空間科學衛(wèi)星工程的方案論證、立項、方案驗證，工程建設，運行維護以及應用推廣等全壽命周期，貫穿各系統(tǒng)研制、生產(chǎn)、保證與應用等階段工作。

d）標準級別。

涉及國家標準、國家軍用標準、行業(yè)標準以及專項標準多個標準級別，同時也會涉及部分國外先進標準。

空間科學衛(wèi)星工程標準化工作是一項系統(tǒng)工程。標準化工作的全過程應有計劃、有組織地進行，以系統(tǒng)的整體和綜合效益為最佳目標，開展標準化工作應充分考慮現(xiàn)行標準，必要時可對現(xiàn)行標準提出修訂或補充要求，應積極采用國際標準和國外先進標準。規(guī)劃的標準項目在制定與實施上應相互配合，而且各標準之間應貫徹低層次服從高層次的要求。

3.2 體系框架

空間科學衛(wèi)星工程標準體系圍繞專項全壽命周期工作任務，全面系統(tǒng)地規(guī)劃標準研制的范圍及具體項目，盡量保證體系構建的完整性和統(tǒng)一性。標準體系的第一層劃分為：基礎與管理系列標準（M）、產(chǎn)品保證系列標準（Q）、工程技術系列標準（E）、運行管理系列標準（O）和科學數(shù)據(jù)與應用服務標準（U）5個分支，如圖2所示。

圖2 空間科學衛(wèi)星工程標準體系框架

a）基礎與管理系列標準。

支撐空間科學衛(wèi)星工程的應用統(tǒng)籌和綜合管理需要，規(guī)劃涵蓋基礎、工程管理等方面的標準。基礎標準主要包括空間科學任務涉及的基礎的、共性的標準，如術語和縮略語、空間坐標系、時空基準等通用的標準。管理標準重點關注項目管理、產(chǎn)品管理、技術管理和空間科學成果管理等4個方面的標準，以收錄已有的航天成熟系統(tǒng)工程標準為主，同時結合空間科學衛(wèi)星工程的管理需求擬制定的新標準。重點項目包括科學任務規(guī)劃、項目論證、項目驗收以及風險管理方面的標準。

b）產(chǎn)品保證系列標準。

涵蓋空間科學衛(wèi)星工程從設計開始，直到交付與售后服務全壽命周期過程中的產(chǎn)品保證管理標準，質(zhì)量保證標準，通用質(zhì)量特性“六性” （可靠性、維修性、安全性、保障性、測試性、環(huán)境適應性）保證標準，元器件保證標準，材料、工藝和零件保證標準，軟件產(chǎn)品保證標準等6個二級分支。

c）工程技術系列標準。

按照空間科學衛(wèi)星工程建設的任務和系統(tǒng)劃分，重點突出空間科學專項工程自身特點，包括工程總體標準、衛(wèi)星系統(tǒng)標準、地面支撐系統(tǒng)標準、科學應用系統(tǒng)標準、綜合保障系統(tǒng)標準等5個二級分支。其中，工程總體標準主要包括系統(tǒng)總體設計標準、接口標準、綜合測試與對接試驗標準等，注重空間科學衛(wèi)星工程系統(tǒng)的頂層設計、接口、大系統(tǒng)對接試驗等；衛(wèi)星系統(tǒng)標準主要包括衛(wèi)星總體要求、衛(wèi)星總裝、測試與試驗、航天器貯存、運輸、搭載等方面的總體標準，以及載荷研制標準、有效載荷定標試驗等有效載荷標準；地面支撐系統(tǒng)標準主要圍繞地面支撐系統(tǒng)的總體、衛(wèi)星運控管理、數(shù)據(jù)處理與管理、數(shù)據(jù)接收方面的需求規(guī)劃設計、接口、實驗以及相關產(chǎn)品標準；科學應用系統(tǒng)標準將規(guī)劃科學應用系統(tǒng)建設運行管理、飛行任務、測試實驗、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)應用等方面的標準；綜合保障系統(tǒng)標準包括航天工程通用的運載系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等內(nèi)容。

d）運行管理系列標準。

按照空間科學衛(wèi)星工程運行維護與管理的實際需求，規(guī)劃衛(wèi)星發(fā)射、入軌、在軌運行、退役處置全壽命周期的運行管理標準，保障空間科學相關衛(wèi)星長期在軌安全正常運行，以及地面支撐系統(tǒng)、科學應用系統(tǒng)等相關設備的維護、更換，全面保障空間科學探測活動及數(shù)據(jù)獲取的順利開展。本分支包括發(fā)射與早期軌道段標準、長期運行管理標準、維護退役標準等3個二級分支。

e）科學數(shù)據(jù)與應用服務系列標準。

為全面支撐空間科學成果的應用，構建相對完備的空間科學應用產(chǎn)業(yè)，圍繞科學數(shù)據(jù)應用的廣泛性以及帶動學科整體發(fā)展的全面性，對空間科學應用領域所涉及的應用數(shù)據(jù)產(chǎn)品、數(shù)據(jù)運營服務、應用基礎、產(chǎn)品質(zhì)量檢測與管理等相關各環(huán)節(jié)進行規(guī)劃，支撐空間科學的長期可持續(xù)發(fā)展。本分支包括科學數(shù)據(jù)描述標準、科學數(shù)據(jù)獲取與處置標準、數(shù)據(jù)匯交與保存標準、評估評價標準、數(shù)據(jù)服務標準等5個二級分支。

本文結合我國空間科學衛(wèi)星工程的特點，科學、系統(tǒng)、合理地規(guī)劃了空間科學衛(wèi)星工程標準體系，構建了包含5個一級分支的空間科學衛(wèi)星標準體系框架，工程管理和工程技術領域的體系框架并沒有按全要素進行劃分，而是重點突出了空間科學衛(wèi)星工程的特色和真實需求?？臻g科學衛(wèi)星工程標準體系的布局和規(guī)劃隨著其發(fā)展需要補充完善，標準化工作也將有計劃，分階段、有側重地開展，并推廣應用。