田坤黌 侯永青

（中國空間技術研究院載人航天總體部）

1 引言

國際空間站（International Space Station，ISS）在軌運行十年，其間涉及到多個艙段的發(fā)射組裝，多種運行模式下的狀態(tài)維持與控制，每年數(shù)次補給訪問，數(shù)萬件部件設備的維護維修工作，上百種有效載荷的管理及其操作規(guī)劃。這些運營任務的管理相當復雜，必須有專門的機構、使用專門的系統(tǒng)進行統(tǒng)籌管理與運營。

基于我國載人航天前期的發(fā)展基礎，分析ISS組織架構的功能將為我國空間站運營管理工程系統(tǒng)的研制提供重要參考。本文首先調研了ISS的運營管理組織，在此基礎上，分析了我國空間站的運營職能，并據(jù)此對我國空間站運營管理的組織機構提出了一些建議。

2 ISS運營管理職能分析

2.1 ISS運營管理任務概述

ISS運營管理即是對空間站運營活動進行全過程的任務管理，包括兩個層面：任務規(guī)劃和任務實施。

2.1.1任務規(guī)劃

空間站的任務規(guī)劃是多層的，是一個由遠到近、由粗到細的過程。ISS的任務規(guī)劃分為四個層次：戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術層、任務層和執(zhí)行層。其中執(zhí)行層規(guī)劃是任務實施需要解決的首要問題。

表1 ISS任務規(guī)劃層次

2.1.2任務實施

ISS的任務實施包括航天器的組裝集成與發(fā)射、運行任務控制（空間站平臺、載荷）、以及相關的仿真訓練。

2.2 ISS運營管理職能分析

美國在發(fā)展空間站過程中，非常重視ISS的運營研究工作。1984年美國開始ISS論證，1986年提出了空間站運營管理的概念，1986年秋啟動了運營管理方案研究（成立了約200余人論證組，下設四個小組），1987年提交了運營管理的概念研究方案（四個分報告和一個總報告），并開始了相關系統(tǒng)的建設，一直延續(xù)到現(xiàn)在。雖然目前ISS的運營管理方案同1987年有所不同，但其核心思想和主要體系框架都保持了1987年的論證結果。期間在20世紀90年代，隨著工程論證設計的深入，特別是由于俄羅斯的加入，對運營框架進行了一定的調整[1]。

2000年，從更好地利用ISS出發(fā)，NASA委托計算機科學公司成立了一個評估研究團隊對其運營管理體系架構進行評估，并提出了相應的改進建議[2]。

該研究小組將ISS的運營職能分為七個方面[3]：

·項目管理（Program Management）

·應用（Utilization）

·飛行系統(tǒng)操作（包括空間站平臺系統(tǒng)、載荷、航天員）

·后勤和維護操作（Logistics and Maintenance Operations）

·發(fā)射場操作（Launch Site Operations）

·安全操作（Safety Operations）

·持續(xù)工程和P3I（Sustaining Engineering and Pre-Planned Program Improvement（P3I））

3 ISS運營管理組織架構

3.1 運營管理組織架構的提出

ISS研究小組提出了項目演化、中心負責制、單一承包制、SSURI主承包制和純商業(yè)操作等五種組織架構，并逐一對各個架構的職能分配進行了論證[4]。

除了項目演化和純商業(yè)操作之外，其他三個架構均需要新成立ISS應用研究中心（SSURI）來管理ISS美國部分的空間應用。各個控制架構的主要特點為：

（1）項目演化（Program Evolution）：該架構的主要特點是NASA的參與程度很高，由NASA的領導中心管理，NASA職員參與，根據(jù)ISS項目的發(fā)展逐步對NASA現(xiàn)有的架構進行改進。

（2）中心負責（Center Expertise）：該架構的主要特點是需要新成立ISS應用研究中心（SSURI）來管理ISS美國部分的空間應用。

（3）單一承包（Single Prime）：單一承包制仍然需要ISS應用研究中心（SSURI）來管理空間站的應用，不同的是所有與運營和維持相關的合同由一個總合同統(tǒng)一負責，該合同將大大縮減NASA的參與程度。

（4）SSURI主承包（Privatized SSURI Prime）：與單一承包制不同的是ISS運營管理任務的主承包商為ISS應用研究中心（SSURI）。SSURI負責所有的運行和維持合同，以及運營合同，NASA在項目執(zhí)行中的參與程度將顯著減少。

（5）純商業(yè)操作（Dedicated Commercial）：在該架構下，ISS的運營活動完全由商業(yè)組織負責。

ISS的職能分配根據(jù)組織架構的不同而不同，圖1和圖2分別為項目演化、中心負責各組織架構的職能分配圖[5]。

3.2 運營管理組織架構評估

針對如上提出的五種組織架構，ISS的研究評估團隊在ISS是否能夠達到NASA總部戰(zhàn)略目標的可行性評估、風險評估、空間站的費-效分析（CBA,Cost Benefits Analysis）評估等三個方面對各個組織架構進行了分析。為了更好地分析每個架構的優(yōu)缺點，研究團隊使用了兩種方法來評估各個架構[5]：

·Delphi評估方法：評估各個架構是否滿足人類探索和開展空間策略的目標；

·風險評估理念：基于每個架構的轉換能力和作用，分析ISS項目的潛在風險。

（1）戰(zhàn)略目標可行性評估：針對每個戰(zhàn)略計劃，NASA使用Delphi評估方法，開發(fā)了一種使用7分制的評估模型，7是最高分。如表2所示為每個架構的得分情況。

在ISS運行的前期，考慮到NASA的參與程度，采用中心負責架構是最理想的，而且在每個戰(zhàn)略目標的子目標里它的得分也是最高的。在空間站運行的后期，由于NASA職員參與范圍的變化及項目活動穩(wěn)定性的提高，可以使用單一承包（Single Prime）架構或者SSURI主承包（Privatized SSURI Prime）架構。

（2）風險評估：研究評估團隊開發(fā)了一種評估各組織架構風險的方法。研究評估團隊從每個架構的安全性風險、研究風險、花費風險、進度風險、控制風險和國際合作風險等六個方面分析了ISS的風險。如表3所示為ISS風險評估的結果。

圖1 項目演化架構的職能分配

圖2 中心負責架構的職能分配

表2 各組織架構在達到NASA戰(zhàn)略目標可行性方面的得分

表3 組織架構的風險評估

上表說明中心負責架構和項目演化架構在五個架構中的風險最小。這個結果表明中心負責是成功率最高（風險最低）的架構。單一承包架構和SSURI主承包架構中NASA控制技術的繼承性太少。單一承包架構和SSURI主承包架構目前可以由中心負責架構代替。

（3）費-效分析（CBA）：研究團隊早期就對中心負責架構的花費進行過預算，但是具體的收益直到執(zhí)行該架構后才可以確定，因為很多收益是在未來才能顯現(xiàn)的，比如科學團隊和商業(yè)組織的參與而引起高質量的研究活動。研究團隊認為SSURI和ISS項目辦公室（ISSPO）的用戶-提供者之間的關系會促進更多新技術的發(fā)展，其收益也會慢慢顯現(xiàn)。通過分析評估，研究團隊選擇了中心負責制。

表4 中心負責制的CBA結果

4 ISS組織架構分析

ISS的運營管理組織架構采用了中心負責。主要采用了三級組織管理體系結構，由三個職能部門來完成運營管理任務：空間站項目辦公室、任務操作委員會和SSURI。空間站項目指導委員會為這三個職能部門進行任務指導和監(jiān)督。如圖3所示[6]。

該體系架構的第一級是位于華盛頓的ISS項目指導委員會，該委員會負責項目的管理和戰(zhàn)略規(guī)劃，主要的職責是政策制定、方針指導，經(jīng)費預算，對外協(xié)調事務并關注其衍化發(fā)展（evolution）。副局長辦公室的工作范圍包括技術層和管理層的必備保障條件、里程碑節(jié)點、預算分配和評估，以及支持項目的立法部門、執(zhí)行機構、用戶、國際合作者與NASA總部之間的協(xié)調。項目指導委員會每月都和NASA管理委員會即空間站項目辦公室就項目執(zhí)行情況進行交流，NASA局長帶領科研人員對每月的管理狀態(tài)進行評估。這些評估的目的是確保出現(xiàn)的任何故障都包含在空間站可管理的范圍內并及時提供適時的解決方案。

體系架構的第二級由三個機構組成：空間站項目辦公室（ISSPO），約翰遜空間中心（JSC）以及空間站應用研究中心（SSURI）。

圖3 ISS的三層組織管理體系結構

ISSPO負責空間站的發(fā)展、飛行和地面系統(tǒng)的運營能力和內部接口與外部接口的控制。主要的職責包括：系統(tǒng)工程與分析、項目規(guī)劃和發(fā)展、運行階段的資源控制、構型管理、元器件整合（integration of elements）以及對控制系統(tǒng)中有效載荷的控制，這個機構的日常管理由項目主管負責。ISSPO負責整合國際合作國的需求。

NASA的空間站項目辦公室位于休斯頓的約翰遜空間中心（JSC），約翰遜中心作為領導機構管理NASA的其他航天中心和國際合作國的航天中心完成ISS的運營管理任務。約翰遜航天中心的任務操作委員會（Mission Operations Directorate）負責航天飛機和ISS具體的運營管理活動，如圖4描述了MOD的具體職能[6]。

ISS應用研究中心（SSURI）負責管理ISS美國部分的應用活動，負責將運營和維護職能分配到NASA的各個空間中心。SSURI由NASA的菲爾德（Field）空間中心負責成立。SSURI的參與包括大量的商業(yè)研究機構，用于支持在軌科學實驗并管理其執(zhí)行情況。

第三級是具體執(zhí)行運營任務的各航天中心。主要負責ISS項目的方案論證、研發(fā)和運行階段的管理，以及對制造不同部件公司的各項活動進行監(jiān)督指導。

圖4 MOD的主要職責

5 我國空間站運營管理組織體系架構初步分析和建議

根據(jù)ISS運營管理七大職能的定義，結合我國載人航天的現(xiàn)有體系架構，建議我國空間站工程運營管理的職能分為項目管理、運行控制、應用、航天員、發(fā)射與返回、維護及后勤、航天工程支持和運輸系統(tǒng)等八個方面。與ISS運營管理職能的不同在于：ISS為了保證航天員在軌操作有效載荷的安全，在軌航天員的訓練SSURI負責，考慮到在航天員的訓練內容中飛行系統(tǒng)的操作占主要部分，同時結合我國現(xiàn)有的載人航天機構及職能，航天員選拔和訓練應作為獨立的職能。

參考ISS的中心負責制架構，我國空間站工程可以借鑒ISS的三級組織管理體系結構。建議從空間站工程的層面成立空間站工程運營管理項目指導辦公室，其成員可以由載人航天有關部門選派人員組成。

空間站工程運營管理項目辦公室主要負責空間站在軌健康安全的運行。利用現(xiàn)有的、成熟的載人航天工程管理體系，使用適合空間站的、有效的管理體系和協(xié)作關系，使得參與空間站建造和運行的各技術系統(tǒng)和管理機構，既能夠發(fā)揮其技術優(yōu)勢獨立完成建造和運行過程中特定的任務，又能夠在統(tǒng)一調度下與其他系統(tǒng)長期協(xié)調地運作，簡單、快速、有效地組織實施空間站運行的各項任務，保障空間站的順利建造和長期穩(wěn)定運行。

空間站工程運營管理項目辦公室可下設空間站任務操作中心、空間站載荷操作中心和空間站發(fā)射控制中心來管理空間站的運營管理任務。如下圖所示。

圖5 我國空間站組織體系及其職能建議

借鑒ISS的運營管理模式，建議在保留現(xiàn)有組織結構的基礎上，補充和完善以下的機構及職能：

（1）在現(xiàn)有載人航天組織管理體制基礎上，成立空間站運營管理項目辦公室，負責空間站工程的項目管理、空間站工程運營管理戰(zhàn)略層規(guī)劃、戰(zhàn)術層規(guī)劃，任務級規(guī)劃協(xié)調與集成及航天器研制進度的管理工作。

（2）空間站工程與載人飛船工程的主要不同是后勤與維護方面的變化，因此需要在航天器平臺研制單位中成立專門的機構對空間站后期及維護進行管理。

（3）雖然現(xiàn)有的載人航天機構具備完成我國空間站工程運營管理任務的能力，但是其職能還須進一步完善。因此需要在我國空間站發(fā)射之前，由空間站工程運營管理項目指導辦公室對現(xiàn)有各大系統(tǒng)的職能進行完善。

［1］Paules G..Space Station Freedom Baseline Operations Concept.Aug.6-8 1991

［2］NASA.Space Station Operations Task Force Summary Report.October 1987

［3］Computer Science Corporation.International Space Station Operations Architecture Study Final Report.Aug.2000

［4］Fawcett M..From Centralized to Distributed:The Evolution of Space Station Comman and Control.Acta Astronautica,38 （4-8）,1996,637-654.

［5］NASA.Space Station Operations Task Force Final Report:Executive Summary.October 1987

［6］Jeff Hagopian,Theresa Maxwell,Ed Nahay.NASA/MIR PHASE1:A LESSONINLONGDURATIONMISSIONPLANNINGAND OPERATIONS.Paper ID:2m018