柴 黎，王杰娟

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空間維護(hù)技術(shù)試驗評估方法研究

柴 黎，王杰娟

（航天工程大學(xué)，北京 101416）

空間維護(hù)技術(shù)試驗為形成航天能力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。首先，分析了試驗評估國內(nèi)外現(xiàn)狀，研究美軍試驗與評估理論基礎(chǔ)；其次，針對我國在空間系統(tǒng)技術(shù)評估方面存在的不足，從分析關(guān)鍵技術(shù)和試驗項目，統(tǒng)計待評相關(guān)試驗、建立評估準(zhǔn)則、劃分評估結(jié)果區(qū)間等步驟構(gòu)建完整的評估分析方法。最后，詳細(xì)說明技術(shù)評估方法實(shí)現(xiàn)及細(xì)則，為評估方案提供依據(jù)，也為今后類似技術(shù)驗證試驗評估提供借鑒和參考。

空間維護(hù)技術(shù)；試驗技術(shù)評估；評估準(zhǔn)則

0 引言

空間技術(shù)的迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國謀求戰(zhàn)略優(yōu)勢、增強(qiáng)軍事力量的重要舞臺，空間維護(hù)技術(shù)試驗是用于衛(wèi)星工程和空間科學(xué)的原理性、工程性和科學(xué)性的試驗。航天科學(xué)中的新技術(shù)需要進(jìn)行空間飛行試驗，成功后才能投入實(shí)際應(yīng)用?？臻g維護(hù)技術(shù)試驗綜合多項高技術(shù)于真實(shí)的航天環(huán)境下實(shí)施，具有預(yù)研演示驗證特點(diǎn)，驗證若干項關(guān)鍵技術(shù)，尋找技術(shù)增長點(diǎn)，為將來轉(zhuǎn)入航天裝備研制或形成航天技術(shù)能力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。試驗驗證新研發(fā)的技術(shù)是否成熟、可用，加強(qiáng)研究人員同未來用戶的關(guān)系，并揭示和解決技術(shù)以外的其他問題。

目前，美、俄、歐、日都在大力發(fā)展技術(shù)試驗衛(wèi)星，如美國的“應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星”系列、軌道快車，歐洲空間局的“軌道通信試驗衛(wèi)星”系列，日本的“工程技術(shù)試驗衛(wèi)星”系列以及前蘇聯(lián)／俄羅斯混編在“宇宙號”衛(wèi)星系列中的試驗衛(wèi)星系列等。

1 試驗評估國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 美軍試驗與評估

美軍試驗與評估包括研制試驗與評估、使用試驗與評估兩大類。試驗與評估是系統(tǒng)研制期間用于解決關(guān)鍵性能參數(shù)問題的一系列技術(shù)。包括技術(shù)與生產(chǎn)能力（研制試驗）、效能與實(shí)用性（使用試驗）。

（1）研制試驗與評估

研制試驗與評估驗證是否滿足詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，對達(dá)到技術(shù)目標(biāo)的潛力進(jìn)行檢驗,為工程設(shè)計和研制提供幫助，評估的是新系統(tǒng)相對于現(xiàn)有能力的潛力，評估新方案新技術(shù)的科學(xué)性、驗證設(shè)計風(fēng)險最小化的程度，驗證與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和合同的一致性，驗證系統(tǒng)性能并確定系統(tǒng)安全性。

（2）使用試驗與評估

使用試驗與評估是武器裝備的任何項目（或關(guān)鍵部件）在真實(shí)作戰(zhàn)條件下進(jìn)行的野外試驗，目的是確定這些武器裝備由典型的軍事用戶在作戰(zhàn)中使用時的效能與適用性，并對試驗結(jié)果進(jìn)行評估[1]。

1.2 我國空間系統(tǒng)試驗評估現(xiàn)狀

我國空間維護(hù)技術(shù)試驗評估依據(jù)在軌試驗階段和目的，將評估對象分層，分為技術(shù)層、科學(xué)層和應(yīng)用層三個層次。此外，需要考慮對任務(wù)管理情況進(jìn)行評估[3]，所以評估從實(shí)施層面上分為技術(shù)層、科學(xué)層、應(yīng)用層和管理層四個層次。空間維護(hù)技術(shù)試驗階段通常分為地面研制試驗階段與在軌試驗階段，在軌試驗階段又分為技術(shù)驗證階段和后期拓展試驗階段。后期拓展試驗是在前期技術(shù)驗證階段試驗基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘衛(wèi)星潛力，獲取更多的科學(xué)試驗數(shù)據(jù)，同時按照試驗項目風(fēng)險遞增排序，逐項開展高風(fēng)險試驗，最大限度地發(fā)揮衛(wèi)星的能力極限[2]。

2 空間維護(hù)技術(shù)試驗技術(shù)評估

按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，通常與科學(xué)技術(shù)活動密切相關(guān)的評估體系是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及組織管理機(jī)構(gòu)、評估主體、評估客體、評估指標(biāo)、評估方法、評估準(zhǔn)則等及其各自的相互關(guān)系，評估體系的有效性取決于評估系統(tǒng)各組成要素的有效性，各要素之間相互關(guān)聯(lián)、相互作用、相互影響，每一要素都會影響評估效果。結(jié)合空間維護(hù)技術(shù)試驗基本情況，主要界定以下幾方面的內(nèi)容。

2.1 評估目的和原則

空間維護(hù)技術(shù)試驗具有“戰(zhàn)略性、前沿性、前瞻性”的特點(diǎn)，同時也是一個復(fù)雜航天工程項目，其技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)試驗不同以往航天型號試驗，無明確用戶需求，其技術(shù)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性和探索性。

技術(shù)評估是要滿足詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，對達(dá)到技術(shù)目標(biāo)的潛力進(jìn)行檢驗，評估的是新系統(tǒng)相對于現(xiàn)有能力的潛力，評估新方案新技術(shù)的科學(xué)性、驗證設(shè)計風(fēng)險最小化的程度、驗證與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的一致性、驗證系統(tǒng)性能并確定系統(tǒng)安全性。技術(shù)評估目的有：

? 研制新方案和技術(shù)收集基本的科學(xué)與工程數(shù)據(jù)；

? 為費(fèi)用——進(jìn)度——性能權(quán)衡分析提供經(jīng)驗性數(shù)據(jù)；

? 應(yīng)用建模與仿真技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)模型，通過實(shí)際試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證；

? 驗證設(shè)計風(fēng)險最小化的程度；

? 驗證與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的一致性；

? 確定系統(tǒng)性能及系統(tǒng)安全性；

評估原則包括：評估項目的準(zhǔn)確性、層次性；評估指標(biāo)的系統(tǒng)性、簡明性；評估方法的科學(xué)性、可行性；評估數(shù)據(jù)的完整性、有效性；評估結(jié)論的權(quán)威性、綜合性；評估實(shí)施的時效性、分步性。

根據(jù)空間維護(hù)技術(shù)試驗自身特點(diǎn)，對評估工作提出“基于科學(xué)頂層設(shè)計、基于合理分層結(jié)構(gòu)、基于優(yōu)化的指標(biāo)體系、基于試驗數(shù)據(jù)、基于科學(xué)結(jié)果分析”的要求，采用量化指標(biāo)與過程評估相結(jié)合的方法，分階段、分層次進(jìn)行評估[3]。

圖1 技術(shù)評估指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)體系內(nèi)容分析

技術(shù)評估指標(biāo)體系如圖1所示，對關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)能力、試驗結(jié)果進(jìn)行評估。

（1）關(guān)鍵技術(shù)驗證指標(biāo)——重點(diǎn)列出在軌試驗中需要驗證的以及與試驗?zāi)康木o密相關(guān)的幾大類關(guān)鍵技術(shù)。

（2）系統(tǒng)能力驗證指標(biāo)——從航天器主要功能的角度進(jìn)行分解，著眼于未來可能的應(yīng)用需求，分析在軌試驗過程中航天器功能的實(shí)現(xiàn)程度。

（3）試驗結(jié)果指標(biāo)——根據(jù)在軌試驗新技術(shù)裝備任務(wù)，對幾大類，若干個試驗項目是否成功進(jìn)行評估。

技術(shù)評估立足于任務(wù)總體，評估整體試驗任務(wù)，從關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)能力、試驗結(jié)果3個方面進(jìn)行評估。重點(diǎn)是如何根據(jù)新技術(shù)裝備需求，設(shè)計一系列復(fù)雜的在軌試驗，能夠最大限度地驗證各項關(guān)鍵技術(shù)，并且使試驗流程的冗余度最小。評估結(jié)果的重點(diǎn)在于各項試驗是否成功，整體關(guān)鍵技術(shù)和各種系統(tǒng)能力是否能夠?qū)崿F(xiàn)[4]。

2.3 評估準(zhǔn)則

關(guān)鍵技術(shù)的評估結(jié)論由“技術(shù)驗證度”為評語，結(jié)論表述形式為（完全驗證、驗證、基本驗證、未驗證）。評估準(zhǔn)則如表1所示。

系統(tǒng)能力評估的評估結(jié)論由“能力具備度”衡量，結(jié)論表述形式為（具備、不具備）。評估準(zhǔn)則如表2所示。

試驗結(jié)果的評估結(jié)論由“試驗完成度”為評語，結(jié)論表述形式為（圓滿完成、完成、基本完成、未完成）。評估準(zhǔn)則如表3所示。

技術(shù)評估結(jié)論由“試驗成功度”為評語，結(jié)論表述形式為（圓滿成功、成功、基本成功、未成功）。評估準(zhǔn)則如表4所示。

表1 關(guān)鍵技術(shù)評估準(zhǔn)則(技術(shù)驗證度)

Tab.1 Key technology evaluation criteria (technical verification)

表2 系統(tǒng)能力評估準(zhǔn)則(能力具備度)

Tab.2 System capability evaluation criteria (capability fitness)

表3 試驗結(jié)果評估準(zhǔn)則(試驗完成度)

Tab.3 Test result evaluation criteria (test completion)

表4 技術(shù)評估準(zhǔn)則(試驗成功度)

Tab.4 Technical evaluation criteria (test success)

2.4 評估方法

技術(shù)評估主要基于試驗數(shù)據(jù)，在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，判斷相關(guān)指標(biāo)的可達(dá)性與精度，在此基礎(chǔ)上獲得評估結(jié)論。下面以關(guān)鍵技術(shù)評估結(jié)論“技術(shù)驗證度”為例說明評估方法。

從整體上來說，評估過程分為三個步驟，試驗評估（指標(biāo)驗證）、子技術(shù)評估和匯總決策。試驗評估主要是采用相對精度計算的方法對各項指標(biāo)進(jìn)行評估，為子技術(shù)評估的開展做好準(zhǔn)備。子技術(shù)評估采用加權(quán)求和法得到匯總技術(shù)評估的結(jié)果，即針對蘊(yùn)含同一子項關(guān)鍵技術(shù)的各項試驗的評估結(jié)果以加權(quán)求和的形式計算出數(shù)值結(jié)果，并將該結(jié)果劃分出不同的子項關(guān)鍵技術(shù)評估結(jié)論。匯總決策以決策矩陣為核心，將各子技術(shù)評估結(jié)論進(jìn)行匯總決策，最后得出總技術(shù)的評估結(jié)果。整個評估過程如下圖所示[5-7]。

圖2 評估過程

（1）試驗評估（指標(biāo)驗證）

試驗評估（指標(biāo)驗證）的結(jié)果主要用于子技術(shù)評估。在明確各項試驗的性能指標(biāo)后，對某一項試驗來從可達(dá)性Pl、可用性P2和精度P3這三個方面對其進(jìn)行評估。其中精度以試驗的數(shù)據(jù)為主，用來評估試驗的實(shí)際運(yùn)行狀況與理想狀況間的接近程度，精度以各指標(biāo)的相對精度值來表示；可達(dá)性和可用性以相對精度值為主，用來評估該項試驗的完成程度。而對于單一實(shí)驗來說，其可達(dá)性與可用性表征的含義是相同的，因此僅取可達(dá)性。試驗評估的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

圖3 試驗評估（指標(biāo)驗證）的實(shí)現(xiàn)

試驗評估（指標(biāo)驗證）可達(dá)性P1、精度P3的計算方法如下。

①可達(dá)性P1計算

②精度P3計算

a. 有理想值時的技術(shù)指標(biāo)：

b. 有限定值時的技術(shù)指標(biāo)：

（2）子技術(shù)評估

由于在多個不同的試驗中蘊(yùn)含著同一個技術(shù)，而該技術(shù)在不同的試驗中所起的作用是不同的，也即有不同的權(quán)值。在技術(shù)評估過程中同樣采用可達(dá)性P1、可用性P2、精度P3來表示該項子技術(shù)的驗證程度。對于子技術(shù)評估來說，精度主要以對應(yīng)不同試驗的精度評估結(jié)果為主，用來表示該項技術(shù)對試驗的滿足程度；可達(dá)性以對應(yīng)不同試驗的可達(dá)性評估結(jié)果為主，用來表示該項技術(shù)是否得到驗證；可用性評估以對應(yīng)的不同試驗的精度評估和可達(dá)性評估結(jié)果為主，用來表示該項技術(shù)是否能夠適應(yīng)不同的試驗條件。子技術(shù)評估的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 子技術(shù)評估的實(shí)現(xiàn)

子技術(shù)評估的可達(dá)性P1、可用性P2、精度P3的計算方法如下：

①子技術(shù)評估的可達(dá)性P1計算

②子技術(shù)評估的可用性P2計算

③子技術(shù)評估的精度P3計算

（3）技術(shù)匯總決策評估

技術(shù)匯總決策評估以決策矩陣為主，其中，決策矩陣在實(shí)現(xiàn)過程中以評估矩陣的形式出現(xiàn)。技術(shù)匯總決策評估，依據(jù)決策矩陣，將各子技術(shù)評估結(jié)論作為輸入，得出技術(shù)匯總評估結(jié)論。決策矩陣由相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)專家組給出。匯總決策的實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 技術(shù)匯總決策評估的實(shí)現(xiàn)

2.5 實(shí)施細(xì)則

為了清晰地說明關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)能力的評估方案實(shí)施步驟，以關(guān)鍵技術(shù)評估為例，給出從試驗項目出發(fā)，對應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力，計算可達(dá)性、可用性和精度，最后獲得技術(shù)驗證度/能力具備度結(jié)論的過程。

第一步：構(gòu)建指標(biāo)體系。即構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力指標(biāo)體系。

第二步：統(tǒng)計每一個待評項目所涉及到的試驗，即標(biāo)記出對應(yīng)的在軌試驗項目。在軌試驗項目和需要驗證的關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力之間存在相互關(guān)聯(lián)，一項試驗可驗證多個待評項目，同時，同一待評項目也可在多個試驗中驗證。

第三步：給出關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力評估的準(zhǔn)則與方法。具體過程為：①計算各待評項目在所有與其相關(guān)的試驗中的可達(dá)性P1和精度P3；②進(jìn)一步計算每個待評項目總的可達(dá)性P1、可用性P2、精度P3。

第四步：進(jìn)行評估結(jié)果區(qū)間劃分。前面計算出各待評項目的可達(dá)性P1、可用性P2與精度P3的評估結(jié)果數(shù)據(jù)，需要依據(jù)評估結(jié)果區(qū)間劃分參考值，才能判斷出待評項目P1（得到驗證、未得到驗證）、P2（完全適合、部分適合，不適合）與P3（完全滿足、部分滿足，不滿足）的評估結(jié)果。

第五步：構(gòu)建評估結(jié)論決策矩陣，獲得最終“技術(shù)驗證度”、“能力具備度”的結(jié)論。根據(jù)技術(shù)驗證度決策矩陣，結(jié)合可達(dá)性P1、可用性P2與精度P3等評估結(jié)果，綜合判斷待評項目的技術(shù)驗證度（完全驗證、驗證、基本驗證、未驗證）結(jié)論；依據(jù)能力具備度決策矩陣，結(jié)合可達(dá)性P1、可用性P2與精度P3等評估結(jié)果，綜合判斷待評項目的能力具備度（完全驗證、驗證、基本驗證、未驗證）結(jié)論[8-10]。

提煉以上五個實(shí)施步驟如圖6所示。

表5是關(guān)鍵技術(shù)分解及指標(biāo)參照值和技術(shù)驗證度過程示意圖

圖6 技術(shù)評估方案實(shí)施步驟圖

表5 關(guān)鍵技術(shù)分解及指標(biāo)參照值

Tab.5 Key Technology Decomposition and index reference value

圖7 技術(shù)評估結(jié)論過程示意圖（以技術(shù)驗證度為例）

3 結(jié)論

開展空間維護(hù)技術(shù)試驗評估研究，本文提出的技術(shù)評估過程分為三個步驟：試驗評估、技術(shù)評估和匯總決策。依據(jù)評估目的、原則和要求，構(gòu)建指標(biāo)體系,設(shè)計評估準(zhǔn)則，建立了完整的評估分析方法。最后，依據(jù)評估流程統(tǒng)計待評相關(guān)試驗、說明關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、劃分評估結(jié)果區(qū)間等步驟詳細(xì)說明了技術(shù)評估方法實(shí)現(xiàn)及細(xì)則。

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Research on Technical Evaluation Method for Tests of Space Maintenance Technology

CHAI Li, WANG Jie-juan

(Space Engineering University, Beijing 101416, China)

The space maintenance technology tests lay the technical foundation for formation of space ability. First, Research on situation abroad of test evaluation, study theoretical basic of USA military space systems test and evaluation, Second, Aim at insufficient in space system technical evaluation in China, this paper sets up the complete evaluation and analysis method following the steps of analyzing the key technology and the test items,statistics of relative evaluating tests, making of evaluation criteria andpartion the evaluation results, etc. In the end, it specifies the implementation and detailed rules for methods of technology evaluation methods in details, provides the basis for the evaluation scheme and provides references for similar technology verification test evaluation in future.

Space maintenance; Technology tests; Technical evaluationevaluation criteria

V417+.9

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.09.017

柴黎(1982-)，碩士研究生。研究方向：信號與信息處理。

本文著錄格式：柴黎，王杰娟. 空間維護(hù)技術(shù)試驗評估方法研究[J]. 軟件，2018，39（9）：79-85