韓 冬, 鞏生波, 王麗俐, 楊 雷

(1.中國(guó)空間技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)部, 北京 100094; 2.北京衛(wèi)星制造廠有限公司, 北京 100094)

1 引言

重量是載人航天器和衛(wèi)星寶貴的資源,對(duì)于載人登月工程尤為重要,重量設(shè)計(jì)的優(yōu)劣間接反映了系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。由于航天器系統(tǒng)復(fù)雜,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段,往往會(huì)面臨重量指標(biāo)分配不合理,設(shè)計(jì)重量超重的情況,需要進(jìn)行多輪的設(shè)計(jì)迭代和重量?jī)?yōu)化,降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。目前尚無(wú)指導(dǎo)航天器系統(tǒng)重量指標(biāo)分配和評(píng)價(jià)重量設(shè)計(jì)優(yōu)劣的方法和程序。

產(chǎn)品成功數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法已在運(yùn)載火箭和載人航天器單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)中得到應(yīng)用,在產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析方面得到良好效果,但尚未應(yīng)用到航天器系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

針對(duì)上述情況,本文在系統(tǒng)研究空間站組裝建造階段各載人航天器和遙感衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星產(chǎn)品實(shí)物重量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,結(jié)合系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程,基于成功包絡(luò)線分析理論[1-2],對(duì)載人航天器產(chǎn)品重量的一般規(guī)律進(jìn)行總結(jié),并結(jié)合其他衛(wèi)星的重量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,建立基于指導(dǎo)產(chǎn)品重量指標(biāo)分配和評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)重量?jī)?yōu)劣的量化評(píng)價(jià)模型,給出載人航天器重量存在的薄弱環(huán)節(jié)和后續(xù)優(yōu)化的方向,加速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的快速收斂,為載人登月工程飛行器的重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

2 航天器重量設(shè)計(jì)參數(shù)

航天器產(chǎn)品包括飛行器結(jié)構(gòu)、平臺(tái)單機(jī)產(chǎn)品、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng),不包括航天器各類工質(zhì)推進(jìn)劑、飛行任務(wù)搭載產(chǎn)品和各種“小、遠(yuǎn)、散”產(chǎn)品。

2.1 系統(tǒng)重量參數(shù)

用WS表示航天器發(fā)射重量,用WP表示平臺(tái)單機(jī)產(chǎn)品的總重量(即航天器所有分系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)品的重量和),用WJ表示艙體結(jié)構(gòu)重量,用WD表示電纜網(wǎng)重量,用WG表示管路網(wǎng)重量。用下標(biāo)i代表不同航天器型號(hào),各類航天器的重量分別表示為WSi,WPi,WJi,WDi,WGi。

艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)、管路網(wǎng)本身與各分系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)品有密切接口關(guān)系,自身的重量設(shè)計(jì)與系統(tǒng)重量緊密耦合,用Vi表示艙體結(jié)構(gòu)的體積,艙體體積越大,電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)的長(zhǎng)度越長(zhǎng);用niQ代表艙體電纜網(wǎng)上電連接器的數(shù)量,電連接器數(shù)量越多,說(shuō)明電纜網(wǎng)連接的電子單機(jī)數(shù)量越多,連接關(guān)系越復(fù)雜。將艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)的重量作為航天器系統(tǒng)層面的重量進(jìn)行分析,包含重量占比和重量效益指數(shù)2 類參數(shù),其中,用a,b,r分別表示艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)的重量占比;用α,β,γ分別表示艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)的重量效益指數(shù)(每單位空間體積內(nèi)的產(chǎn)品重量),其參數(shù)表達(dá)式和意義詳見(jiàn)表1 所示。

2.2 分系統(tǒng)重量參數(shù)

用nij表示某航天器某分系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)品的總數(shù)量;用WPijO表示某航天器某分系統(tǒng)平均單機(jī)產(chǎn)品的重量占比,則WPijO=P/nij。

2.3 單機(jī)重量參數(shù)

2.3.1 按功能專業(yè)劃分重量參數(shù)

根據(jù)Q/QJA750《航天單機(jī)產(chǎn)品分類》[3]的規(guī)定,單機(jī)產(chǎn)品按照功能和專業(yè)進(jìn)行歸類劃分,某類單機(jī)產(chǎn)品的重量為WPik。用K代表該類單機(jī)產(chǎn)品重量和的重量占比,則K=100WPik/WSi。其中,k∈{1,2,…26},k的取值代表單機(jī)不同的功能專業(yè)分類,如表2 所示。

表2 航天器產(chǎn)品功能專業(yè)劃分示意表Table 2 Discipline classification of spacecraft product functions

用nik表示某航天器某功能專業(yè)類別單機(jī)產(chǎn)品的總數(shù)量,用WPikO表示該類單機(jī)產(chǎn)品的平臺(tái)每臺(tái)重量,則WPikO=K/nik。

2.3.2 按關(guān)鍵重要程度劃分重量參數(shù)

用Wz代表關(guān)鍵重要單機(jī)的重量,用Wzi代表某航天器所有關(guān)鍵重要單機(jī)的重量和,用Z代表關(guān)鍵重要單機(jī)的重量占比, 則Zi=100Wzi/WSi。

用niz表示某航天器關(guān)鍵重要單機(jī)產(chǎn)品的總數(shù)量,用WziO表示該飛行器平均每臺(tái)關(guān)鍵單機(jī)的重量占比,則有WziO=Zi/niz。

2.4 重量參數(shù)小結(jié)

以某單一航天器為例,對(duì)航天器系統(tǒng)總體、分系統(tǒng)和單機(jī)產(chǎn)品共3 個(gè)層次與重量設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)定義和表達(dá)式進(jìn)行總結(jié),如表3 所示。

表3 航天器各級(jí)產(chǎn)品重量參數(shù)表達(dá)式匯總表Table 3 Summary of weight parameter expressions of spacecraft products at all levels

3 航天器重量控制流程

3.1 航天器重量設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一般經(jīng)歷如下過(guò)程:

1) 型號(hào)總體按照工程總體要求和飛行任務(wù)需求,確定系統(tǒng)功能性能指標(biāo),以發(fā)射重量為約束,參考以往航天器數(shù)據(jù),與分系統(tǒng)進(jìn)行初步迭代,確定艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)等具有整船器功能的重量分配指標(biāo)和各分系統(tǒng)重量指標(biāo)的初步意見(jiàn);

2) 分系統(tǒng)按照總體要求和分配的重量約束,開(kāi)展分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),確定分系統(tǒng)產(chǎn)品配套,并在分系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)展各單機(jī)重量分配;

3) 按照分系統(tǒng)要求,單機(jī)根據(jù)產(chǎn)品功能和專業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展詳細(xì)設(shè)計(jì),確定單機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)重量;

4) 分系統(tǒng)組織識(shí)別產(chǎn)品關(guān)鍵特性,確定關(guān)鍵單機(jī),匯總所有單機(jī)重量概況,對(duì)照分配的重量約束,開(kāi)展重量?jī)?yōu)化迭代設(shè)計(jì)工作,滿足總體對(duì)分系統(tǒng)的要求;

5) 系統(tǒng)總體對(duì)艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)的重量進(jìn)行優(yōu)化,并匯總所有分系統(tǒng)、單機(jī)產(chǎn)品的重量設(shè)計(jì)情況,在系統(tǒng)重量、功耗、布局、熱流等維度開(kāi)展多方案比較和系統(tǒng)優(yōu)化,進(jìn)一步開(kāi)展重量?jī)?yōu)化迭代設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。

可以看出,系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的重量迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)也遵循V 型開(kāi)發(fā)流程,包括自頂向下的重量分配與指標(biāo)分解和自底向上的重量匯總與迭代優(yōu)化2 個(gè)過(guò)程,根據(jù)航天器任務(wù)和產(chǎn)品不同特點(diǎn),重量的迭代優(yōu)化往往經(jīng)歷V 型,W 型或多個(gè)W型的設(shè)計(jì)過(guò)程[4-5],如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段重量的設(shè)計(jì)過(guò)程示意圖Fig.1 Schematic diagram of weight design process in system development stage

3.2 航天器重量設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制流程

本文按照系統(tǒng)總體、分系統(tǒng)和單機(jī)3 個(gè)層次,對(duì)自頂向下的重量預(yù)計(jì)與分配過(guò)程和自底向上的重量匯總與優(yōu)化過(guò)程,識(shí)別重量設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制點(diǎn),基于載人航天領(lǐng)域各飛行器(神舟載人飛船、天宮空間實(shí)驗(yàn)室、天舟貨運(yùn)飛船、天和核心艙和問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙)重量的實(shí)際情況,建立量化的重量設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),最大程度地減少重量設(shè)計(jì)中W 型迭代過(guò)程,用于指導(dǎo)后續(xù)航天器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段的重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。

可以看出,沿著系統(tǒng)重量指標(biāo)自頂向下的逐級(jí)分解和自底向上逐級(jí)匯總優(yōu)化的過(guò)程,在系統(tǒng)、分系統(tǒng)和單機(jī)層面,分別可識(shí)別確定用于指導(dǎo)和預(yù)計(jì)重量指標(biāo)分配和用于評(píng)價(jià)重量設(shè)計(jì)合理性,并進(jìn)一步指導(dǎo)重量?jī)?yōu)化的質(zhì)量控制點(diǎn)[6],在對(duì)應(yīng)的研制階段,開(kāi)展重量設(shè)計(jì)效果的質(zhì)量評(píng)估與控制,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)快速收斂,以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),質(zhì)量控制點(diǎn)如圖2 所示。將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)代入航天器重量設(shè)計(jì)質(zhì)量控制流程中,可以得到表4 所示的控制程序。

圖2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段重量設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of quality control flow of weight design in system development stage

表4 航天器重量設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制Q 點(diǎn)匯總表Table 4 Summary of quality control Q points in spacecraft weight design process

4 基于成功包絡(luò)理論的航天器重量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

成功數(shù)據(jù)包絡(luò)線理論是一種直觀的方法,通過(guò)對(duì)以往數(shù)據(jù)的分析,提煉出先前的經(jīng)驗(yàn)信息,根據(jù)這些信息人為設(shè)定一個(gè)參考,使之成為決策時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的通道,對(duì)于一個(gè)理想的通道,若產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)測(cè)值在通道內(nèi),則放行產(chǎn)品,以獲得較低的存?zhèn)胃怕?相應(yīng)地,若在通道外,則拒收產(chǎn)品,以獲得較低的棄真概率。

利用對(duì)象重量的平均值WO、最小值Wmin和最大值Wmax建立評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,建立重量設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期與重量有關(guān)的基本設(shè)計(jì)流程,設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn),提出評(píng)價(jià)重量設(shè)計(jì)質(zhì)量和指導(dǎo)重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)的方法,指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)。

針對(duì)不同維度,在不同層面上,利用空間站工程5 個(gè)飛行器的重量數(shù)據(jù),得到表3 中不同重量參數(shù)的平均值、最小值和最大值,形成如圖3 所示的重量評(píng)價(jià)基準(zhǔn),以此開(kāi)展重量設(shè)計(jì)分析。

圖3 基于成功包絡(luò)理論的航天器產(chǎn)品重量分析示意圖Fig.3 Schematic diagram of spacecraft product weight analysis based on success envelope theory

將后續(xù)的航天器型號(hào)中同類對(duì)象的重量設(shè)計(jì)結(jié)果帶入模型公式計(jì)算后,得到相應(yīng)的結(jié)果,會(huì)落入A、B、C、D4 個(gè)區(qū)間中的某一個(gè)區(qū)間。

1)A 區(qū)間。說(shuō)明當(dāng)前型號(hào)設(shè)計(jì)重量占比過(guò)高,在已有的成功數(shù)據(jù)包絡(luò)之外,屬于不正常的情況,還有很大的重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)空間,應(yīng)該加大重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)力度,需落在成功包絡(luò)區(qū)間內(nèi);

2)B 區(qū)間。說(shuō)明當(dāng)前型號(hào)設(shè)計(jì)重量占比偏高,雖然在已有的成功數(shù)據(jù)包絡(luò)之內(nèi),但大于平均值,屬于正常范圍下的不理想情況,還有重量?jī)?yōu)化的空間,需進(jìn)一步優(yōu)化落在C 區(qū)間內(nèi);

3)C 區(qū)間。說(shuō)明當(dāng)前型號(hào)設(shè)計(jì)重量占比適中,優(yōu)于已有型號(hào)同類對(duì)象重量的平均水平,但減重優(yōu)化是持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程,是不懈追求的目標(biāo),需要進(jìn)一步優(yōu)化,落到D 區(qū)間;

4)D 區(qū)間。說(shuō)明當(dāng)前型號(hào)重量設(shè)計(jì)占比最低,以達(dá)到歷史最好水平,航天器是系統(tǒng)工程,這時(shí)需要與其他分系統(tǒng)和功能迭代優(yōu)化,追求整體重量最優(yōu),因此,需要關(guān)注其他部分重量不合理的風(fēng)險(xiǎn),必要時(shí)犧牲本部分的重量。

5 載人航天器重量評(píng)價(jià)模型

對(duì)載人航天空間站工程的載人飛船、貨運(yùn)飛船、空間實(shí)驗(yàn)室、天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙共5 個(gè)載人航天器產(chǎn)品的重量數(shù)據(jù),對(duì)照表3 中的參數(shù),按照型號(hào)、分系統(tǒng)、產(chǎn)品名稱、專業(yè)類別、關(guān)鍵程度、數(shù)量、重量、重量占比進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì),得到載人航天器重量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)樣本。

5.1 系統(tǒng)層面

將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)模型公式,獲得各類重量評(píng)價(jià)參數(shù),得到各載人航天器結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)重量參數(shù)數(shù)據(jù),如表5 所示。

表5 各載人航天器結(jié)構(gòu)重量、電纜網(wǎng)重量和管路網(wǎng)重量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總表Table 5 Summary of basic data of structure weight, cable network weight and pipeline network weight of manned spacecraft

由表5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù),按照評(píng)價(jià)模型的公式可進(jìn)一步得到載人航天器艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)、管路網(wǎng)重量占比和重量效益指數(shù)的平均值和極值,如表6所示,以此可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的不同階段用來(lái)評(píng)價(jià)重量指標(biāo)分配和重量設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性。

表6 載人航天器結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)重量占比和重量效益指數(shù)均/極值匯總表Table 6 Summary of average/extreme values of weight ratio and weight benefit index of manned spacecraft structure, cable network and pipeline network

以艙體結(jié)構(gòu)的重量占比和重量效益指數(shù)為例,評(píng)價(jià)準(zhǔn)則詳見(jiàn)圖4 和圖5 所示。

圖4 艙體結(jié)構(gòu)在發(fā)射重量占比評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Fig.4 Evaluation criteria for proportion of cabin structure in launching weight

圖5 艙體結(jié)構(gòu)重量效益指數(shù)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Fig.5 Evaluation criteria of cabin structure weight benefit index

5.2 分系統(tǒng)層面

將各載人航天器分系統(tǒng)重量和分系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)品數(shù)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)模型計(jì)算公式,得到載人航天器分系統(tǒng)重量占比的均值和極值,以及載人航天器各分系統(tǒng)平均每臺(tái)單機(jī)產(chǎn)品重量占比的均值和極值,如表7、表8 所示。

表7 載人航天器分系統(tǒng)重量占比均/極值匯總表Table 7 Summary of average/extreme weights of manned spacecraft subsystem

表8 分系統(tǒng)平均每臺(tái)單機(jī)重量占比均/極值匯總表Table 8 Summary of average/extreme values of average weight of each single unit of subsystem

以熱控分系統(tǒng)的分系統(tǒng)重量占比和分系統(tǒng)每臺(tái)單機(jī)產(chǎn)品的重量占比為例,評(píng)價(jià)準(zhǔn)則詳見(jiàn)圖6和圖7 所示。

圖6 熱控分系統(tǒng)發(fā)射重量占比評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Fig.6 Evaluation criteria for percentage of transmitting weight of thermal control subsystem

圖7 熱控分系統(tǒng)單機(jī)平均發(fā)射總量占比評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Fig.7 Evaluation criteria for proportion of average total emission of single machine of thermal control subsystem

5.3 單機(jī)層面

將各載人航天器各功能專業(yè)單機(jī)產(chǎn)品重量和數(shù)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)模型計(jì)算公式,得到載人航天器各功能專業(yè)單機(jī)平均每臺(tái)單機(jī)重量占比的均值和極值,如表9 所示。

表9 各功能專業(yè)類型單機(jī)平均每臺(tái)單機(jī)重量占比均/極值匯總表Table 9 Summary of average/extreme values of average weight of each single unit of various functional disciplines %

將各載人航天器關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品重量和數(shù)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)模型計(jì)算公式,得到載人航天器關(guān)鍵單機(jī)重量占比和平均每臺(tái)關(guān)鍵單機(jī)重量占比的均值和極值,如表10 所示。

表10 關(guān)鍵單機(jī)重量占比和平均每臺(tái)關(guān)鍵單機(jī)重量占比均/極值匯總表Table 10 Summary of weight percentage of key single machine and average/extreme value of weight percentage of each key single machine %

5.4 與其他衛(wèi)星型號(hào)對(duì)比分析

查閱通訊衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星分系統(tǒng)重量占比的相關(guān)數(shù)據(jù),并與載人航天器產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)比分析,詳見(jiàn)表11 所示。可以看出:①結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)的重量占比載人系列高于衛(wèi)星系列;②推進(jìn)分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)的重量占比載人系列與衛(wèi)星系列相當(dāng);③供配電、綜合電子、測(cè)控分系統(tǒng)的重量占比載人系列低于衛(wèi)星系列。

表11 載人系列與衛(wèi)星系列型號(hào)分系統(tǒng)重量占比統(tǒng)計(jì)表Table 11 Statistics of weight proportion of subsystems of manned series and satellite series models%

5.5 小結(jié)

本文通過(guò)數(shù)據(jù)分析,可以得到載人航天器各級(jí)產(chǎn)品重量的基本趨勢(shì),反映載人航天器研制過(guò)程與重量設(shè)計(jì)有關(guān)的基本規(guī)律。

1)系統(tǒng)層面。載人航天器艙體結(jié)構(gòu)重量占發(fā)射總量的占比約為24%,航天器電纜網(wǎng)重量占航天器發(fā)射重量的比重約為5%,航天器管路網(wǎng)重量占發(fā)射重量的比重約為1%,載人航天器艙體結(jié)構(gòu)、電纜網(wǎng)和管路網(wǎng)三者總量之和占發(fā)射重量的占比約為30%。

2)分系統(tǒng)層面。①載人航天器分系統(tǒng)重量占比中,電源、推進(jìn)、GNC 和測(cè)控通信4 個(gè)負(fù)責(zé)姿軌控控制、能源動(dòng)力和測(cè)控通信功能的關(guān)鍵分系統(tǒng)的重量占比最大,分別約占8%、7%、4%和2%,4 個(gè)關(guān)鍵分系統(tǒng)總重量約占發(fā)射重量的20%;②環(huán)控生保、熱控、乘員和儀表照明等與載人環(huán)境有關(guān)的分系統(tǒng)總重量占比次之,分別約占7.5%、2.5%、1%和0.5%,總重量約占發(fā)射重量的12%;③交會(huì)對(duì)接敏感器、對(duì)接機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂和回收傘系統(tǒng)等具有載人航天器特點(diǎn)的功能部組件的重量占比依次約為3.5%、3%、3.5%和5%,約占發(fā)射重量的15%。

3)單機(jī)產(chǎn)品層面。①按照產(chǎn)品的關(guān)鍵重要程度分析,載人航天器關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品的總重量占發(fā)射重量的占比最小值約為16%,最大值約為33%,平均值約為25%;平均每臺(tái)套關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品的重量占發(fā)射重量的占比中最小值約為0.1%,最大值約為0.2%,平均值約為0.15%;②按照單機(jī)產(chǎn)品的功能專業(yè)分析,電池、力矩陀螺、機(jī)械臂和氣瓶等產(chǎn)品的重量占發(fā)射重量的占比最大,分別約為0.3%、0.2%、0.15%和1%,均超過(guò)0.1%;其余功能專業(yè)的單機(jī)產(chǎn)品重量占比均小于1%,并按照電子電氣類、機(jī)械類、光機(jī)電類和機(jī)電類的順序由小到大分布。

4)結(jié)合載人登月工程對(duì)于飛行器的重量要求非?？量痰奶攸c(diǎn),在登月任務(wù)飛行器設(shè)計(jì)時(shí),需要注意以下幾點(diǎn):①對(duì)結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)、環(huán)控分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)的重量給予關(guān)注,對(duì)飛行器的金屬密封結(jié)構(gòu)、防熱結(jié)構(gòu)開(kāi)展減重優(yōu)化設(shè)計(jì);②對(duì)環(huán)熱控分系統(tǒng)開(kāi)展一體化設(shè)計(jì),對(duì)艙內(nèi)外環(huán)熱控管路、回路設(shè)備、工質(zhì)開(kāi)展通用、共用、復(fù)用設(shè)計(jì);③開(kāi)展電氣一體化設(shè)計(jì),減少火工、供電、配電類單機(jī)數(shù)量,以降低重量;④對(duì)氣瓶和電池采用高性能材料,以減少重量。

6 結(jié)論

本文以載人空間站工程神舟載人飛船、天宮空間實(shí)驗(yàn)室、天舟貨運(yùn)飛船、天和核心艙和問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙中各級(jí)產(chǎn)品的重量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為樣本,建立了載人航天器系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品、分系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品和單機(jī)產(chǎn)品重量的成功包絡(luò)線,總結(jié)得到載人航天器產(chǎn)品重量控制的一般規(guī)律。

梳理并細(xì)化航天器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段有關(guān)重量的設(shè)計(jì)流程,識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中有關(guān)重量的質(zhì)量控制點(diǎn);基于成功包絡(luò)線分析理論,建立基于指導(dǎo)產(chǎn)品重量指標(biāo)分配和評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)重量?jī)?yōu)劣的量化評(píng)價(jià)模型;探索建立了基于航天器實(shí)際設(shè)計(jì)研制能力和成功數(shù)據(jù)包絡(luò)為基礎(chǔ)的航天器重量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法和程序,為載人登月工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段重量的優(yōu)化迭代和快速收斂提供了更科學(xué)的量化參考,對(duì)其他衛(wèi)星型號(hào)的系統(tǒng)開(kāi)展也具有指導(dǎo)和借鑒意義。通過(guò)本重量評(píng)價(jià)模型,能夠加速系統(tǒng)最優(yōu)狀態(tài)的可快速迭代收斂,縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效益。