羅大雷，包晨明，肖順吾，王 康

（太原衛(wèi)星發(fā)射中心，太原，030045）

0 引言

航天技術(shù)的發(fā)展促使航天產(chǎn)品越來(lái)越多地應(yīng)用于人們的生活，改變戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)、探索未知領(lǐng)域。近年來(lái)，美國(guó)、俄羅斯、歐洲等在運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射技術(shù)方面持續(xù)推動(dòng)快速化，美國(guó)正在發(fā)展的快速測(cè)試技術(shù)使運(yùn)載火箭測(cè)試時(shí)間壓縮到24 h以?xún)?nèi)，代表了世界先進(jìn)水平，中國(guó)也在持續(xù)推動(dòng)運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射快速化［1］。

面對(duì)高密度、常態(tài)化的航天發(fā)射任務(wù)，需要對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)重點(diǎn)工作及運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射工作快速化進(jìn)行研究。如采用先進(jìn)總線(xiàn)、機(jī)內(nèi)測(cè)試、儀器可互換、箭地一體化設(shè)計(jì)、故障診斷、并行測(cè)試、遠(yuǎn)程測(cè)試支持、閉環(huán)動(dòng)態(tài)測(cè)試、測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)判讀、智能控制與決策等技術(shù)，并對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射技術(shù)、狀態(tài)、組織工作進(jìn)行思考。

1 快速測(cè)試發(fā)射技術(shù)

1.1 先進(jìn)總線(xiàn)技術(shù)

20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，國(guó)際上運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)測(cè)試采用的總線(xiàn)技術(shù)主要有：GPIB、1553B、VXI、PCI、PXI和LXI六種測(cè)試系統(tǒng)，中國(guó)現(xiàn)在主要使用前五種，后一種也即將用于新一代運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)。PXI總線(xiàn)能加快測(cè)試速度和降低測(cè)試成本［2］，LXI總線(xiàn)不僅可以提供機(jī)架和堆疊式儀器的嵌入式測(cè)量方案及PC標(biāo)準(zhǔn)的I/O連接能力，還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備高集成度的插卡式模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)各單機(jī)設(shè)備進(jìn)行基于Web的分布式測(cè)試，有助于電氣系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試，減少人為錯(cuò)誤，利于總線(xiàn)竊聽(tīng)技術(shù)對(duì)箭上設(shè)備輸入和輸出信號(hào)連續(xù)采樣和監(jiān)測(cè)，加快測(cè)試進(jìn)度［3］。

1.2 機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)

現(xiàn)有運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)經(jīng)常使用總線(xiàn)制，而“箭載計(jì)算機(jī)控制各類(lèi)控制器”的分布式總線(xiàn)電氣系統(tǒng)性能更加優(yōu)越，使機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)成為可能。機(jī)內(nèi)測(cè)試采用箭測(cè)模式，將慣性組合、電子程配、伺服機(jī)構(gòu)等單機(jī)自檢信息匯總到總線(xiàn)上，傳輸?shù)降孛鏈y(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)），結(jié)合分布式總線(xiàn)電氣系統(tǒng)，對(duì)單機(jī)芯片實(shí)施測(cè)試［4］。運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)也將采用機(jī)內(nèi)測(cè)試［5］，機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)能夠減少人的測(cè)試操作，減少由于不熟練等原因誘發(fā)的故障，促進(jìn)運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)的故障自動(dòng)判別，縮短排故時(shí)間。

1.3 儀器可互換技術(shù)

運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)及基本測(cè)試的儀器設(shè)備都采用冗余來(lái)保證成功率，儀器可互換技術(shù)最大程度提煉儀器的共同部分，用軟件實(shí)現(xiàn)儀器互換，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。其中的基于信號(hào)驅(qū)動(dòng)和實(shí)時(shí)引擎技術(shù)最為關(guān)鍵［6］。信號(hào)驅(qū)動(dòng)用基于信號(hào)的功能函數(shù)，而不是基于儀器的函數(shù)，調(diào)用底層的基于儀器類(lèi)型的函數(shù)完成儀器動(dòng)作，信號(hào)驅(qū)動(dòng)完成同類(lèi)儀器中95%以上的儀器設(shè)備所共有的能力和屬性［7］。實(shí)時(shí)引擎根據(jù)用戶(hù)意圖、開(kāi)關(guān)或流程完成狀態(tài)轉(zhuǎn)變、消息處理及選擇儀器類(lèi)型。盡可能多地采用儀器可互換技術(shù)后，航天發(fā)射場(chǎng)測(cè)試發(fā)射工作將大幅度減少加注、發(fā)射預(yù)案討論、編寫(xiě)、演練的時(shí)間。

1.4 箭地一體化設(shè)計(jì)技術(shù)

運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)與測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量，科學(xué)規(guī)劃測(cè)試流程，減少箭地接口及通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)箭地?cái)?shù)據(jù)的集中處理、存儲(chǔ)、顯示以及箭地供配電、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息采集的統(tǒng)一。箭地一體化設(shè)計(jì)采用系統(tǒng)內(nèi)部的地面激勵(lì)—箭上反饋—地面采集方式，提高測(cè)試效率，減少航天發(fā)射場(chǎng)箭地測(cè)試人員數(shù)量與工作量，加快測(cè)試發(fā)射進(jìn)度，有利于測(cè)試自動(dòng)化發(fā)展［1，8］。

1.5 故障診斷技術(shù)

運(yùn)載火箭故障診斷技術(shù)主要有：利用噪聲或者干擾信號(hào)的故障診斷；利用專(zhuān)家知識(shí)和人腦分析的專(zhuān)家系統(tǒng)［9］；對(duì)數(shù)據(jù)、狀態(tài)估計(jì)等多種途徑產(chǎn)生殘差，再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值或其他限定條件對(duì)該殘差分析的數(shù)學(xué)模型方法［10］；適用于航天發(fā)射場(chǎng)箭上新操作手的案例推理方法［11］；受限于樣本的部件互聯(lián)、非線(xiàn)性、容錯(cuò)和聯(lián)想的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷；高效率低成本的對(duì)故障準(zhǔn)確定位的分布式多傳感器技術(shù)；基于電氣系統(tǒng)特定測(cè)試發(fā)射流程的故障診斷；根據(jù)電氣系統(tǒng)原理，設(shè)備組成、分布、聯(lián)系，邏輯關(guān)系和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，故障現(xiàn)象，建立的故障樹(shù)分析方法［12］。運(yùn)載火箭故障診斷技術(shù)的提高有助于排除測(cè)試故障，加快測(cè)試發(fā)射進(jìn)度。

1.6 并行測(cè)試技術(shù)

并行測(cè)試是同一時(shí)間段內(nèi)對(duì)不同的設(shè)備或相同設(shè)備的不同項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，增加單位時(shí)間里被測(cè)設(shè)備或項(xiàng)目的數(shù)量，提高測(cè)試儀器利用率，縮短測(cè)試周期。運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)箭上和地面的主控軟件使用信息流控制不同的分布式執(zhí)行終端，并行測(cè)試電氣系統(tǒng)儀器設(shè)備。通過(guò)火箭電氣系統(tǒng)箭上和地面的接口開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，將電氣系統(tǒng)不同被測(cè)設(shè)備接入，根據(jù)任務(wù)流程交錯(cuò)的測(cè)試，自動(dòng)調(diào)度電氣系統(tǒng)不同設(shè)備并行測(cè)試，而且可以對(duì)設(shè)備內(nèi)部的多項(xiàng)參數(shù)并行測(cè)試。并行測(cè)試涉及到測(cè)試流程優(yōu)化、任務(wù)分解、測(cè)試儀器分配和軟件多線(xiàn)程設(shè)計(jì)，需要在任務(wù)前期就對(duì)測(cè)試流程和測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃［1，13］。

1.7 遠(yuǎn)程測(cè)試及支持技術(shù)

運(yùn)載火箭遠(yuǎn)程測(cè)試可以使不同單位的航天專(zhuān)家在多地對(duì)處于不同總裝廠(chǎng)房、航天發(fā)射場(chǎng)的運(yùn)載火箭進(jìn)行測(cè)試，提高效率，減少測(cè)試時(shí)間。遠(yuǎn)程測(cè)試可以將測(cè)試的指令和控制區(qū)放在發(fā)射場(chǎng)，由專(zhuān)家遠(yuǎn)程監(jiān)視判讀，也可以將測(cè)試指令、控制、監(jiān)視、判讀信息都傳遞給專(zhuān)家，發(fā)射場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行線(xiàn)纜連接和硬件操作［14］。遠(yuǎn)程測(cè)試需要可視化交互技術(shù)；測(cè)試、視頻、音頻數(shù)據(jù)同步傳輸流量管理技術(shù)；控制系統(tǒng)的箭機(jī)、慣組、伺服機(jī)構(gòu)，電池等多種異構(gòu)數(shù)據(jù)的集中采集、存儲(chǔ)、傳輸技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)電磁閥、電爆管的實(shí)景鏡像的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)支持［15］。

1.8 閉環(huán)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)

目前運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)普遍采用攝動(dòng)制導(dǎo)，地面測(cè)試時(shí)模擬飛行程序角無(wú)論如何變化，都不會(huì)對(duì)慣性組合產(chǎn)生反饋信號(hào)，對(duì)不同狀態(tài)或干擾情況需單獨(dú)模擬飛行。迭代制導(dǎo)根據(jù)目標(biāo)軌道和當(dāng)前位置、速度，實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)載火箭的入軌點(diǎn)、飛行程序角。運(yùn)載火箭采用迭代制導(dǎo)模擬飛行測(cè)試時(shí)，箭上計(jì)算機(jī)不僅像攝動(dòng)制導(dǎo)一樣需要采集慣性器件的導(dǎo)航信息控制伺服機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)擺向，還需要采集執(zhí)行命令后的伺服機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)擺向信息反饋給慣性器件和箭機(jī)，作為下一個(gè)狀態(tài)的起始信息。迭代制導(dǎo)可以一次模擬飛行測(cè)試的多種狀態(tài)及干擾，減少測(cè)試次數(shù)［16］。

1.9 自動(dòng)判讀技術(shù)

電氣系統(tǒng)一次狀態(tài)變化作為一個(gè)事件，相關(guān)數(shù)據(jù)與之綁定，專(zhuān)家將各種測(cè)試情況整理成測(cè)試軟件，借助計(jì)算機(jī)將測(cè)試中每個(gè)事件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與事件預(yù)先綁定的數(shù)據(jù)比對(duì)，異常則報(bào)警，并生成工作日志及測(cè)試結(jié)果［17］。隨著機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)箭機(jī)可以監(jiān)聽(tīng)總線(xiàn)上的所有單機(jī)進(jìn)行自動(dòng)判讀，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)使用遙測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)判讀，兩組不同的判讀技術(shù)可以相互輔助驗(yàn)證。測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)判讀技術(shù)可以提高效率，減少發(fā)射場(chǎng)工作人員任務(wù)量，縮短測(cè)試周期［18］。

1.10 智能控制與決策技術(shù)

運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)箭機(jī)通過(guò)總線(xiàn)收集單機(jī)自測(cè)試信息并自動(dòng)判讀，將有效減少測(cè)試人員工作量，提高測(cè)試速度。智能控制通過(guò)可見(jiàn)光、紅外、激光等方式的機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集；利用已有的數(shù)學(xué)規(guī)律處理日益復(fù)雜的設(shè)備、系統(tǒng)產(chǎn)生的模擬量、數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)；分系統(tǒng)、總檢查測(cè)試遠(yuǎn)程對(duì)運(yùn)載火箭進(jìn)行故障診斷、定位；發(fā)射、飛行時(shí)的自動(dòng)安全控制；電氣系統(tǒng)可靠性、風(fēng)險(xiǎn)分析；專(zhuān)家意見(jiàn)集成、建模，形成決策支持［19-21］。

1.11 其它

加強(qiáng)運(yùn)載火箭及測(cè)發(fā)控系統(tǒng)健康管理技術(shù)研究，提高其自測(cè)能力，減少人為測(cè)試項(xiàng)目和故障排除時(shí)間。加強(qiáng)航天發(fā)射場(chǎng)“兵棋推演”技術(shù)研究，提高不同運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射效率，提高年發(fā)射能力。

2 航天發(fā)射場(chǎng)快速測(cè)試發(fā)射的思考

對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)崗位人才能力要求進(jìn)行分析，如圖1所示。測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的技術(shù)決定運(yùn)載火箭的測(cè)試發(fā)射狀態(tài)，測(cè)試發(fā)射狀態(tài)包括靜態(tài)的各產(chǎn)品選擇、連接等，也包括動(dòng)態(tài)的測(cè)試信息流程、數(shù)據(jù)變化等，分為發(fā)射試驗(yàn)、日常訓(xùn)練、維護(hù)保養(yǎng)等。測(cè)試發(fā)射狀態(tài)決定專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)、活動(dòng)組織等。優(yōu)秀的人員組織有助于狀態(tài)協(xié)調(diào)更加高效，同時(shí)也將促進(jìn)運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的技術(shù)、狀態(tài)的更新發(fā)展，促進(jìn)崗位成才，確保試驗(yàn)任務(wù)向更高水平發(fā)展。

圖1 航天發(fā)射場(chǎng)人才能力分析Fig.1 Analysis of test and launch capability for space launch site

下面主要對(duì)狀態(tài)和組織兩個(gè)方面對(duì)運(yùn)載火箭快速測(cè)試發(fā)射影響進(jìn)行說(shuō)明。

減少航天發(fā)射場(chǎng)人員手動(dòng)對(duì)火工品插頭連接及回路阻值測(cè)試。設(shè)計(jì)箭上控制器和繼電器組合的設(shè)備進(jìn)行火箭回路阻值自檢測(cè)測(cè)試，減少發(fā)射場(chǎng)工作人員使用外接設(shè)備測(cè)試，減少箭上地面狀態(tài)變化和恢復(fù)工作。可將技術(shù)區(qū)2 天和發(fā)射區(qū)1 天的工作壓縮到發(fā)射區(qū)10分鐘的工作量。

使用高性能電池代替現(xiàn)有的地面電源來(lái)減少脫插、脫拔、模擬電纜數(shù)量及狀態(tài)變化。減少有關(guān)地面供電的電纜，保證測(cè)試覆蓋性條件下使箭地接口電纜數(shù)量減少到個(gè)位數(shù)，進(jìn)一步減少狀態(tài)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的狀態(tài)確認(rèn)，狀態(tài)恢復(fù)工作將減少發(fā)射場(chǎng)十分之一以上的工作量，并與真實(shí)飛行狀態(tài)更加一致。

分系統(tǒng)測(cè)試狀態(tài)結(jié)合箭上機(jī)內(nèi)測(cè)試功能，合并測(cè)試項(xiàng)目，考核檢查二狀態(tài)和檢查三狀態(tài)中檢查一狀態(tài)考核不到的功能，減少狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

總檢查測(cè)試狀態(tài)采用閉環(huán)策略，重復(fù)性電池使用，只進(jìn)行檢查一狀態(tài)測(cè)試，對(duì)攝動(dòng)制導(dǎo)和迭代制導(dǎo)在模飛時(shí)采用數(shù)據(jù)替換方式的現(xiàn)有方法改正，測(cè)試閉環(huán)控制，減少模飛次數(shù)。閉環(huán)測(cè)試可以施加干擾，考察高空風(fēng)等因素［22］。雖然減少總檢查次數(shù)，但考核飛行狀態(tài)會(huì)更真實(shí)。測(cè)發(fā)控系統(tǒng)采用健康管理狀態(tài)后，進(jìn)一步提高運(yùn)載火箭測(cè)試設(shè)備智能化水平，降低對(duì)操作人員的要求和故障排查能力的需要，減少時(shí)間精力的耗費(fèi)。

探索一種以航天發(fā)射場(chǎng)人員為主，扁平化、實(shí)時(shí)指揮、高效決策的組織模式。發(fā)射場(chǎng)人員訓(xùn)練應(yīng)保持與真實(shí)測(cè)試發(fā)射狀態(tài)一致，加大科技人才培養(yǎng)。將運(yùn)載火箭和測(cè)發(fā)控系統(tǒng)裝備到發(fā)射場(chǎng)，將測(cè)試工作做在平時(shí)，定時(shí)復(fù)測(cè)，日常保養(yǎng)維護(hù)。加強(qiáng)航天發(fā)射場(chǎng)對(duì)運(yùn)載火箭及其測(cè)發(fā)控系統(tǒng)檢測(cè)、鑒定、維修等能力的建設(shè)。

為實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭測(cè)試發(fā)射快速化，需做好航天發(fā)射場(chǎng)人才培養(yǎng)組織工作。航天發(fā)射場(chǎng)人才評(píng)價(jià)工作劃分尖、高、中、初四種層次，分層次評(píng)價(jià)。堅(jiān)持九位一體的人才評(píng)價(jià)體系，以論文、項(xiàng)目、專(zhuān)利、著作、軟件著作權(quán)、標(biāo)準(zhǔn)、競(jìng)賽、教材、職業(yè)教育課程九個(gè)方面進(jìn)行人才的評(píng)價(jià)工作。督促提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。以是否有利于航天發(fā)射場(chǎng)全面發(fā)展建設(shè)，是否有利于人才培養(yǎng)，是否有利于航天發(fā)射場(chǎng)核心能力提高為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，激勵(lì)人才主動(dòng)作為。

針對(duì)快速測(cè)試發(fā)射需求，做好組織評(píng)價(jià)工作。管理任何一個(gè)組織，要想健康快速地發(fā)展都需要健全高效的組織架構(gòu)、管理體系，提升活力，營(yíng)造積極向上、團(tuán)結(jié)協(xié)作的氛圍。

航天發(fā)射場(chǎng)在串行任務(wù)逐漸飽和的情況下，繼續(xù)提高年發(fā)射能力要考慮不同運(yùn)載火箭并行測(cè)試，現(xiàn)有技術(shù)、狀態(tài)條件也將逐步支持并行測(cè)試。在組織層面要考慮組織扁平化，人員、設(shè)備、后勤在一定時(shí)期內(nèi)在不同組織流動(dòng)的及時(shí)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)航天發(fā)射活動(dòng)已經(jīng)進(jìn)入高密度狀態(tài)，同一個(gè)航天發(fā)射場(chǎng)在同一時(shí)間段會(huì)有多發(fā)運(yùn)載火箭任務(wù)并行，而且未來(lái)會(huì)更加頻繁。航天發(fā)射場(chǎng)負(fù)責(zé)對(duì)火箭各系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試、電池充電、方位瞄準(zhǔn)、諸元裝訂并實(shí)施發(fā)射。測(cè)試發(fā)射工作是航天發(fā)射場(chǎng)的中心工作，是航天活動(dòng)的基礎(chǔ)工作，工作重要且任務(wù)繁重。研究運(yùn)載火箭快速測(cè)試發(fā)射技術(shù)、狀態(tài)和組織，有助于航天發(fā)射場(chǎng)中心工作的開(kāi)展，有助于滿(mǎn)足中國(guó)日益繁重的航天活動(dòng)需求。