美军航天装备试验鉴定体系措施分析与启示

姜盛鑫、韩天龙、陆宏伟、李鸿儒、商乾 /中国航天标准化研究所

研发一项新型航天装备对各国来说都不是一件容易的事。事实上，航天工程是当今最为典型的复杂大系统工程，具有规模庞大、系统复杂、技术密集、综合性强等特点。美军航天装备试验鉴定体系源于基础的系统工程，其包括了对硬件和软件的建模与仿真、试验与分析、飞行与作战的测试评价。试验鉴定工作从笼统意义上可分为2 个部分，即“试验”是指对硬件和软件测试中的可量化和可测量数据的实际采集，“鉴定” 是指对测量和处理的数据信息进行分析和评定。

试验鉴定体系在美军装备采办工作中处于十分重要的位置。“国防采办” 通常是指发展、获取和使用高新技术装备全过程的活动，包括需求分析、立项、设计、研制、试验、生产、保障、改进及退役报废等全过程。美国国防部相关文件中要求“试验鉴定应贯穿国防采办过程。试验鉴定必须能够向决策者提供基本信息，评估技术性能参数的实现情况，并确定系统是否在预期用途下具备操作有效性、适用性、可生存性和安全性。” 可以预见到的是，完备的试验鉴定流程能够带来诸多优点，如能够为装备从前期设计研制到后期投入使用全流程提供坚定信心，能够有效降低因潜在缺陷导致功能异常的风险，能够清晰展示科研任务项目的价值。

一、美军航天装备试验鉴定体系的多层措施

试验鉴定贯穿于美军航天装备全生命流程，涉及的影响因素复杂多变，所以有必要从环境、性能、系统、发射场以及在轨等多个层面对航天装备试验鉴定进行全面分析，以便为各项工作开展提供完备的综合措施。

1.环境层面

由于环境是任何活动开展所必须考虑的根本因素，同时对于航天装备来说，其发射和在轨环境更加严苛复杂，所以在美军航天装备试验鉴定体系中，环境因素被列为首要因素。为了确保发射任务成功且在轨服役正常，有必要明确定义环境，并缜密预测极端情况；通过分析计算确定超出这些极限的裕度以及持续时间，从而给出保守的设计和试验要求。除了发射和在轨环境外，装备还必须承受从制造、处理、测试和储存等流程环境中引发的问题，见表1。

2.性能层面

航天装备除了必须经受住来自环境的苛刻考验外，还必须具备达到特定性能的指标要求。在单机、部组件、分系统等开展性能试验时，应当在合适的环境下明确测试内容，完成所有单元（主要单元和冗余单元）的正确操作，并在可行范围内执行所有指令和操作模式，同时利用仪表、接口类组件配合完成测试，后续还需验证最大与最小极限范围内的相关性能。性能试验期间采集的数据将用于支撑各单机、部组件、分系统的鉴定工作，更新或验证运行状态下的单机、部组件、分系统的预测模型，以及为地面测试条件进行适当调整时提供参考。此外，在装备集成之前，有必要对所有主要、冗余硬件和软件功能的正确操作进行分级演示，以避免因操作不当导致性能无法正常发挥的情况。

3.系统层面

单机、部组件、分系统的功能通过性能层面得到测试验证，系统层面则关注于装备各分系统集成后的总体功能与性能，同时还要重点关注各分系统的接口测试，从而充分发挥装备的实际性能与作战能力（见图1） 。系统间测试不仅局限于航天装备的系统功能，还需要地面、空间、用户等配套系统来共同完成。首先，分别建立各对口分系统与地面、空间、用户等系统的链接，测试其链接性能：其次，需要关注多条链接一起运行时的性能影响，这些测试使得验证特定系统功能需求与外部接口需求兼容性成为可能；最后，根据作战场景，将测试采集的数据用于评定装备实际性能，并按需开展相应的备份工作，同时将其用于更新后续新研系统性能模型。

4.发射场层面

航天装备运到发射场后的测试有3 个基本目的：一是要确保航天装备在出厂运输过程中没有损坏：二是要确保发射场基础设施能够保障发射任务顺利开展；三是要确保航天装备加注燃料后的安全状态。发射场测试对于评估发射任务系统的完成程度和发射资源系统的利用程度具有重要意义，同时也是缩短研制周期性、提升方案可行性的有效途径。

5.在轨层面

航天装备顺利入轨后的运行状态测试也是美军试验鉴定体系的重要环节。通过在轨测试装备的主要系统功能，对航天装备是否按设计实际运行进行判断，为航天装备发挥期望效能提供科学依据。该测试包括3 个主要测试阶段：一是初始化状态下实施检查确认；二是正常运行状态下实施操作和维护；三是异常状态下实施特殊故障排除。

表1 不同阶段的环境分析

图1 系统层面测试流程

二、几点启示

随着我国加速由航天大国向航天强国迈进，国家对先进的批量化航天装备的发展，以及保障进入空间、探索和利用空间资源的能力提出了更高、更广泛的需求，对我国航天装备试验鉴定工作的迅速实施提出了更严峻的挑战。通过研究美军航天装备试验鉴定体系的相关内容，分析其方式方法与成功经验，有助于对我国航天装备试验鉴定工作的开展提供参考借鉴。

1.加强顶层政策指导

航天装备试验鉴定工作作为国家级系统工程，是我国对航天装备又好又快发展的意志体现，需要顶层政策进行统筹规划。航天装备试验鉴定工作需要经历长期的发展过程，顶层政策需要与时俱进，多轮迭代，保持长效。因此，急需利用顶层政策的威慑力，针对航天装备试验鉴定工作诠释实践的目标意义，完善部门运转的职能制度，从而为各级工作开展提供指导依据，为各项措施执行注入驱动信心。

2.加强测试内容设计

航天装备测试内容是为支撑装备发挥功能性、适用性以及可靠性而开展的必要任务，能够对鉴定评价数据的信息采集提供支撑。因此，测试内容可以看作是试验鉴定工作中的关键环节之一，直接决定着整体工作的成败。航天装备试验鉴定工作中的测试内容庞大复杂，需要加强测试内容分解设计，并结合装备使用特征和期望效能，科学合理地完善测试内容，明确各级测试“干什么” 的问题。

3.加强测试流程优化

航天装备测试流程是统筹规划装备测试内容，对全过程中的测试任务进行系统合理的划分，明确各阶段测试安排。为了更好地完成测试目标，充分发挥测试作用，避免测试中出现拖沓重复，有必要加强测试流程优化。基于先前完成的测试经验，并结合后续需要开展的测试内容，通过多重创新对测试流程进行综合优化，进而系统解决测试“怎么干” 的问题。

4.加强鉴定评价验证

鉴定评价是试验鉴定工作中另一个重要部分，航天装备在完成一系列测试、投入批量生产前，需要鉴定评价工作，以确定装备是否达到规划要求，并体现出科研项目价值。因此，需由权威专业人员借助可量化、可考核、可执行的验证措施，全面覆盖鉴定评价流程，同时确保过程可重复、问题可追溯，进而加强鉴定评价验证。

5.加强标准规范编制

标准规范是保证航天装备试验鉴定这项复杂系统工程能够顺利开展的重要基础。加强标准规范编制，将试验鉴定全过程中涉及的各责任主体的测试内容、测试流程、鉴定评价等相关对象进行标准化规范，建立可广泛应用且方便管理的标准库，可在一定程度上降低不确定性的出现，进而确保试验鉴定工作成为有组织秩序、有严格把控的装备活动。

我国航天装备试验鉴定工作的实施是快速提升装备质量，显著发挥装备效能的直接手段，尚且需要经历漫长的发展过程。通过对美军航天装备试验鉴定体系中的相关内容进行解读分析，找寻我国航天装备试验鉴定工作可借鉴的成功经验和可行方法，筑牢我国航天装备发展的新力量。