载人空间站工程航天技术试验领域项目遴选程序初探

王正义，尹 钊，杨金禄，宋 研

（北京空间飞行器总体设计部，北京100094）

0 引言

我国载人空间站将于2022年前后完成建造，支持开展大规模多学科的空间科学研究、空间应用和技术试验等活动[1]。载人空间站有效载荷容量大、运行时间长，具备天地往返运输、全球测控通信、航天员参与、试验设备可更换升级等其他航天器不可替代的优势。空间站及其所属飞行器可利用资源为航天技术创新发展提供了优良的空间试验场。我国空间站空间应用系统涵盖空间科学研究与应用、航天技术试验、航天医学等多个研究领域。

“实验”是探索发现和机理揭示的重要手段；“试验”是技术和产品开发、成熟度提升不可或缺的重要环节。航天技术试验领域在空间站全生命周期的工作包括规划与培育、项目遴选与论证、工程研制与实施、飞行试验、成果评价与推广等5大环节。试验项目在轨轮换更新，在空间站全生命周期中将呈现持续滚动征集、项目遴选与工程研制并行的态势，即，项目遴选与论证将贯穿在空间站全生命周期中，因此遴选出技术水平先进、必要性强、效益与价值高的项目尤为关键。这将为掌握战略性航天新技术与关键核心技术、取得跨越式发展奠定基础，为建设航天强国提供强有力的技术支撑。

为广泛发掘和论证高水平实（试）验项目，高效且持续地产出具创新性、引领性乃至战略性的成果，本文在调研国际空间站和国内有关空间科学与技术试验项目的基础上，对空间站工程航天技术试验领域项目遴选标准与流程进行探索，以求规范试验项目遴选及立项的程序和质量控制等要求。

1 国内外调研

1.1 国际空间站相关情况

国际空间站（International Space Station,ISS）于2011年基本建成，由美国、俄罗斯、欧空局、日本、加拿大等多个国家和地区参与建造[2]，是有史以来规模最大、耗时最长、涉及国家最多的空间国际合作项目，能够支持开展大规模、多学科基础和应用性科学与技术试验，为在微重力环境下开展科学与技术试验研究提供了大量资源。国际空间站自2012年全面投入运行以来，已在生物学与生物技术、物理科学、技术开发与验证、地球与空间科学、人体学研究、教育活动与推广等6大领域开展了大量科学与技术试验[3]。

随着空间科学与航天技术的不断发展，在国际空间站上开展科学与技术试验越发频繁。仅2017年9月至2018年10月，在上述6大研究领域共计开展389项科学与技术试验，取得大量科研成果[4-7]。据已公布的资料显示，2010年至2017年，在国际空间站的所有试验项目中，包含生物学与生物技术227项，技术开发173项，人体研究154项，教育演示117项，物理与材料科学101项、地球与空间科学33项。根据空间科学与技术试验领域划分，国际空间站2010年至2017年在空间科学、航天医学、航天技术3大领域所进行的试（实）验项目在当年全部项目中的占比如图1所示。可以看出，航天技术试验领域试验项目的数量呈明显上升趋势，占比越来越大。

图1 国际空间站各领域试（实）验项目占比（2010年—2017年）Fig.1 Project proportions for three major fields in the year 2010 through 2017

1.1.1国际空间站项目申请分类

空间科学促进中心（CASIS）作为NASA 授权管理国际空间站美国国家实验室的非盈利性组织，在空间站试验项目的管理上取得了众多成果，这得益于其建立的标准规范的项目遴选流程及完备的项目管理体系。NASA 规定，项目申请方式主要有应标申请和非应标申请2种[8]。

应标申请是一类常规申请方式。CASIS定期考查、评估各类科研领域和方向在促进科学进步和商业应用方面的潜力，研究路径与基础研究、应用研究、目标成果和市场应用之间的联系，以及从科学试验到实际应用之间的演进周期等因素；定期向科学咨询委员会提出相关的科学与技术研究领域和方向，通过首席科学家评审，最终确定下一步重点支持的研究领域（即应标领域），以供科研人员参考。科研人员或相关单位可通过互联网进行申请[8]。

非应标申请的试验项目不限于CASIS公布的研究领域分类，大都属于非传统性、有独特创新价值的商业性项目。非应标申请项目一般具有以下特征：1）具有创新性和独特性；2）思路和研发来自于独立申请人；3）在技术和成本细节上比较完整，能够证明其具有社会效益、学术价值或有利于其他方面的重大项目[8]。

1.1.2 国际空间站项目评估标准与流程

CASIS对项目的评估主要基于：项目的科学价值和使用空间站实验平台的必要性，具有潜在的经济价值及收益。评估流程包括可操作性评审、科学价值评估、经济价值评估、风险与合规性评审、最终确定排名以及是否给予资助等5个评审环节。若其中某一环节未被通过，则要求申请方进行改进完善。具体流程如图2所示。

图2 国际空间站项目评估流程[8]Fig.2 Evaluation process for ISS projects[8]

1.2 国内相关情况

国内最早在载人航天领域大规模开展空间科学与技术试验的是中国科学院空间应用系统。20余年来，空间应用系统充分利用“神舟”系列飞船、空间实验室和“天舟”货运飞船，开展了50余项试验研究，取得了一大批具有重大价值的科学与应用成果。在空间站研制初期，空间应用系统组织国内各领域专家成立了空间站应用规划委员会，制定了项目遴选标准，形成了具体量化的评价指标体系[9]。遴选通过指南发布，自下而上征集项目建议，并通过空间站应用规划委员会评审，制定空间站空间科学与应用计划。遴选标准以重大产出为主要目标，重点关注项目产生科学突破的重大性、科学数据应用的广泛性以及是否带动相关学科整体发展[10]。空间科学与应用任务项目遴选按照“科学上有价值、技术上合理可行、工程上可实施、经济上可承受”的标准，在研究意义、必要性、创新与前瞻性、技术可行性、工程可实施性、研究基础与保障条件、经济合理性等7个方面进行评估，以确保项目具备较高的科学与应用价值的同时具备工程可实施性。依据该遴选标准，空间应用系统已有几十项试验在空间站获得立项，进入项目研制阶段。

1.3 小结

从国际和国内调研情况可以看出，NASA 及我国空间应用系统均建立了一套较为完备的空间站项目遴选机制，通过专家委员会的统一审查及评价来确定试验项目，继而完成研制及在轨试验，取得了一系列重大科研成果。因此，载人空间站工程航天技术试验领域应根据其任务特点，制定相应的项目遴选流程与遴选标准，力争产出具有重大意义与技术价值的试验项目，有力推动我国航天技术的跨越式发展。

2 航天技术试验领域项目遴选流程

航天技术试验项目遴选及立项流程分为初选、复选、实施与推广3个阶段。

1）初选阶段

①指南申报试验项目的单位须首先提交项目建议申报表，通过空间站工程航天技术试验项目办组织的符合性审查；然后编制项目建议书以及经审核、确认的自评估表上报上级管理部门。

③航天技术试验项目办根据初步遴选结果，形成项目初步遴选清单。

2）复选阶段

通过初选审查的试验项目，项目申报单位组织完成编制项目立项论证报告，通过空间站工程航天技术试验项目办组织的初审和上级管理部门组织的评审，按照工程总体要求上报。

3）实施与推广阶段

项目的（技术、经济）立项论证报告通过工程总体批复后，陆续开展项目研制、完成在轨飞行试验，最终完成成果推广及技术转化。

整个试验项目遴选流程如图3所示。

图3 试验项目遴选流程Fig.3 Project selection process

3 航天技术试验领域项目遴选准则

3.1 遴选原则

空间站应用工程参与者众多、竞争激烈，工程总体对试验项目的把关十分严格，要求主题规划及试验项目建议必须严格控制质量。为此，空间站工程航天技术试验领域须建立专家委员会，积极研究并主导提出试验主题规划建议，并与时俱进，定期完善和更新。

1992年,邓小平南方谈话后,改革开放的步子提速,环境保护的国际合作进入快车道。在加拿大等国政府的支持下,1992年成立中国环境与发展国际合作委员会(“国合会”),除吸收国外专家对中国环境保护与经济发展的建议外,也将中国的环境保护政策与态度向国际社会传播。市场导向的体制改革在1998年取得突破性进展,国务院机构改革撤销了一些工业制造业例如冶金、纺织等行业主管部委,但将副部级的国家环境保护局升格为正部级的国家环境保护总局,职能进一步强化。

航天技术试验项目应面向前沿的国家战略需求或航天技术发展需求，突出学科及领域创新的顶层引领和广泛发动作用，追求空间站工程航天技术试验成果和效益的最大化。建议应遵循以下原则：

1）航天技术试验领域项目遴选应面向国际科学前沿，面向国家重大战略需求，聚焦跻身创新型国家前列、航天强国和科技强国建设历史使命，把握空间研究最新态势与热点，重点关注项目的前瞻性、先进性、需求性、效果与效益以及基于空间站工程资源开展飞行验证的适宜性与合理性。

2）领域及专业产品类项目须注重前瞻性技术运用、颠覆性技术开发等。避免无功能、性能展示的“纯搭载”考核项目；学科及领域内的多个小、散项目一般应做组合集成，以提高效费比。

3）重视跨学科、跨领域多个亮点技术的集成验证。原则上要求跨学科、跨领域集成创新类项目均应包含目标任务级飞行演示环节。

4）着力于新的系统级航天技术能力演示验证项目的培育和推出，要点包括：①形成一种具备任务能力的新的集成系统，而非组件级的演示验证；②技术必须是有潜力使不止一个使用者受益的，最终可提供切实、革新性、高效费比的技术产品；③能够吸引浓厚的公众兴趣和意识；④成熟度尚不具备演示验证所需就绪水平的技术，要有明确的成熟度提升试验规划。

5）航天基础类项目须注重“机理揭示”和“探索发现”。将新器件、新材料等空间环境适应性考核类项目归类汇总。

3.2 遴选标准

参考NASA 在国际空间站项目遴选中关注的可操作性、科学价值、经济价值、风险与合规性等要素，结合我国空间站航天技术试验领域的特点和目标，制定以下项目遴选标准，重点考查项目在空间站进行试验的必要性、先进性、可行性和安全性。

3.2.1必要性

主要考查在空间站平台或空间特殊环境中开展试验的必要性，即通过在轨试验是否能解决关键问题。从常规空间飞行条件及空间站优势资源条件的适宜性两方面进行考查，重点包括空间环境需求、有人参与需求、大型航天器平台及资源需求等。

1）常规空间飞行条件适宜性考查内容包括：空域；长期的微重力环境；大尺度真空、长期舱外辐射、温度交变、原子氧等综合空间环境；其他地面难以模拟的条件。

2）空间站工程优势资源适宜性考查内容包括：轨道高度、倾角；在轨可升级换代、持续；可回收；航天员在轨操作与照料；强大的试验支持设施（如机械臂操作，重量与能源支持，舱外大型试验点位等）。

3.2.2先进性

主要考查项目的创新性与前瞻性。

1）创新性

考查项目与国内外同类研究进展相比的科学或技术创新性是否突出，在国内外处于何种发展水平（领跑、并跑、跟踪）；应尽可能基于项目自身特点从系统解决方案创意、功能组成创新、性能指标提升等方面归纳出“亮点”。

2）前瞻性

考查项目是否聚焦国际科技前沿最新发展动态，是否有助于实现我国“从0到1”的突破，引领相关行业发展；应尽可能突出项目所属技术或专业领域以及针对相关技术发展路线图或规划纲要等的主要瞄准点。

3.2.3 可行性

主要考查项目的成熟性与工程可实施性。

1）成熟性

关注项目与“技术关键点突破”密切关联装置和试验辅助设施的成熟度等，确认是否存在技术发展的不确定性；项目原则上应已完成地面验证，具备上天试验条件；强前瞻性或强探索性（不确定因素多，拟突破的关键技术多）项目的分步实施规划应合理可行；切忌将技术试验与预先研究混同，须严格把握“技术试验不是研发，而是研发后环节”的界定原则；项目须满足空间站建造规范要求。

2）工程可实施性

考查空间站资源条件是否满足项目资源需求。其中，资源需求主要包括：货船上行需求；空间站上机、电、热等接口约束、测控支持约束；试验样品、样件下行约束；航天员操作、机械臂操作等约束。

3.2.4安全性

试验项目的实施不能对空间站平台及航天员的安全构成潜在危险，包括存在易燃、易爆、有毒挥发、辐射、腐蚀和污染、泄漏、飞行碰撞、表面高温等风险，以及避免搭载设备的电磁辐射对平台设备的正常工作造成不必要的影响。

4 结束语

本文在借鉴国内外相关领域空间应用项目遴选流程和标准的基础上，结合我国航天技术试验领域的任务特点，提出了航天技术试验领域项目遴选流程，制定了航天技术试验项目遴选标准，为后续项目的征集和论证提供了参考和依据。在航天技术试验领域专家委员会对试验主题与项目的积极研究与规划建议基础上，通过初选、复选、实施和推广3个阶段对试验项目的意义与价值进行多级别、深层次的严格把关，可有力确保项目高效率、高质量的孵化、产出与实施。未来还将根据空间站建造阶段积累的经验，不断对项目遴选程序进行完善和优化，建立航天技术试验领域空间站全生命周期项目遴选管理系统，进一步推进项目遴选的高效化与信息化。

载人航天工程是我国规模最大、系统组成最复杂、持续时间最长的国家重大科技专项工程，空间站是我国载人航天20余年发展成果和效益的集中体现。目前，我国载人航天工程已全面进入空间站建造阶段。空间站工程航天技术试验领域将建立项目征集与遴选的常态化机制，力求持续挖掘具有重大意义和影响力的项目，努力实现成果和效益的最大化，促进中国航天“更好、更快、更省”发展。