航天器设计如何降低成本.docx
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1、 航天器设计如何降低成本 宋征宇编者按降低成本已成为国际航天界越来越重视的挑战之一,来自私营宇航公司的成本竞争不容忽视。美国航天专家约翰斯崔克兰曾指出,太空探索公司降低发射费用的主要技术手段有三个方面,1)降低制造成本;2)降低运行费用(具有时效性的操作设计和降低发射的人力成本);3)实现高效性能的飞行。尽管太空探索公司来自美国,但美国航天界仍然孜孜不倦地探讨如何降低成本,以至于将一年一度的“重塑空间”会议201 5年的会议主题确定为“显著地降低空间任务的费用”,并且指出,在当前经济形势下,创造低成本、快速响应的系统,具备迅速、经济和可靠地进入空间的能力,显得比以往任何时刻都要重要。火箭的成本
2、包括哪些?参考Wertz J R对可重复使用运载火箭和一次性运载火箭经济模型的分析,火箭的成本包括研发费用、产品费用、发射费用和保险费用,降低这些费用将从设计、制造、运行以及管理等方面着手,贯穿火箭全寿命周期。一、设计设计对降低成本的作用体现在以下方面:1设计高效性能的火箭方案的好坏对成本影响巨大。例如,如果发动机制造难度大,推进剂成本高,研制周期长,种类多且不能在其他项目上重用,这就不可能是低成本的方案(当然,有些技术从无到有需要花费大量投入,这是商业发射的低成本与重大技术战略研究的差别,不要混淆。就像NASA有些技术交给私营公司,有些仍需要国家投资)。有专家提出,最适合快速发射和低成本的方
3、案是:液氧煤油推进剂、挤压式发动机(相对泵压式发动机)、三级火箭、全天候发射,且每级火箭的设计方案尽可能一致。尽管会有不同意见,但梳理出了影响火箭成本的主要因素:发动机(含推进剂)、火箭构型、适应性等。2采用重复使用运载器方案(或部分回收可重用)3发射方式的选择4冗余度的选择5产品化可重用性设计6自主控制技术自主控制技术包括自主测试、自主导航和自主控制,Chavez F等指出将快速的上升段轨迹规划和闭路制导技术作为快速发射、进而降低成本的有效手段,因为减少了射前准备工作,节约了时间和人力成本。7与火箭相适应的发射场优化设计发射场的建设应与火箭匹配才能优化工作流程与发射准备时间,这将对后续运行的
4、费用产生很大影响。二、制造从制造的角度降低成本,要关注以下方面:1可制造性设计,降低制造的难度2采用成熟的工艺3增材制造技术(又称3D打印)4媒体现实技术“媒体现实”技术指采用混合和增强现实技术,在生产制造中恰当的时刻和恰当的地点向岗位人员提供正确的信息。据欧洲空间局专家介绍,操作的精确性从75%提高到96%,任务完成的时间缩短30%,培训的时间减少30%。三、运行对火箭而言,运行指发射以及发射前的各种测试准备工作、发射后的数据收集与结果分析,以及用于发射的地面设备的维护等。一个快速响应的运载火箭需要快速响应的地面系统,涉及到各阶段的工作,包括:1测试工作。包括零部组件测试、总装厂测试、发射场
5、测试;软硬件系统集成测试、系统在回路仿真测试、火箭有效载荷发射场设施联合测试。2产品的运输。不同的运输方式费用差距很大。3发射场的运行控制与操作4任务飞行的规划5有效载荷的集成与测试6发射设施的维护7备件与库存的管理8交互式电子手册9便携式维护支持手段管理根据波音公司2002年的统计,在一个项目全寿命周期的费用中,工程费用占17%,技术人员的开支占19%,物流等费用占10%,计划与控制占4%,而包含质量保障等管理活动在内的开销占50%。尽管我国国情不同,但可以看出管理是相当耗费成本的,这部分工作包括:安全性及任务保障(8%)、信息服务、文档服务、保密管理、需求控制、配置管理、验证管理、商务管理
6、等,这些均是有必要降低成本的领域。任务保障的作用是控制风险,如果未能准确辨识风险,所有环节均不加区分地套用标准,将导致经费过度消耗且未带来与其匹配的收益提升。为此,国外航天机构的产品保障部门意识到了这种危机以及自身价值所在,美国航宇局、欧洲空间局、日本宇宙探索局三方质保部门联合召开了主题为“安全性和任务保障在考虑成本效率任务中的贡献”的研讨会,探讨如何结合实际情况简化流程,从而降低成本并将风险控制在可接受水平的成功经验。通俗地讲,产品保障要实现“精确打击”,将资源花在最需要、也最能产生效益的地方,而不是全面铺开。这就对产品保障部门提出了较高的要求,需要与研发团队协作,共同制定裁减准则,明确不能
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