NASA深空探测技术研发管理浅析.docx

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NASA深空探测技术研发管理浅析

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中国航天科技集团公司周凯王博赵立军

中国航天系统科学与工程研究院李金钊李云李虹琳

一、NASA深空技术研发概况

1.深空探测的基本概念

深空探测主要指围绕行星科学领域开展太阳系内地外天体探测活动,即通过飞越、撞击、环绕、着陆、巡视、采样返回、载人等方式对月球及以远的天体进行探测,可根据是否有宇航员参与分为“无人科学探测”’和“载人探测”两类。由于深空探测具有任务实施难度大、技术要求高等特点,美国国家航空航天局(NASA)重点研发了相关技术。

2.有明确的顶层战略规划和预算超前布局深空技术

NASA深空技术研发既有国家层面的顶层设计,又有具体的战略规划与技术路线。政府层面高度重视航天政策对NASA的指导性作用,因而对其技术发展方向与研发模式产生了重大影响。如,奥巴马政府提出了“2025年载人登陆小行星,2030年代载人火星探测,随后载人登火”等远景目标,全面调整了美国深空领域的发展战略,彻底改变了NASA载人航天型号任务的重心;2010年《国家航天政策》要求NASA在技术研发过程中,大力推进商业和民用航天的开发和利用,强调增强航天技术、工业基础和人才基础,在商业航天方面提出政府引导、私营参与,推进发展商业航天的一系列新举措。NASA根据国家顶层政策与战略指导,定期更新并发布《NASA战略规划》,适时调整并明晰NASA航天技术发展的战略方向、目标和优先事项;广泛吸纳科学界的意见以明确科学探测技术的研发目标,并根据能力需求确定深空技术的发展重点,定期更新《NASA技术路线图》,布局谋划未来20年的深空技术;路线图中的候选技术虽覆盖NASA及外界全部需求,但数量众多,NASA因所获财年预算不足以支撑全部技术研发工作,制订了《战略航天技术投资规划》指导财年预算投资方向,确保高优先级深空技术能获得充足的研发经费。

3.以技术成熟度理念管理研发活动

NASA于1974年提出技术成熟度(TRL)体系,随后细分为9级并沿用至今。总的来说,l~3级是概念研究到发现新技术阶段,3~5级是快速研发到地面试验阶段,5~7级是在相关环境中完成飞行验证,具体情况如图1所示。NASA技术研发活动的本质是提升技术成熟度,为深空探测型号任务及其他应用提供技术储备,并确保相关技术在任务初期评审(PDR)时达到所需的成熟度等级,从而规避工程风险。如,载人探测任务通常选取同类技术中成熟度最高的技术,科学探测任务要求采用成熟度6级以上的技术。

4.建立公开透明的深空技术研发信息查询平台

应国家研究委员会(NRC)的建议,NASA开发了一款基于网络的“技术港”(TechPort)软件系统:整合并分发NASA技术研发信息,方便用户查询包括深空领域的全部公开技术报告、专利、许可证和软件应用,加强了NASA与其它政府机构、学术机构和商业企业间的交流,为技术研发合作带来机遇,还便于管理并分享技术研发进展及社会效益,提高NASA“深空技术能力”的透明度。

二、NASA安排专门机构管理深空技术

研发活动

目前,NASA将深空技术分为“推动技术”和“牵引技术”两类,交由不同任务部管理研发活动。“推动技术”又称“增强型”技术,多为可显著提升目前技术水平的共性、前瞻性技术,主要由2012年成立的太空技术任务部(STMD)管理;“牵引”技术又称“使能型”技术,多为针对型号任务需求的特定技术,主要由负责型号任务的载人探索与运行任务部(HEOMD)和科学任务部(SMD)管理。

太空技术任务部负责管理研发共性技术,以及有潜力满足未来需求的战略性、前瞻性技术。该任务部根据技术成熟度范围划分并实施9个各具特色的子计划,组成“太空技术”计划统一管理研发活动,覆盖了前瞻性先进概念研究、核心技术验证、技术成熟与技术转化应用阶段,形成了完整、连续的研发机制,为型号任务提供重要的技术储备,如图2所示。

载人探索与运行任务部负责载人航天型号任务,通过“先进探索系统”计划重点围绕乘员系统、飞船系统、运行和机器人先驱者活动4个领域研发高优先级技术,解决未来型号任务的系统层面集成工作和样机/设计开发,旨在降低载人航天型号任务的风险和成本;科学任务部负责机器人科学探测型号任务,覆盖太阳物理学、地球科学、行星科学和天体物理学四大业务领域,其行星科学分部通过各型号任务中的少部分预算管理相关技术研发,以及利用“行星科学技术”计划支持与探测器系统和任务运行相关的电源和推进技术研发。

三个任务部之前还通过相互交流与合作,确定特殊技术研发需求、评审在研项目、分担研发经费、了解技术在型号任务中的应用情况、联合开展型号任务等。

三、NASA注重借助外界力量实施深空

技术研发活动

随着美国航天政策的调整及外界研发机构

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