運載火箭技術(shù)成熟度評價方法研究※

章威　馬寬　黨麗芳

（中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京，100048）

技術(shù)成熟度（Technology Readiness Level，TRL）是國際上廣泛使用的一種量化評價方法，主要用于評價重大科技攻關(guān)和工程預研項目進行的情況。它將一項技術(shù)從認知基本原理到成功應用的成熟過程，劃分為4個階段共9個級別：原理和技術(shù)概念驗證階段 （TRL1～3）、技術(shù)攻關(guān)和演示驗證階段 （TRL4～6）、產(chǎn)品開發(fā)和驗證階段（TRL7～8）以及產(chǎn)品應用階段 （TRL9）[1]。技術(shù)成熟度評價能夠為管理部門掌握技術(shù)攻關(guān)進展、識別技術(shù)短板、避免不夠成熟的技術(shù)提前轉(zhuǎn)入下一個研制階段等提供技術(shù)管理工具。

美國航空航天局 （NASA）在20世紀70年代中期提出技術(shù)成熟度方法原型，到90年代后經(jīng)過適應性改進后基本成熟，滿足推廣應用條件。然后逐步被美國國防部（DoD）、能源部（DOE）、審計署（GAO）、國土安全部 （DHS）和歐空局 （ESA）以及英國、法國和日本等許多國家或組織研究使用[2]。2013年，國際標準化組織發(fā)布了ISO16290-2013《Spacesystems-DefinitionoftheTechnologyReadinessLevels（TRLs） and their criteria of assessment》（空間系統(tǒng)技術(shù)成熟度定義及評價）。目前，技術(shù)成熟度已被國際上諸多國家或組織機構(gòu)作為技術(shù)管理的重要 “抓手”，用于項目立項、過程檢查和項目驗收等。

此方法在我國也已得到了推廣應用，原總裝備部于2012年發(fā)布實施了《裝備預先研究技術(shù)成熟度評價暫行辦法》，在裝備預研管理中推廣使用，頒布了2個技術(shù)成熟度國家軍用標準：GJB7688-2012《裝備技術(shù)成熟度等級劃分及定義》和GJB7689-2012《裝備技術(shù)成熟度評價程序》，以及相關(guān)配套的子標準。此外，國防科工局要求申報單位在項目指南編制、項目立項論證和項目驗收時需開展技術(shù)成熟度評價[3]。

目前，我國軍用標準中提出的裝備技術(shù)成熟度評價方法是面向各類裝備技術(shù)的頂層和通用標準，具有很強的概括性和原則性。但是這些標準在指導具體裝備開展技術(shù)成熟度評價方面，針對性和結(jié)合性不夠，給開展技術(shù)成熟度評價帶來一定的局限性。為了解決上述問題，本文在裝備技術(shù)成熟度評價方法的基礎上，結(jié)合我國運載火箭研制流程和技術(shù)成熟度規(guī)律，制定了運載火箭技術(shù)成熟度評價方法，主要包括設備技術(shù)和非設備技術(shù)的技術(shù)成熟度評價方法，給出兩種典型技術(shù)的案例以及關(guān)鍵技術(shù)的評價程序，指導運載火箭開展技術(shù)成熟度評價工作。

1　運載火箭技術(shù)成熟度研究背景

1.1　裝備技術(shù)成熟度評價方法簡介

裝備技術(shù)成熟度評價方法是基于國外通用的技術(shù)成熟度評價方法而提出，是我國國防裝備技術(shù)成熟度頂層標準，用于指導我軍在裝備研制過程中開展技術(shù)成熟度評價。其技術(shù)成熟度1級～9級的定義分別是，TRL1：提出基本原理并正式報告；TRL2：提出概念和應用設想；TRL3：完成概念和應用設想的可行性驗證；TRL4：以原理樣品或部件為載體完成實驗室環(huán)境驗證；TRL5：以模型樣品或部件為載體完成相關(guān)環(huán)境驗證；TRL6：以系統(tǒng)或分系統(tǒng)原型為載體完成相關(guān)環(huán)境驗證；TRL7：以系統(tǒng)原型為載體完成典型使用環(huán)境驗證；TRL8：以實際系統(tǒng)為載體完成使用環(huán)境驗證；TRL9：實際系統(tǒng)成功完成使用任務[4]。

1.2　裝備技術(shù)成熟度方法用于運載火箭的局限性分析

裝備技術(shù)成熟度評價方法是國防裝備技術(shù)成熟度頂層標準、通用標準，是對不同武器裝備各級特點的概述，具有一定的原則性和通用性。在應用實踐中，其作用和價值逐步得到認可，但也遇到了一些需要深化研究的問題。例如，裝備技術(shù)成熟度等級定義是對各級特點的描述，原則性強，但指導性不夠，造成不同裝備技術(shù)成熟度評價人員在理解各級要求時存在偏差。

由于裝備技術(shù)成熟度評價方法與運載火箭的研制結(jié)合不夠緊密，造成在運載火箭技術(shù)成熟度評價時該方法的指導性不夠，其各級的要求、內(nèi)涵不易于被運載火箭相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員和科研管理者理解并掌握。因此，在進行運載火箭技術(shù)成熟度評價時，首先需要研究制定或選擇適用的運載火箭技術(shù)成熟度評價準則。

國外在應用技術(shù)成熟度時，一般也是在通用的技術(shù)成熟度方法的基礎上，制定被評對象的技術(shù)成熟度評價準則。例如，美國審計署 （GAO）為碳捕獲技術(shù)制定的技術(shù)成熟度評價準則，DOE發(fā)布了 《化石能源技術(shù)成熟度評價指南》等。實踐表明，這些由通用技術(shù)成熟度準則演變出來的各專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)成熟度準則適用性更強。

2　運載火箭技術(shù)成熟度評價準則、案例及等級條件

2.1　運載火箭技術(shù)成熟度評價準則

基于GJB7688，結(jié)合運載火箭的技術(shù)成熟規(guī)律，包括方案階段、初樣、試樣等各研制階段的特點，制定了運載火箭技術(shù)成熟度評價準則及案例，包括制定運載火箭設備技術(shù)和非設備技術(shù)成熟度評價準則，分別見表1和表2。

“設備技術(shù)”指以實物形式為技術(shù)載體的技術(shù) （如發(fā)動機設計與制造技術(shù)，整流罩設計與制造技術(shù)）；“非設備技術(shù)”指以數(shù)學模型、算法等非實物形式為技術(shù)載體的技術(shù) （如姿態(tài)控制技術(shù)、彈道設計技術(shù)）。

表2　運載火箭非設備技術(shù)成熟度評價準則

2.2　運載火箭技術(shù)成熟度評價準則案例

在上述設備技術(shù)和非設備技術(shù)成熟度評價準則的基礎上，分別以兩個典型技術(shù) （氫氧發(fā)動機推進技術(shù)、迭代制導技術(shù)）為例進行案例研究。設備技術(shù)以 “氫氧發(fā)動機推進技術(shù)”為例，非設備技術(shù)以 “迭代制導技術(shù)”為例，研究技術(shù)成熟度各級要求，分別見表3和表4。

2.3　運載火箭技術(shù)成熟度評價等級條件

為了提高運載火箭技術(shù)成熟度評價方法的可操作性和準確性，結(jié)合TRL9評價準則要求，制定與評價準則一一對應的運載火箭技術(shù)成熟度評價等級條件，等級條件內(nèi)容需體現(xiàn)設備類技術(shù)和非設備類技術(shù)載體從設計、研制、試驗環(huán)境以及驗證的功能和性能等方面，作為技術(shù)成熟度等級判定條件。

表3　氫氧發(fā)動機推進技術(shù)成熟度各級要求

表4　迭代制導技術(shù)成熟度各級要求　

表5依次列出了運載火箭設備類技術(shù)和非設備類技術(shù)從設計、研制、試驗以及驗證的所有TRL7條件。在判斷某項技術(shù)的成熟度等級過程中，需滿足表5中與之相對應的所有條件 （如設備類需要滿足表5序號1～9和序號14的全部條件），才能判定為此級別。否則，此技術(shù)需降低一級重新評價，直到某個級別等級條件全部完成為止。

3　運載火箭技術(shù)成熟度評價程序

為了提高運載火箭技術(shù)成熟度評價工作的規(guī)范性，本文制定了運載火箭技術(shù)成熟度評價流程，如圖1所示。運載火箭技術(shù)成熟度評價流程主要包括3個階段：評價工作啟動階段、評價實施階段和評價工作總結(jié)階段。

3.1　評價工作啟動階段

評價工作啟動階段的主要任務是制定運載火箭技術(shù)成熟度評價計劃，成立相關(guān)組織。評價組織一般包括4部分：評價方、專家組、被評方和評價支撐組 （可選）?！霸u價方”負責牽頭組織各方制定技術(shù)成熟度評價計劃；“評價支撐組”應視情況對被評方及評價專家組開展技術(shù)成熟度評價方法的培訓。

表5　運載火箭TRL7的條件

圖1　運載火箭技術(shù)成熟度評價流程圖

3.2　評價實施階段

評價實施階段是依據(jù)相關(guān)信息，開展技術(shù)成熟度等級判定的過程，主要包括篩選關(guān)鍵技術(shù)、確定評價準則和等級條件、開展自評價和專家評價。

首先，被評方開展技術(shù)分解，形成技術(shù)分解結(jié)構(gòu)表，格式見表6，從技術(shù)分解結(jié)構(gòu)表中初步篩選關(guān)鍵技術(shù)，形成關(guān)鍵技術(shù)初選清單。評價支撐組上報評價方并組織專家共同對關(guān)鍵技術(shù)初選清單進行審查，審查要點主要是技術(shù)的重要性和新穎性，參考操作見關(guān)鍵技術(shù)專家審查表，格式見表7。最后，得到該項目的關(guān)鍵技術(shù)清單報告。

表6　技術(shù)分解結(jié)構(gòu)表

然后，被評方根據(jù)運載火箭技術(shù)成熟度評價準則，將技術(shù)實際研發(fā)過程按照3個維度：技術(shù)狀態(tài)、試驗載體和驗證環(huán)境，梳理出與各級評價準則相對應的等級條件，格式見表8。

表7　關(guān)鍵技術(shù)專家審查表

表8　等級條件制定表

在等級條件的基礎上，被評方填寫技術(shù)成熟度檢查單，格式見表9。形成各項關(guān)鍵技術(shù)檢查單，并對照各項關(guān)鍵技術(shù)當前攻關(guān)進展情況，填寫表中相關(guān)信息，從而判定此項技術(shù)當前技術(shù)成熟度等級，完成關(guān)鍵技術(shù)自評價。其中，證明材料一般包括××產(chǎn)品/樣機設計報告、××產(chǎn)品/樣機研制成果、××試驗報告等。

表9　技術(shù)成熟度評價檢查單

最后，評價支撐組對自評價材料的規(guī)范性進行審查，形成審查意見，并指導被評方完成符合評審要求的自評價材料。隨后組織召開專家評審會，對各關(guān)鍵技術(shù)的自評價級別進行審查，形成專家評審意見，最終確定各項關(guān)鍵技術(shù)成熟度等級。

3.3　評價工作總結(jié)階段

評價支撐組協(xié)助評價方完成技術(shù)成熟度評價報告，將評價結(jié)論反饋被評方，無異議后，形成總結(jié)報告。

本文在已有的裝備技術(shù)成熟度評價方法的基礎上，結(jié)合運載火箭研制程序和技術(shù)成熟特點，提出了運載火箭技術(shù)成熟度評價方法，在一定程度上解決了裝備技術(shù)成熟度評價方法的指導性、針對性不夠，操作性不強等問題，為運載火箭開展技術(shù)成熟度評價工作提供參考。