航天液体动力技术发展水平评价体系初探
时间：2023-06-23 19:55:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
杜飞平、邢理想 /西安航天动力研究所
王婷婷、贾怡 /中国航天系统科学与工程研究院
航天动力系统是航天装备的“心脏”，是太空活动的重要基础和核心保障，航天动力技术发展水平直接关系到国家进出空间、探索空间、利用空间的能力，能否拥有国际领先、成熟可靠的航天液体动力技术，发展性能先进、自主可控的航天液体动力产品，则是我国从航天大国迈向航天强国的重要标志。当前，我国尚缺少规范的、能够对航天液体动力技术发展水平进行科学、量化评价的方法，随着我国建设航天强国脚步的加快，型号任务的不断增加和型号需求的不断扩充，迫切需要建立起一套科学合理、要素完善的航天液体动力技术发展水平评价体系，笔者在梳理和汇总以往及当前在研工程的基础上，开展历史数据及经验定性与定量相结合的综合分析，对航天液体动力技术特别是其中的共性关键技术发展状态进行客观研判，从而客观评估和反映我国航天液体动力技术整体水平，对标航天强国明确主要差距，为相关主管部门及研发单位开展后续工作提供更多的方向指引和决策支撑。
航天液体动力技术起源于液体火箭发动机的技术需求，其相关产品可在高压、高低温、高转速等环境极端化及力、热、声等多场耦合条件下工作，是能量密度最大的动力机械，该技术向民用领域延伸，可覆盖热能工程、特种泵阀、化工生物等诸多产业需求，广泛应用于石油、化工、煤炭、电力、消防、交通、环保等相关领域。就技术本身而言，航天液体动力技术具有综合性、表征性、动态性的特征。
1.综合性
从技术领域看，航天液体动力技术涵盖热力、气动、燃烧、流体、振动、控制等多个学科，是典型的交叉融合技术群。从技术阶段看，航天液体动力技术是研发技术、制造技术、试验技术和产品技术等的集合。因此，航天液体动力技术发展水平是在多学科渗透、多技术交叉的基础上，由其研发技术水平、产品技术水平、生产技术水平和试验技术水平等要素共同作用、耦合决定。
2.表征性
航天液体动力技术细分领域众多，所包含的技术门类数不胜数，但同一类型的航天液体动力产品所涵盖的共性技术基本一致，是表征航天液体动力技术发展水平的核心要素。因此，筛选关键共性技术对航天液体动力的整体发展情况进行评价，具有较强的可参考性和可操作性。
3.动态性
现代技术发展具有高度的复杂性和高效性，随着我国航天型号发展的日新月异，航天液体动力技术的发展也呈现出快速迭代、加速演进的动态特性。因此，虽然其技术及其相关因素具有相对稳定性，但根据时间迁移处在不断变化的过程中，对其发展水平的评价也是一个动态指标，需要根据变化情况进行实时调整。
基于上述航天液体动力技术的3 个特点，航天液体动力技术发展水平是指在一定时期内，结合相关科学、技术和经验，对其所涉及的研发、制造、试验和产品等领域关键、共性技术能力的发展程度进行的综合判定。
技术成熟度评价是当前国际上共用的对技术发展水平进行评价的重要方法，是指针对某项工程中的某一项特定技术，通过筛选细颗粒度的关键技术元素（CTE），考察其在特定时间内在样机/产品中的试验验证情况。可见，技术成熟度评价的主要对象是“微观”层面的个性化技术，且其评价结果与所在工程的研发进展密切相关，具有时段唯一、技术唯一、工程唯一、结果唯一的“四个唯一”特性（见图1），即同一项技术在不同工程应用上的评价结果不可“移植”，必须根据其所在工程的技术状态及试验验证情况重新评价。
图1 技术成熟度评价的“四个唯一”特性
航天液体动力技术发展水平的对象是从不同的液体动力产品中总结、抽取出的共性技术，即具有相同特征的一类技术集群，单个技术项之间的内涵和外延不尽相同。同时，共性技术在不同产品中的应用阶段存在差异，不满足技术成熟度评价“四个唯一”的要求，例如，某共性技术在经过飞行验证的工程中，其技术成熟度可以达到6～7 级，但在尚处于实验室原理验证阶段的工程中，其关键技术成熟度仅达到3～4 级，等级差异较大，而对其技术发展水平在某一特定时段中的评价应该是明确且唯一的。
因此，航天液体动力技术的发展水平无法借助传统的技术成熟度评价方法进行客观描述，而是应瞄准共性技术的本体特征，深入挖掘其研发过程中的共性要素，创新其评价指标设置及评价方法，从而使不同产品能够基于统一规范的评价标准开展评价，以保证评价结果的科学性和准确性。
1.标准化原则
一是术语标准化，对技术水平建立统一的概念表征；
二是模型标准化，对同类型的不同产品的共性技术运用统一的评价模型；
三是参数标准化，同类型的不同产品用于模型运算的参数统一。
2.系统性原则
评价体系的指标选取要全面系统、层次分明，其权重设计不仅能够从不同的维度、角度衡量航天液体动力技术的发展，还要体现指标间的内在逻辑关系。
3.准确性原则
评价体系的设计要坚持目标导向，聚焦体现航天液体动力发展现实的技术水平，而与技术水平的发展趋势或潜在的技术能力无关。同时，评价结果要具有可比性，易于和同行业或国际水平相比较。
4.科学性原则
一是指标体系的全面性，定性与定量、主观评价与客观数据有机结合，确保评价内容的主要要素完整、不遗漏；
二是指标设定的有效性，选取可获取、可量化、可对比、相互独立的指标，合理约束指标数量，提高评估的简化度和可操作性。标。航天液体动力技术研发主要分为设计、试验2个环节，其中设计环节包含设计方案、设计规范、计算方法、模型（库）、数据库、软件平台等关键要素，试验环节包括试验方案、规范、通用性等关键要素。基于TBS 中提取出的共性技术，应用以上要素为其初步建立评价指标，以富氧补燃循环发动机共性技术中的工况调节技术为例，如表2 所示。
表2 工况调节技术评价指标体系
四是评价定准。针对每项共性技术的评价指标，根据其特点制定定性或定量的评价准则，并设置评分规则，仍以上述工况调节技术为例，仅列举其中工况调节方案的评价准则和评分规则，如表3 所示。
表3 工况调节技术评价指标体系及评价准则
五是指标确权。航天液体动力技术评价是一个典型的多指标综合评价，合理确定指标权重对评估的真实性、客观性至关重要，考虑到该指标体系中定量指标与定性指标兼具，因此综合采用专家评价/层次分析法完成指标权重的确定。首先，对同一层级指标的重要性进行两两比较，形成判断矩阵；
基于上述基本原则，围绕航天液体动力技术发展水平评价的基本特征，以系统思维统筹考虑评价体系的各个要素，按照分类、解构、解析、定准、确权的思路开展指标体系设计（见图2）。
图2 指标体系设计思路示意
一是产品分类。航天液体动力产品根据其工作原理、工作介质、应用场景等可分为多种产品类型，如富氧补燃循环发动机等，不同产品类型间的共性技术差异较大，因此首先需对其产品类型进行分类，为后续共性技术的筛选和提取打下基础。
二是技术解构。针对某一类型的航天液体动力产品，对其进行技术结构分解（TBS），分解出适用于此类型产品的共性技术，为提升评价效率，TBS 只进行第一级分解，共性技术颗粒度适中，数量不宜过多，以10 ～15 项左右为宜。以富氧补燃循环发动机为例，其共性技术分解结果共14 项，如表1 所示。
表1 富氧补燃循环发动机共性技术TBS分解
三是要素解析。具体解析航天液体动力技术研发过程中的关键要素，形成每项共性技术的评价指然后，进行一致性检验，由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重，如果一致性检验不通过，则调整判断矩阵直至一致性指标合格；
最后，根据专家的专业知识、经验以及研究方向确定专家的经验系数，综合统计专家判断矩阵计算所得权重，乘以该专家经验系数得到各指标最终权重，并进行排序，形成最终确权结果。
开展航天液体动力技术发展水平评价，除了需要建立科学完善的评价指标体系外，也需要注重评价工作的组织实施，通过进一步明确组织架构、建强专家体系、强化评价支撑等手段，进一步提升评价的客观性、高效性和有效性。
1.健全评价组织体系
建议设置由管理层和评估层（包括自评价和第三方评价）组成的两层三级评价组织体系。其中，管理层既是整个评价工作的管理决策机构，也是评价工作的委托方，负责做好评价工作的顶层设计、综合协调和整体推进。评估层是评估工作的具体执行机构，由于航天液体动力产品类型众多，涉及的核心、共性技术具有较强的专业性，因此由相关产品或技术的主要承研单位承担自评价的主体责任单位，一方面有利于为指标体系设计过程中的技术解构，为要素解析环节提供更多专业化的建议，使指标体系构建更加科学、完整，另一方面在具体评价工作中，由主要承研单位提供自评价报告，不仅可以获得更加客观、贴近一线的技术发展水平反馈，也能推动主要承研单位主动审视自身技术和产品，进一步发现其发展过程中的短板和不足，有效对标世界前沿科技发展水平，为后续研发工作开展重点提供更准确的方向指引。同时，为确保评价结果的公正性和准确性，还应依托专业机构作为第三方评价的主体责任单位，专业机构应具体负责评价工作全流程的筹划、组织和支撑服务工作，并负责组建高水平的评价专家组，通过材料审查、现场考察、演示验证等形式，结合自评价单位提交的自评价报告进行集中评议，结合实际情况提出定性评价意见，并最终形成评价结论。
2.完善评价专家组建设
评价专家组是评价工作的核心技术支撑，专家组的整体专业水平和群体决策形成的水平直接关系最终评价结果是否严谨、科学、准确。因此，为保障评价工作顺利开展，需要建立军民融合、研用结合的评审专家体系。航天液体动力技术是典型的军民两用技术，不仅是宇航装备发展的重要基础，也与流体机械、热能工程等民用先进技术领域技术产品有较强的联系，在评价专家的遴选中应充分把握军民科技创新融合不断加深的趋势，在以军工单位专家为主体的基础上，有选择地邀请和吸纳军队、高校、科研院所、民口企业等多源专家参与评价工作，一方面有利于敏锐洞察液体动力技术在航天以外领域的发展水平，与航天技术发展形成对标，加强评价结果的客观性、全面性，另一方面也有助于民口专家发现可以满足民用领域需求的航天高新技术，借助评价工作推动航天领域高新技术向民口转移转化。同时，还要注重专家构成的研用结合，在开展技术评价、科研评价的基础上加强需求端论证与应用端评价，从而进一步突出评价工作的应用导向作用，推动技术成果从实验室向产品、从产品向系列、从系列向产业的持续发展，引导形成研用高效迭代的科技创新环境。
3.强化评价工作支撑问效
随着世界科技竞争日趋激烈，高技术发展日新月异，航天液体动力技术发展的总体水平也呈现出较高的动态性，因此有必要将评价工作与航天整体的技术发展规划、国家工程技术预见等常态化的评价性、指南性工作有效结合起来，建立关键、共性技术发展水平评价的支撑问效机制，提高评价准确性，拓展评价实效性。对于液体动力领域内的基础研发成果、前沿技术动态、技术发展阶段等，开展常态化的国内外情报跟踪、分析和专家调查，及时了解国内外相关技术领域的发展现状和热点方向，为每3～5 年一次的评价工作建立完备的情报基础支撑。同时，针对当前世界大国、强国间科技博弈加剧，美国对我国科技领域“限制、制裁、围堵”的不利局面，围绕技术评价工作强化技术预警，在客观研判技术发展水平的同时对于航天液体动力技术创新链、产业链、价值链等方面对外依赖性强、受制约、卡脖子的薄弱环节进行全面分析、深入调查和长期动态监测，并提供解决预案，从而使评价工作可以更好地发挥技术发展“指挥棒”的作用，成为切实推进技术发展的重要工具。
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