基于首席专家制的国外深空探测任务管理模式研究(下)_航天_外空网

sg001 发表于 2016-11-22 23:42:30

基于首席专家制的国外深空探测任务管理模式研究(下)

五、首席专家制任务的运作方式　　1．方案的确定　　首席专家制任务与核心任务运作方式的最大区别在于方案的确定过程，即A阶段前和A阶段。核心任务的方案确定过程，是根据国家研究委员会(NRC)的“十年调查报告”和“科学探测路线图”，由科学任务部发布NASA研究公告(NRA)征集方案，或是由科学任务部指令某个NASA下属航天中心提出早期方案。对于首席专家制任务而言，其方案确定过程带有强烈的竞争性。首先是通过发布“机会公告” (AO)，邀请社会各界提出任务方案，然后由首席专家组建团队，提交议案，其间需要通过严格的专家评审，遴选1～2项议案，方可正式立项。首席专家制任务的方案确定过程见图2。　　(1)发布机会公告　　任务确定过程的第一步是发布机会公告。这是区别于核心任务的一项重要特征，表明首席专家制任务具有竞争性。机会公告由NASA的“机会公告执行委员会”负责起草，在广泛征求意见之后向社会发布，旨在邀请社会各界的科学家们提出完成该项任务的方案。迄今为止，NASA已先后发布了各种类型共计100多份“机会公告”。　　机会公告的内容包括：该探测任务的战略目标和任务目的、NASA政策、科考成绩考核标准、数据返回要求，对技术管理、团队管理和成本管理的要求以及限定条款。机会公告会列出该任务所属的探测系列、经费总额上限和最迟完成日期以及NASA计划系列所列出的范围。但多数任务系列并不明确给出具体的探测目标、探测途径和科考指标，其探测方案和探测器设计要依靠科学家们创造性思维发挥提出。例女HNASA在“发现2010” (NNHl0ZDA0070)公告中指明该项任务属于“发现”系列，探测目标可以是太阳系的任何天体，包括火星、月球(但不包括地球)，任务总经费4．25亿美元(按2010财年美元值计)，发射准备完成日期不迟于2017年底。　　(2)递交提案　　参与竞选的方案需要递交两轮提案。第一份提案正文通常规定为40页以内，内容包括科学目标、目的、考察项目、团队结构和职责、管理方式，风险管理和减少风险的策略、质量保证，探测器、有效载荷集成计划、运载火箭、科考任务作业方式、数据处理、归档和分析计划；还必须给出本项目的教育和公众传播计划和对小型弱势企业的培植计划。想要通过第一步筛选，该提案在A阶段研究结束时的成本增长将不得超过20％，且必须保持在最高许可成本上限的范围内。　　第一步遴选过程中获胜的2～4个优秀提案须在6个月内递交150页的A阶段方案研究报告。主要内容包括：战略目标、任务目的、科考成绩考核标准、科学数据返回要求、技术管理要求、团队管理要求、成本管理要求等。　　(3)第一步方案评审　　方案评审分两步进行，第一步评审分别由科学任务部任命的两个评审小组实施。第一小组由40～60位来自工业界、政府实验室NASA下属航天中心的技术评审专家组成，评审范围集中于技术管理、成本和其他方面；第二小组是NASA科学任务部的科学评审组，由20～30位科学家组成，主要负责科学考察方案的评审。　　评审小组的评价依据科学价值(权重值40％)、科学可行性(权重值30％)和实施风险(权重值30％)进行评价，并对所有方案进行分类，大致分为4个等级，委员会将从I类或II类提案中优选出2～4个提案。　　(4)第二步方案评审　　第二步评审在A阶段(方案阶段研究)完成后进行。第二步评审是继续进行竞争的最终评审，要提供更准确的成本和进度估算。评审人员通常和第一步评审时大致相同。评审专家将根据机会公告给出的科学、管理、成本等准则对研究报告进行评审。在评审过程中，首席专家制任务团队在完成过去探测任务中的业绩、特别是在NASA的“发现”系列和“探测者”系列对成本上限和完成时间有明确规定的任务中的业绩，将是影响方案风险评审的一个重要因素。评审组还要和计划人员及科学任务部代表一同对其中的一个主要研究所作现场访问。第二步评审完成后，确定1～2个中选方案，递交科学任务部批准。　　2．关键决策点评审和任务终止评审　　核心任务和首席专家制任务中评审都是围绕5个全寿命周期的关键决策点开展，且评审方式也大致相同。然而鉴于首席专家制任务管理程序的特殊性，为了保证耗资巨大的探测项目按照规定的要求正常进行，对任务的监督和评审更加严格。因此在首席专家制任务的评审过程，特别是早期(A阶段前和A、B阶段)的评审项目中，与核心任务之间存在较大的差异。其评审过程见图3。　　除关键决策点的评审外，NASA还通过“任务终止评审”来控制探测任务。当NASA总部判定某个任务可能会超出成本上限或出现其它特殊情况时，将责成计划办公室或直接召集“任务终止评审”。然而，NASA是不会轻易终止任务的，多年来真正被终止的首席专家制任务只有一项。　　六、首席专家制任务的实施绩效及存在问题　　1．首席专家制任务的实施绩效　　　　经过20多年的发展，首席专家制逐渐趋于成熟。在美国国家研究委员会的报告中，曾多次提到首席专家制发挥的积极作用，并给予　　了高度评价。2004年，由美国国家研究院出版的《太阳和空间物理学以及在空间探测中的作用》指出：“探测者”计划贡献了核心任务系列中没有涵盖的重要内容，填补了核心任务没有涉及的关键性科学领域空白，支持了着手快速解决重点论题，提倡创新和使用新方法，而且还提供让学生们参与空间研究项目整个周期任务的平台，这些都是难能可贵的，也是周期漫长的核心任务无法实现的。NRC的太阳和天体物理学委员会和太阳系行星探测委员会的科学家们在对这些年来首席专家制任务效果的评论中提出：希望在未来的深空探测任务中， “探测者”系列任务能够每年发射一次； “发现者”系列任务能够每18个月发射一次； “新边疆”系列的中型探测任务能够每2～3年发射一次，成本在“发现”系列的两倍以内。　　此外，在核心任务的实施过程中，往往也需要提前发射一些中小型探测任务来进行配合，以保证核心任务的顺利实施。特别是一些新技术，在核心任务中应用前最好先经过实际空间飞行环境的考验，以免一旦出事无法收拾。在这方面，采用结构较简单、目标比较单一、用首席专家制模式管理的任务提前进行试验是最佳的选择。因为这类任务可以实现快速响应，在相对短的时间内利用新技术。而且中小型任务成本较低，政治影响小，偶尔失败的情况也是可以接受的，有较多的机会研发各种新技术和新设计，比较适于采用了创新性项目的深空探测任务，还可以提供更多的培训空间科学家的机会。　　2．首席专家制任务存在的问题　　在《首席专家领导的空间科学任务》报告中，对首席专家制取得的成绩表示了充分的肯定，但也指出了实施中存在的各种问题，并提出了改进建议，主要归纳如下：　　(1)成本和进度执行效果多数未能达到规定要求，无法达到事先期望的满意度；　　(2)为了提交符合要求的申请方案，所需的工作量极大，需要相当雄厚的经费支持，由于NASA不提供这方面资助，而且由于中选率低，难以得到后续回报，阻碍了中小型公司参与竞标；　　(3)评审项目过多，有些缺乏实际效益，反过来还要求任务团队耗费大量精力，削弱了首席专家的权力，给管理工作造成被动；　　(4)社会上具有丰富航天发射经历和技术管理经验的科学家数量相当短缺；　　(5)大多数首席专家对项目控制中的成本估算、进度预测、管理信息系统使用及配置等关键要素缺乏通透的理解，往往给任务实施带来不利影响；　　(6)项目竞争机制往往会造成概念阶段的严格保密，而且提出的方案容易倾向于高科学成就而忽视成本和进度要求，还可能导致NASA下属航天中心之间出现利益冲突；　　(7)NASA下属的计划办公室常常出现多渠道沟通和管理不稳定性，造成管理工作和政策的混乱。　　其中，最主要的问题是成本超支和进度推迟。从总体上来看，首席专家制深空探测任务的成本和进度执行效果多数未达到规定要求，成本超支现象仍比较普遍，进度推迟也时有发生。　　七、启示及建议　　通过对首席专家制的国外深空探测管理体制的研究，可以得出以下结论：　　1．从首席专家制的产生背景来看，它是美国深空探测技术发展到相对成熟时期的新型管理模式，是特定历史时期的产物。首席专家制也经历了由单个系列到多个系列、由简单到复杂、由小型任务到中型任务不断发展变化的过程。　　首先，首席专家制起始于上世纪90年代中后期，是美国在经历了40多年发展、且已经全面掌握了深空探测的关键技术，如自主导航与控制技术、远距离通信技术等之后才发展起来的新型管理模式。以火星探测为例，1975年海盗号成功着陆火星表面，标志着美国以火星着陆乃至区域巡视为目标的探测手段迈出了关键一步。上世纪80～90年代正是美国深空探测逐步由工程目标为主(即以实现并突破深空探测关键技术为主要目的)转向科学目标为主的转变时期。首席专家制正是在这种特定历史时期下应运而生的，满足了由科学目标牵引工程目标的需要。　　其次，在20年的发展过程中，首席专家制也逐步由尝试性的初级阶段向更复杂的高级阶段转变。首席专家制任务起源于NASA“现”系列，上世纪90年代中期以来，也开始推广到“探测者”的3个子系列。然后，又开拓了新的“火星侦察兵”和“新边疆”系列，任务规模也从早期的小型扩展到中型，单次任务最高投资已达6．5亿美元，迄今为止已经成功地发射了数十次深空探测任务。　　　　2．从首席专家制的作用来看，它是NASA核心任务的补充，不仅增加了同一发射窗口的发射频次，提高了窗口利用率，更是最大限度地发挥了美国最顶尖科学家的聪明才智，以探索宇宙奥秘、实现更高的学术追求。　　首先，美国实行首席专家制的目的是提高飞行频率，保障发射进度，为战略型旗舰任务做补充，满足更多科学和技术的挑战。通过精心的规划、灵活的管理、严格的成本控制，能够以比过去类似任务更少的资金和更短的研制时间来完成探测任务，为重要的科学研究项目提供更加频繁的发射机会，获取更加显著的探测效果。　　其次，首席专家是任务成功与否的核心人物。通常，他们在科学学术造诣和工程管理经验方面必须十分突出，迄今NASA的首席专家绝大多数是该领域的顶级科学家，拥有显赫的科学研究业绩和极高的荣誉。他们长期从事空间科学领域工作，有的是NASA某项任务的载荷级首席专家，由他们担任整星级的首席专家，从某种程度上说是多年研究工作的继续。首席专家制任务给予了他们在任务决策和管理方面更多的自主权和发挥空间，极大地调动了科学家的积极性。　　3．从首席专家制实施和监管的过程来看，充满了激烈的竞争，只有科学目标最具新颖性、工程实施具有可行性、成本控制合理的项目才能最终脱颖而出。NASA对入选的项目进行全过程监管，确保质量、成本和进度受控。　　首先，与传统任务不同，采用首席专家制的任务对递交的提案有十分严苛的要求，必须满足NASA的战略目标和主要目的，设定明确的科考成绩基本要求和最低要求，交付符合规范要求的科考数据，按照NASA要求制定质量保障和风险管理计划，制定满足任务要求的工作分解结构和递交首席专家团队重要成员的履历，特别是制定合理的全成本估算，估算值不得超过NASA设定的上限，并且在各个关键决策点必须保持足够的成本储备(通常要高达25％)，此外还必须满足NASA的其它特定要求。　　其次，NASA对这种新创立的管理模式设置了一系列重要的管控措施。在历时数月的、严格的同行评审中，通过两阶段评审筛选出全面满足NASA要求的任务提案。在任务实施过程中，NASA通过派出的工程执行官、工程科学家和预算分析师对任务过程进行管控，作为与首席专家团队之间的桥梁。他们提供各阶段关键的政策服务和咨询服务，不断地提出管理要求和技术要求，又可保障NASA总部对任务进度的清晰了解，保障该项任务健康地发展，通过各个关键决策点的评审考核，顺利地进入下一阶段。　　4．从首席专家制的管理绩效来看，尽管大多数任务成本超支和进度拖延现象较严重，但采用首席专家管理模式的深空探测任务均有相当高的成功率，并取得了大量卓有成效的科学回报，是核心任务管理模式的有效补充。　　首先，首席专家制任务管理模式实施20年来的实际绩效是应当肯定的，它给科学家提供了更多的自主权，而且这种管理方式具有很强的竞争性，可以充分发扬科学家们的聪明才智，比较适合于引进创新性项目和使用新的技术途径，还贡献了核心任务系列中没有涵盖的重要要素，填补了核心任务没有涉及的关键性科学领域的空白。　　其次，首席专家制虽然经历了20年的历程，但仍然不完善。深空探测任务的成本管理难度十分巨大，可能需要更长的时间才能走向成熟。尽管如此，我们仍应相信，采用成本封顶的首席专家制任务管理方式是一种有益的尝试，通过设置一系列控制关卡，有利于避免成本大幅度地超支。　　基于以上分析，我们提出如下建议：　　(1)采取统一的一元制管理是我国深空探测科学发展的重要保障　　深空探测是一项高风险、高投资的项目，具有重大政治影响和社会影响，是科学进步和技术创新的重要途径。因此，世界各航天大国都无一例外地实行统一的一元制管理。如美国的深空探测计划，无论是核心任务，还是首席专家制任务，都隶属于科学任务部统一管辖。科学任务部管理手册对深空探测任务的组织机构和管理流程都有明确规定。即便是自由度相对较大的首席专家制任务，也必须接受科学任务部的监管。俄罗斯、欧空局也都实行了一元管理。仅日本在早年采用过二元制管理，但2003年日本政府将两个航天机构合并，建立了新的一元化制管理模式。由此可见，一元制的深空探测管理模式是当今世界航天大国采取的唯一管理模式，我国也应当在管理体制上采取统一的一元管理模式。　　(2)制定科学合理的战略规划是推动我国深空探测发展的有效途径　　美国深空探测的经验表明，制定合理的战略规划对科学发展深空探测至关重要。为了能够全面地反映深空探测学术界的观点，NASA委托国家研究委员会下属的空间研究委员会开展长期而广泛的调研，形成的“十年调查报告”是制定深空探测战略规划的重要参考依据。2002年，完成了行星科学第一份十年调查报告，即《太阳系的新边疆：综合探测战略》。2012年，发布了第二份十年调查报告，即《2013～2022年行星科学探测十年构想和旅程》。这两份“十年调查报告”成为NASA评估已实施计划和指导未来计划的重要文件。我国处于深空探测的起步阶段，制定科学合理的深空探测战略规划，将是推动我国深空探测事业发展的重要途径。　　(3)核心任务管理模式仍是当前阶段我国首选的深空探测管理模式　　尽管美国采取了核心任务和首席专家任务两种管理模式，但适用范围有着清晰的界限。核心任务适用于难度大、研制周期长、复杂程度高，以攻克关键技术为主的极具挑战性的项目；首席专家制任务适用于技术成熟、研制周期短、成本低，以增加发射频次、提高科学回报为目的中小型任务。美国深空探测发展最成熟，采取这种管理体制有其历史必然性。其他国家或组织，如俄罗斯、欧空局和日本，均未采取整星级首席专家制的管理模式。由此表明，对于处于深空探测发展初级阶段的中国，由于尚未完全掌握深空通信、深空导航等关键技术，且对复杂空间环境和行星表面环境缺乏工程应用数据，因此应当以突破工程目标为主，以探索科学目标为辅，有所主次地发展深空探测。因此，采用核心任务管理模式仍是当前我国首选的深空探测管理模式。　　(4)适当借鉴载荷级首席专家管理模式是我国发展深空探测的创新举措　　载荷级的首席专家制广泛应用于NASA和欧空局等的核心任务中。这种载荷级的首席专家制可以更大程度地调动科学家的积极性，发挥创新性。美国首席专家制发展历程也表明，首席专家制最初是运用在载荷的研制上，逐步发展成熟后才应用到整星级上。此外，相当一部分整星级首席专家都具有担任载荷级首席专家的经历，他们拥有的载荷研制经验、成本控制经验以及项目管理经验都为其后来成长奠定了基础。鉴于创新的需要，我国可以适当借鉴国外载荷级首席专家任务的管理模式，在条件成熟的深空探测任务中加以应用，可以促进载荷的多样化发展，也能促进管理模式的创新。　　(5)培养既有前瞻性科学眼光又有丰富工程研制经验的首席专家　　从美国历次任务首席专家的履历中发现，尽管他们都是顶尖的科学家，但又具有丰富的航天器系统工程管理经验。目前，我国的顶级科学家尚不具备工程项目管理经验，此类综合性高端人才涌现的不是太多。因此，应当逐步建立起适合我国航天发展的首席专家组织模式和专业化队伍，通过挖掘和开发人才资源，建立合理有效的激励机制，充分调动科技人员的积极性，促进人才的培养。

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