[發明專利]一種可在軌維修載人航天器冗余設計方法

有效

• 申請號: 202110024374.7
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112699491B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 夏僑麗;楊宏;周昊澄;羅皓;陳伯翰;于文澤;賀為;李志海;刁常堃;種婧宜;楊樂
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 延慧;武麗榮

1.一種可在軌維修載人航天器冗余設計方法，包括：

S1.基于載人航天器的任務功能和系統環境因素，獲取進行冗余設計的輸入條件；

S2.基于所述輸入條件確定進行冗余設計的對象；

S3.根據所述對象的功能特點，確定進行冗余設計的冗余類型、冗余層次和冗余程度；

S4.根據所述對象、所述冗余類型、所述冗余層次和所述冗余程度，確定冗余設計的初始方案；

S5.對所述初始方案進行有效性分析驗證和測試驗證，若滿足設計要求，則確定所述初始方案為最終的冗余設計方案。

2.根據權利要求1所述的可在軌維修載人航天器冗余設計方法，其特征在于，步驟S1中，基于載人航天器的任務功能和系統環境因素，進行任務功能分析和系統環境因素分析，明確功能、性能指標，以及可靠性、維修性和測試性要求，并對可利用的資源及保障條件進行分析，作為冗余設計的輸入條件。

3.根據權利要求2所述的可在軌維修載人航天器冗余設計方法，其特征在于，步驟S2中，基于所述輸入條件確定進行冗余設計的對象的步驟中，采用可靠性建模、FMEA、FTA及可靠性預計的分析手段識別進行冗余設計的對象。

4.根據權利要求3所述的可在軌維修載人航天器冗余設計方法，其特征在于，步驟S2中，基于所述輸入條件確定進行冗余設計的對象的步驟中，包括：

S21.通過功能FMEA、硬件FMEA分別識別在嚴酷度為I、I?I類情況下單點失效的功能和設備；

S22.通過FTA識別出單點失效，以及二階最小割集中重要度高的功能和設備；

S23.通過可靠性建模和預計，獲取低于可靠性指標要求的功能和設備；

S24.獲取在軌維修時，對整器系統正常運行有影響，且具有最大維修時間約束的設備或在軌可更換單元。

5.根據權利要求4所述的可在軌維修載人航天器冗余設計方法，其特征在于，所述冗余類型包括：功能冗余、信息冗余、直接冗余、靜態冗余、動態冗余、混合冗余；

步驟S3中，確定進行冗余設計的冗余類型的步驟中，根據所述對象的特點，確定冗余類型；其中：

若所述對象屬于系統級，則冗余設計采用功能冗余、信息冗余；

若所述對象屬于分系統內部，則冗余設計采用直接冗余；

若所述對象對控制實時性具有要求，則冗余設計采用靜態冗余，其冗余結構形式采用工作冗余；

若所述對象對控制實時性具有要求，且用于提供核心功能，則冗余設計采用混合冗余；

若所述對象屬于控制參數可變的控制設備，則冗余設計采用動態冗余，冗余結構形式采用非工作冗余。

6.根據權利要求5所述的可在軌維修載人航天器冗余設計方法，其特征在于，步驟S3中，確定進行冗余設計的冗余層次的步驟中，基于所述冗余類型進行，以及結合所述對象的維修層次確定，且所述冗余層次與所述對象的維修層次保持一致；

若所述對象為子系統級和系統級，則確定其冗余層次為對應功能冗余設計的第一層次，一般為子系統和系統級，如交會對接功能采用自動對接和手動對接功能互為冗余；

若所述對象為設備和設備內部模塊，則確定其冗余層次為對應直接冗余設計的第二層次；

所述第二層次的優先級低于所述第一層次。

7.根據權利要求6所述的可在軌維修載人航天器冗余設計方法，其特征在于，步驟S3中，確定進行冗余設計的冗余程度的步驟中，根據可靠性要求、維修性設計要求和系統資源綜合確定，包括：

S31.通過FMEA、FTA結果驗證可以消除的單點失效均已消除，通過FTA的高階割集分析，識別冗余過度的設計，作為優化設計的輸入；

S32.基于定性分析的基礎上，對冗余設計進行可靠性預計，若預計結果不滿足分配指標要求，則增加冗余，若預計結果遠高于分配結果，則冗余過度，則進一步識別過度冗余，進行優化設計；

S33.結合維修性設計分析，若所述對象屬于在軌維修需求，且可在軌維修后迅速修復，則降低所述冗余程度。