[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

本發明涉及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。本發明的冗余設計方法更系統，提高冗余設計有效性。

技術領域

本發明涉及航空航天領域，尤其涉及一種可在軌維修載人航天器冗余設計方法。

背景技術

隨著技術發展，給載人航天器提出了更長的使用壽命和更高的可靠性要求。而在載人航天器的長期運行過程中，有可能會發生各種故障，嚴重影響任務完成和系統安全。在軌維修是一種預防和消除故障，保障載人航天器長壽命的有效手段。如和平號空間站原設計壽命5年，但是通過在軌維修支持(據統計，站上航天員75％的工作時間用于在軌維修)和維修資源保障，使實際壽命延長到了15年；國際空間站上也進行了大量的維修操作，截止到2005年10月，宇航員對美國艙和俄羅斯艙一共進行了4000多小時的維修，在空間站的組裝建造期間，預計要運輸維修備件約32噸，利用在軌維修技術后，國際空間站的壽命預計將達到15年。因此利用軌維修技術來維持載人航天器的長期高可靠運行是一個發展趨勢。

在軌維修不同于地面武器裝備系統的維修，屬于在線不停機維修，在進行維修操作時，系統仍要求可靠運行。因此，為保證維修安全，需要對支持維修的平臺功能(如供配電、信息管理等)，以及有維修需求的設備均開展冗余設計；同時，通過維修手段能修復故障設備，恢復并維持系統高可靠性，在進行冗余設計時，冗余程度可適度降低，節約系統資源。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可在軌維修載人航天器冗余設計方法。

為實現上述發明目的，本發明提供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。

根據本發明的一個方面，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。

根據本發明的一個方面，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。

根據本發明的一個方面，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、II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。