国外航天器在轨故障模式统计与分析

统计与分析航天器在轨运行的故障模式,了解故障发生原因及规律,对航天器总体设计和降低在轨运行的风险具有重要意义。本文对1993-2012年期间国外300多次航天器在轨故障情况进行整理,通过统计分析,发现结构机构、控制、电源以及推进分系统在轨故障的比例较高,并归纳出了这些分系统出现故障的原因和类型。最后,给出了有针对性的故障防护措施建议。     

应用层次分析法的航天器健康评估方法

采用层次分析法,实现各故障模式对航天器系统、分系统、单机设备影响权重的量化和分析,并提出航天器健康评估体系分级构建思想;结合航天器遥测数据特性对故障预测技术和健康评估方法进行了研究,设计了新陈代谢GM(1,1)等动态预测模型,给出了故障模式预测仿真结果。研究结果可为航天器在轨任务规划、故障处理维护等提供借鉴。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

航天器热设计中的系统性和鲁棒性

从航天器系统设计最优的角度,讨论了热设计应关注的几个问题:系统最优而非分系统指标最优的热设计原则,合理并充分利用航天器资源的热管理思路,解决航天器研制问题的热设计最小重构手段,适应航天器在轨意外故障的鲁棒性热设计方法。提出了现阶段航天器热设计应适当增加主动热控比例的设计原则;结合卫星应用实例,给出了充分利用电加热这种简单可靠的主动热控手段,来提高热设计鲁棒性,从而提升热设计系统性的方案和流程。     

航天器在轨故障与空间环境的关系

空间环境对航天器的在轨工作性能和可靠性有很大影响,文章就近几年发生的航天器在轨故障情况作了介绍,对一些故障事例进行了分析.同时指出了加强空间环境及其效应研究的重要性和需采取的对策.     

一种卫星飞行模拟器的热控分系统模型设计

设计了一种飞行模拟器的热控分系统模型,用于仿真卫星在轨正常和故障状态下的温度情况.为了保证热控分系统的仿真功能、速度和精度,构建了一个完整的热控分系统架构,并采用一系列数学模型来描述卫星的热状态变化,尤其是采用了基于偏微分方程的卫星主体热数学模型.最后,根据仿真结果与热分析数据以及卫星在轨数据的对比,对热控分系统设计进...     

嫦娥四号中继星供配电分系统可靠性设计与验证

针对嫦娥四号中继星的轨道特点、在轨工作模式和任务要求,供配电分系统采用半调节母线拓扑结构和电源调节与配电控制一体化的方案实现了集成化、轻量化设计需求。重点识别了供配电分系统可靠性设计的关键要素,从供电可靠性、能源安全性和在轨能源管理等方面进行分析和设计,并进行了充分的地面专项验证试验。通过在轨多种工况考核和遥测数据分析可知,供配电分系统工作正常,满足设计要求。     

空间推进系统在轨有关热控问题分析

文章基于空间推进系统热控的特点,针对长期在轨航天器推进系统热控面临的贮箱膜片热胀冷缩疲劳和机组阀门超温问题进行机理分析,归纳贮箱热控和发动机、推力器高温工况相应的解决措施及难点,结合某型号实际提出解决方案,并对改进后的效果进行分析预示,给出长期在轨航天器热控方案设计建议。     

航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。     

一种航天器电加热智能控制策略

降低航天器平台各分系统的功率需求是提高航天器承载能力的重要手段之一。部分航天器的热控功率占比偏高,而消耗功率的主要电加热器因控制算法简单,在轨功耗呈现明显的波峰波谷。文章提出了一种旨在优化电加热器总功率的电加热智能控制策略,并根据某导航卫星热设计和在轨遥测数据,选取蓄电池和推力器的加热器为代表进行了仿真分析,结果表明:智能控制策略具有良好的收敛性,蓄电池和推力器的加热器功率需求分别下降50%和45%,可以推广应用到其他航天器。     

空间辐射环境引起在轨卫星故障分析与加固对策

文章对卫星由于空间辐射环境导致的在轨故障进行了统计;对某卫星数传综合处理器在轨单粒子翻转故障的现象、机理和措施等进行了分析;根据在轨故障案例、实际工程经验和仿真分析,从硬件和软件两方面提出了具体的降低单粒子效应的多种抗辐射加固设计方法,以延长卫星在轨工作寿命。     

中国小卫星全寿命周期故障分布研究

基于航天东方红卫星有限公司已发射的100多颗现代小卫星的在轨故障统计数据,研究发现国内小卫星在轨故障的分布规律呈威布尔分布特点。继而针对CAST968平台和CAST2000平台小卫星的实际在轨故障数据给出在轨故障分布的经验公式,结合国内小卫星正样研制阶段的故障分布研究成果,对小卫星全寿命周期的故障分布规律和特点进行分析和总结,在国内首次给出小卫星全寿命周期的故障概率密度曲线和浴盆曲线。     

卫星太阳电池阵在轨故障统计及分析

文章针对2000年1月至2012年9月期间79颗在轨卫星发生的114次太阳电池阵故障事件进行了分类统计分析,并利用Kaplan-Meier估计量分析方法对这些在轨故障进行了可靠性分析。结果表明:太阳电池阵的故障多发生在卫星在轨第一年,其中电子类故障发生率较高;不同卫星平台的系统缺陷或设计共性问题也与太阳电池阵故障紧密相关。最后,结合我国卫星太阳电池阵设计及制造工艺技术,提出了加强出厂前的测试和试验验证、加强仿真建模、加强冗余设计等建议。     

基于在轨运行状态的卫星稳定性与可靠性研究

为解决卫星在轨运行故障率较高的问题,文章分析了卫星在轨运行的特点,定义了卫星在轨工作状态及其与系统稳定性变化的关系。研究表明:对在轨运行安全稳定状态进行控制,能使状态保持或向高级跃迁,可提升卫星稳态及可靠性。文章最后提出了提高卫星在轨运行稳定性与可靠性的在轨运行策略与技术方向。     

低轨互联网卫星在轨单粒子翻转分析及防护措施

空间单粒子翻转（SEU）对于在轨卫星寿命和可靠性有着较大的影响,然而,针对低轨互联网卫星1000～1200 km的典型极地轨道空间SEU,目前缺少在轨试验验证结果。文章对某型号的两颗卫星在轨7个月以来的SEU事件记录数据进行处理和分析,给出互联网卫星1050～1425 km不同轨道高度上的SEU事件发生的频度、区域及概率,结合在轨运行情况提出互联网卫星在轨单粒子翻转的软硬件防护设计措施。数据表明,在当前低轨互联网卫星的典型轨道高度上,对于抗单粒子翻转阈值为0.7 MeV·cm2/mg的低阈值SRAM器件,在轨SEU事件大部分发生在SAA区域,发生概率约为7.63×10-7 bit-1·d-1。结合卫星在轨空间防护设计经验,通过加强元器件选用控制、软硬件冗余设计、关键器件限流等措施,可以有效提高低轨互联网卫星的在轨可靠性。     

卫星在轨失效统计分析

从故障影响的设备、范围、时间特性等方面,对20世纪70年代以来国内外卫星272次典型在轨故障进行了分析。研究发现,发生故障的设备和发生故障的时间等都存在明显的规律性。对这些故障特性的深入研究可以制定针对性的故障防护措施,以降低卫星故障的发生率,并有助于在故障发生后采取及时正确的措施以避免灾难性后果。基于上述研究,文章给出了卫星设计过程中有效规避故障的一些建议,以提高卫星的在轨存活率。     

月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术及性能分析

针对月球卫星工作模式多,功率需求变化大,自主控制能力要求高的特点,防止蓄电池出现欠充电、过充电,确保卫星供电安全,文章提出了以电子电量计控制为主、压力控制为辅的氢镍蓄电池在轨自主管理技术,包括充电控制模式、多模式多速率充电管理、全光照期充电管理和月食充电管理等内容,并给出了电池在轨测试情况。在整个任务飞行过程中电池以优异的性能在轨运行,实践证明月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术合理、有效。     

去型号化接收机地面环境模拟试验充分性验证

为考察针对去型号化接收机的地面各项环境模拟试验是否能充分有效验证在轨工作环境，利用高灵敏度接收机对噪声的敏感特性，选取通道AGC作为环境模拟试验充分性验证参数；根据多台去型号化接收机的地面试验数据，分析多批次接收机的AGC参数一致性，得到去型号化接收机通道参数差异很小的结论；在此基础上，通过对多台高灵敏度接收机在轨AGC数据与地面环境试验AGC数据的比对，明确了由环境差异导致的AGC数值差异范围，可以为后续产品的地面环境试验和在轨飞行提供参考。对多台接收机在轨飞行接收机通道底噪变小的现象进行分析，得到地面环境试验模拟的电磁环境条件比空间电磁环境更恶劣的结论。     

基于移动终端和云的航天器在轨监视系统设计

传统的航天器在轨监视体系为集中模式,应急处置时存在时效性低、对在岗值班人员专业要求高等问题。随着在轨航天器数量的急剧增加,亟需引入移动安全技术,支持在可信网络传输环境下移动终端的安全接入和快速响应,实现线上、线下的航天器设计、在轨管理技术力量的有效综合利用。设计了一种基于移动终端和云平台的航天器在轨监视系统,通过原型系统的实际测试,验证了系统在技术上成熟可行,能够实现航天器管理相关人员在远离任务中心的情况下,通过移动终端以安全可靠的方式便捷地接入后端云平台,及时掌握航天器在轨运行状况。     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综合时间、空间、能源、存储等约束条件,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法,并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等,针对在轨实时虚拟化的需求,设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明,算法时效性可以满足星上实时计算要求。