某卫星姿态角的确定和对测量部件的故障诊断

卫星三轴姿态的确定是对卫星进行姿态控制的基础,利用陀螺和红外敏感器互补的特性,并对测量所得到的数据进行处理,便可得到卫星姿态角的估计值。陀螺和红外地球敏感器是卫星姿态控制系统中关键的测量部件,两者的测量输出通过卫星运动学方程相关,有冗余关系,可以用于故障检测。本文对所设计的观测器进行了数值仿真,证实了其有效性,并直接利用所设计的观测器进行故障检测,首先得出陀螺和红外地球敏感器在各种故障下的输出残差曲线,然后分析陀螺和红外地球敏感器的不同故障对输出残差信号的不同影响,找出各种故障与不同输出残差的对应关系,从而确定发生故障的部件。     

基于时空结构的卫星智能诊断模型研究

针对卫星这类复杂系统的故障诊断,提出了基于时空结构的智能故障诊断系统模型(iFDS),从系统结构,结构模型,推理机制、流程模型等方面进行论述,通过对各种故障诊断方法进行融合,实现了卫星系统网络化、个性化、远程并行诊断的智能故障诊断.在故障推理机制研究中,将故障分为系统故障、多发故障和单元故障3类,分别对每一类故障提出相应的智能故障推理方法.     

东方红三号系列卫星在轨故障统计分析

迄今为止,东方红三号系列卫星累计运行时间已近30年,积累了相当可观的故障数据。文章在统计5颗卫星在轨故障信息的基础上,分析了该型卫星在轨故障随工作时间的总体变化规律,不同后果的故障和不同分系统的故障随工作时间的变化规律,以及卫星的可靠性增长。结论认为,该型早期卫星故障符合典型的浴盆曲线模型,早期故障较多,后期故障频繁;该型后期卫星同样存在早期失效,但特征不明显,除去空间干扰因素,卫星运行期间故障趋势相对平缓,卫星可靠性明显提高。     

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。     

基于领域知识图谱的卫星故障辅助诊断与处置方法

本文重点针对传统故障诊断方法能力不足的缺点，开展基于领域知识图谱的卫星故障辅助诊断与处置方法研究，突破卫星故障领域知识图谱构建关键技术，关联固化卫星系统多维专家知识，构建卫星故障领域知识图谱，进而实现结合卫星故障知识信息的卫星故障推理分析和辅助诊断处置，提升复杂故障场景下的卫星故障诊断效率与处置能力。本文提出的方法为保障大气环境监测卫星的在轨长期稳定运行，提供了一种新的故障辅助诊断与处置措施。     

国外卫星泄漏故障分析

介绍了国外影响卫星部分飞行任务的泄漏故障和使卫星工作寿命缩短的泄漏故障, 以及导致卫星发射失败的泄漏故障。对国外卫星泄漏故障发生的时间、国别、型号、发生的系统和部位, 以及影响程度分别进行了统计分析, 并得出相应的结论     

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。     

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。     

GEO卫星在轨故障条件下测控应急措施

地球静止轨道卫星在轨故障时,完成卫星故障现象的排查与确认,实施其后的处理工作,对保证星地测控链路通畅至关重要。根据地球静止轨道卫星的工作特点,描述了保证卫星能源供应、保证测控链路通畅等4项卫星在轨故障处理原则。简要介绍了地球静止轨道卫星平台测控分系统的主要技术状态,进行了测控链路分析;根据测控链路余量,从卫星、地面测控站两个方面,提出卫星在轨故障时测控上行、下行链路的处理措施。这些措施均经过卫星的飞行验证,证明行之有效。     

卫星在轨故障定位的系统分析方法

近年发射的卫星数量与日俱增,在轨卫星故障案例也随之增多,造成许多重大损失。在此背景下,文章提出了一种卫星在轨故障定位的系统分析方法,给出了系统分析流程和方法,通过三系统关联故障分析、通路故障分析和总线故障分析将系统级故障逐步分解,转化为设备级故障,最终通过试验验证将故障定位,同时给出了计算机辅助分析方法。该方法系统性强,快速易用,定位准确,已经在多次卫星在轨重大故障定位中得到了应用,效果良好。     

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。     

小卫星故障诊断与处理技术

介绍一种简单有效的故障诊断及处理技术，它将小卫星的故障分为分系统级，系统级和系统外部级三种，并由星务管理软件处理系统级故障，在每个循环周期都对遥测参数进行采集和监测，故障发生时，根据故障的优先级，选择并恢复具有最高优先级的故障。该技术在某小卫星中应用，能有效满足系统控制周期的限制和系统可靠性要求。     

三轴稳定遥感卫星姿控系统故障情况下的系统重构

论述三轴对地稳定遥感卫星姿控系统中部分轮子或部分陀螺故障情况下的姿控系统重构。文中论述了只在俯仰通道有一偏置动量轮正常工作，而滚动和偏航通道轮子故障条件下的系统重构。另外还论述了偏航陀螺故障，姿控系统其它部件正常情况下，控制系统采用Whecon原理与PIM控制相结合的设计。以上两种系统重构拟用于实际系统中，经过数学仿真验证，姿控系统在故障情况下能够完成基本任务。     

国外航天器在轨故障统计与分析

统计和分析航天器在轨实际发生的故障,可以从中发现在轨故障发生的规律,并指导航天器采取预防或纠正措施。文章在收集航天器在轨故障的基础上,划分了故障的类别,总结了故障发生趋势。对航天器平台而言,控制、供配电、推进3个分系统的故障所占比例最高。针对航天器供配电、综合电子、推进、热控、环控生保等分系统的故障进行了统计,并分析了...     

卫星动力学环境模拟试验技术展望

卫星对严酷的动力学环境的适应能力直接关系到卫星飞行任务的成败,试验控制技术是动力学环境试验的关键环节.文章通过对模拟试验控制技术的研讨,包括振动试验中的力限控制技术和声试验响应控制技术的探讨,以及对卫星结构在动力学试验中故障诊断方法的分析,进一步展望卫星动力学模拟试验技术的未来.     

Health scorecard of spacecraft platforms: Track record of on-orbit anomalies and failures and preliminary comparative analysis

Choosing the “right” satellite platform for a given market and mission requirements is a major investment decision for a satellite operator. With a variety of platforms available on the market from different manufacturers, and multiple offerings from the same manufacturer, the down-selection process can be quite involved. In addition, because data for on-obit failures and anomalies per platform is unavailable, incomplete, or fragmented, it is difficult to compare options and make an informed choice with respect to the critical attribute of field reliability of different platforms. In this work, we first survey a large number of geosynchronous satellite platforms by the major satellite manufacturers, and we provide a brief overview of their technical characteristics, timeline of introduction, and number of units launched. We then analyze an extensive database of satellite failures and anomalies, and develop for each platform a “health scorecard” that includes all the minor and major anomalies, and complete failures—that is failure events of different severities—observed on-orbit for each platform. We identify the subsystems that drive these failure events and how much each subsystem contributes to these events for each platform. In addition, we provide the percentage of units in each platform which have experienced failure events, and, after calculating the total number of years logged on-orbit by each platform, we compute its corresponding average failure and anomaly rate. We conclude this work with a preliminary comparative analysis of the health scorecards of different platforms.The concept of a “health scorecard” here introduced provides a useful snapshot of the failure and anomaly track record of a spacecraft platform on orbit. As such, it constitutes a useful and transparent benchmark that can be used by satellite operators to inform their acquisition choices (“inform” not “base” as other considerations are factored in when comparing different spacecraft platforms), and by satellite manufacturers to guide their testing and reliability improvement programs. Finally, it is important to keep in mind that these health scorecards should be considered dynamic documents to be updated on a regular basis if they are to remain accurate and relevant for comparative analysis purposes, as new information will impact their content.     

卫星控制系统多转台多模拟器半物理仿真方法

卫星控制系统半物理仿真是在实验室中模拟卫星在轨道上运动特性的一种试验方法 ,它通常用于验证卫星控制系统方案和性能指标。卫星控制系统半物理仿真包括将硬件接入路的卫星动力学仿真和运动学仿真。仿真计算机计算卫星的动力学和运动学方程 ;转台模拟卫星在空间的运动 ;目标模拟器用来模拟作为卫星姿态敏感器的参考目标 (太阳、地球和恒星等 )的环境特性。为了将控制系统硬件接入试验路 ,必须适当地处理一系列的关键技术。卫星控制系统多转台多模拟器半物理仿真方法适用于带有多种敏感器的复杂卫星仿真。     

A hybrid attitude controller consisting of electromagnetic torque rods and an active fluid ring

In this paper, a novel hybrid actuation system for satellite attitude stabilization is proposed along with its feasibility analysis. The system considered consists of two magnetic torque rods and one fluid ring to produce the control torque required in the direction in which magnetic torque rods cannot produce torque. A mathematical model of the system dynamics is derived first. Then a controller is developed to stabilize the attitude angles of a satellite equipped with the abovementioned set of actuators. The effect of failure of the fluid ring or a magnetic torque rod is examined as well. It is noted that the case of failure of the magnetic torque rod whose torque is along the pitch axis is the most critical, since the coupling between the roll or yaw motion and the pitch motion is quite weak. The simulation results show that the control system proposed is quite fault tolerant.