[发明专利]一种可在轨维修载人航天器冗余设计方法

权利要求书

1.一种可在轨维修载人航天器冗余设计方法，包括：

S1.基于载人航天器的任务功能和系统环境因素，获取进行冗余设计的输入条件；

S2.基于所述输入条件确定进行冗余设计的对象；

S3.根据所述对象的功能特点，确定进行冗余设计的冗余类型、冗余层次和冗余程度；

S4.根据所述对象、所述冗余类型、所述冗余层次和所述冗余程度，确定冗余设计的初始方案；

S5.对所述初始方案进行有效性分析验证和测试验证，若满足设计要求，则确定所述初始方案为最终的冗余设计方案。

2.根据权利要求1所述的可在轨维修载人航天器冗余设计方法，其特征在于，步骤S1中，基于载人航天器的任务功能和系统环境因素，进行任务功能分析和系统环境因素分析，明确功能、性能指标，以及可靠性、维修性和测试性要求，并对可利用的资源及保障条件进行分析，作为冗余设计的输入条件。

3.根据权利要求2所述的可在轨维修载人航天器冗余设计方法，其特征在于，步骤S2中，基于所述输入条件确定进行冗余设计的对象的步骤中，采用可靠性建模、FMEA、FTA及可靠性预计的分析手段识别进行冗余设计的对象。

4.根据权利要求3所述的可在轨维修载人航天器冗余设计方法，其特征在于，步骤S2中，基于所述输入条件确定进行冗余设计的对象的步骤中，包括：

S21.通过功能FMEA、硬件FMEA分别识别在严酷度为I、I I类情况下单点失效的功能和设备；

S22.通过FTA识别出单点失效，以及二阶最小割集中重要度高的功能和设备；

S23.通过可靠性建模和预计，获取低于可靠性指标要求的功能和设备；

S24.获取在轨维修时，对整器系统正常运行有影响，且具有最大维修时间约束的设备或在轨可更换单元。

5.根据权利要求4所述的可在轨维修载人航天器冗余设计方法，其特征在于，所述冗余类型包括：功能冗余、信息冗余、直接冗余、静态冗余、动态冗余、混合冗余；

步骤S3中，确定进行冗余设计的冗余类型的步骤中，根据所述对象的特点，确定冗余类型；其中：

若所述对象属于系统级，则冗余设计采用功能冗余、信息冗余；

若所述对象属于分系统内部，则冗余设计采用直接冗余；

若所述对象对控制实时性具有要求，则冗余设计采用静态冗余，其冗余结构形式采用工作冗余；

若所述对象对控制实时性具有要求，且用于提供核心功能，则冗余设计采用混合冗余；

若所述对象属于控制参数可变的控制设备，则冗余设计采用动态冗余，冗余结构形式采用非工作冗余。

6.根据权利要求5所述的可在轨维修载人航天器冗余设计方法，其特征在于，步骤S3中，确定进行冗余设计的冗余层次的步骤中，基于所述冗余类型进行，以及结合所述对象的维修层次确定，且所述冗余层次与所述对象的维修层次保持一致；

若所述对象为子系统级和系统级，则确定其冗余层次为对应功能冗余设计的第一层次，一般为子系统和系统级，如交会对接功能采用自动对接和手动对接功能互为冗余；

若所述对象为设备和设备内部模块，则确定其冗余层次为对应直接冗余设计的第二层次；

所述第二层次的优先级低于所述第一层次。

7.根据权利要求6所述的可在轨维修载人航天器冗余设计方法，其特征在于，步骤S3中，确定进行冗余设计的冗余程度的步骤中，根据可靠性要求、维修性设计要求和系统资源综合确定，包括：

S31.通过FMEA、FTA结果验证可以消除的单点失效均已消除，通过FTA的高阶割集分析，识别冗余过度的设计，作为优化设计的输入；

S32.基于定性分析的基础上，对冗余设计进行可靠性预计，若预计结果不满足分配指标要求，则增加冗余，若预计结果远高于分配结果，则冗余过度，则进一步识别过度冗余，进行优化设计；

S33.结合维修性设计分析，若所述对象属于在轨维修需求，且可在轨维修后迅速修复，则降低所述冗余程度。