[发明专利]一种可在轨维修载人航天器冗余设计方法

说明书

本发明涉及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。本发明的冗余设计方法更系统，提高冗余设计有效性。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及一种可在轨维修载人航天器冗余设计方法。

背景技术

随着技术发展，给载人航天器提出了更长的使用寿命和更高的可靠性要求。而在载人航天器的长期运行过程中，有可能会发生各种故障，严重影响任务完成和系统安全。在轨维修是一种预防和消除故障，保障载人航天器长寿命的有效手段。如和平号空间站原设计寿命5年，但是通过在轨维修支持(据统计，站上航天员75％的工作时间用于在轨维修)和维修资源保障，使实际寿命延长到了15年；国际空间站上也进行了大量的维修操作，截止到2005年10月，宇航员对美国舱和俄罗斯舱一共进行了4000多小时的维修，在空间站的组装建造期间，预计要运输维修备件约32吨，利用在轨维修技术后，国际空间站的寿命预计将达到15年。因此利用轨维修技术来维持载人航天器的长期高可靠运行是一个发展趋势。

在轨维修不同于地面武器装备系统的维修，属于在线不停机维修，在进行维修操作时，系统仍要求可靠运行。因此，为保证维修安全，需要对支持维修的平台功能(如供配电、信息管理等)，以及有维修需求的设备均开展冗余设计；同时，通过维修手段能修复故障设备，恢复并维持系统高可靠性，在进行冗余设计时，冗余程度可适度降低，节约系统资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在轨维修载人航天器冗余设计方法。

为实现上述发明目的，本发明提供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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，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、II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。