航天器故障诊断技术的研究现状与进展

总结了航天器故障诊断技术现状并对未来的发展方向进行了展望。

关键词： 故障诊断； 故障检测； 发展现状； 航天器

中图分类号： V467文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2016）05-0071-06

Abstract： The development of fault diagnosis technology for spacecraft plays an important role in the successful completion of the flying mission. This paper briefly reviews the fault diagnosis technology for spacecrcoft， and it describes the challenges of fault diagnosis and development status of fault detection and isolation technology for spacecraft in China and abroad based on collecting and summarizing the types of spacecraft fault and the probability of fault occurrence. The progress of research and the main characteristics of the fault diagnosis methods are analyzed. The present situation of spacecraft fault diagnosis technology is summarized and the future development direction is prospected.

Key words： fault diagnosis； fault detection； development status； spacecraft

0引言

随着航天领域的不断扩展以及航天技术的不断进步， 航天器系统的复杂度不断提升。 这虽然有利于航天器完成难度更大的太空任务， 但是由于太空环境的复杂性以及航天器地面测试系统的局限性， 航天器的可靠性将会相应降低。 航天器发生微小的故障都有可能引起系统性的故障问题，影响整个航天器的正常工作， 甚至导致太空飞行任务的失败。 所以， 航天器的故障诊断技术对于其飞行任务的成败起到至关重要的作用。 另一方面， 故障诊断技术的发展也可以让航天器更加自主化、 智能化， 脱离繁琐的人工监控模式， 不仅拥有了更高的容错性， 也大大降低了航天器的开发成本和飞行任务的风险。

国外航天领域的科研人员对航天器的故障诊断技术进行了多方面的研究， 国内也同样致力于这方面的发展， 但主要还停留在对航天器的故障分析和状态监测阶段。1航天器故障分析

针对航天器系统发生的故障， 收集并整理了近50年来公开发布的国内外航天器发射与在轨等各阶段的故障及其发生的原因， 对总体的故障方式进行了总结和研究。

按故障类型对航天器发生故障的比率进行统计， 如图1所示[1-6]。 从图中可以看出， 电源分系统、 控制分系统以及推进分系统发生故障的概率最高， 并且这三个分系统一旦发生故障， 对航天器的正常运行可能造成非常严重的伤害。

另外， 按航天器发生故障的严重性将航天器故障分为四个等级， 如表1所示[7]。

在国内外航天器发生的故障中， 灾难性故障和轻微性故障所占比率较少， 分别为22%和20%。 而严重性和一般性的故障发生概率较大[8]， 分别为27%和31%。

所以， 航天器一般以发生在控制系统、 推进系统或者电源系统上的严重性或一般性故障为主。 而只要能够及时开展对航天器的故障诊断技术研究， 其中大多数故障可以提前进行诊断并且避免灾难的发生， 特别是针对控制分系统、 电源分系统和推进分系统方面的探索， 不仅可以保障航天员的安全， 也可以提高航天器在轨运行的可靠性， 减轻地面工作人员的工作负荷以及航天器的发射和制造成本[9]。 所以航天器故障诊断技术的发展对于航天领域的进一步开拓具有非常重要的意义。

航空兵器2016年第5期王嘉轶等： 航天器故障诊断技术的研究现状与进展2国内外故障诊断技术发展现状分析

航天器故障诊断技术是随航天技术的不断进步而逐步发展起来的。 以欧美为主的国家在航天器的故障诊断技术上的发展较早， 领先于国内。 但随着国内航天事业的巨大发展以及中国航天大国地位的崛起， 中国在航天器故障诊断技术上的进步也是不容小觑的。

2.1国外航天器故障诊断技术的发展

美国在航天领域的发展早期就已经非常重视故障诊断技术的研究， 是最先将故障诊断技术运用于航天器飞行任务中的国家。 自20世纪70年代起， 美国在很多航天工程中都采用了以状态监测为主的故障诊断方法。 当时的“双子星座”飞船就是以故障监测系统为基础的载人飞船， 将地面数据监测系统以及宇航员舱内手动操作相结合来完成包括姿态控制系统、 燃料推进系统以及三轴转动速率的数据状态检测。 通过对这些状态参数的监测可以对飞船发生的故障采取相应的措施， 保证飞行任务的顺利完成。 而后的“阿波罗”飞船在“双子星座”飞船故障诊断系统的基础上， 建立了一套自身的安全保障系统。 该系统包括了对故障状态的监测和处理， 并由航天领域专家进行参与分析。 这也使得“阿波罗”系列飞船能圆满完成各项任务。 近年来， NASA在航天器故障诊断方面进行了全方位的探索并且已经形成了完整的故障诊断体系， 后来将其归类为集成健康管理系统的范围中[10]， 各分工如表2所示[11]。

推荐访问:航天器 故障诊断 进展 现状 研究