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1、航天器环境工程第28卷第6期516SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING201l{Fl2J载人航天器手动控制系统设计雷剑宇,于潇(中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094)摘要:航天员手动控制系统可作为自动控制和地面处置的备份手段。为了提高航天员在载人航天器驻留期间应对设备故障和突发事件的处置能力,采用系统工程方法对航天员手动控制系统进行了设计。通过地面试验测试,证明该手动控制系统设计能够有效地降低设备故障以及突发事件给航天员安全带来的风险。关键词:载人航天器;航天员;手动控制系统;压力控制中图分类号:V
2、528文献标识码:A文章编号:1673-1379(2011)06-0516-05DoI:10.39698.issn.1673-1379.2011.06.0020引言载人航天器作为航天员在轨工作和生活、空间科学实验的基础设施,承担着为航天员驻留期间提供环境控制、姿态与轨道控制、通信控制、能源与供配电控制以及驻留物资保斟l】等任务。正常情况下,整个载人航天器的控制管理主要依靠其自动控制程序结合地面遥控方式完成,手动控制系统作为备份不参与管控。故障或应急情况下(如遭遇空间碎片撞击引起舱内失压【2】、电路短接引起舱内失火[3】),航天器的自动控制能
3、力可能失效,需要启动手动控制系统。手动控制系统的作用是当发生影响航天员安全的事件时,充分发挥航天员的自主性和能动性,使航天员可以在现场迅速做出处置,必要时逃离事故现场。1手动控制系统设计1.1手动控制系统设计原则载人航天器手动控制系统设计遵循可判、可用和可控3个原则。1)可判:指手动控制的依据和控制结果的可监测性。航天员利用载人航天器显示数据以及相关报警提示实施手动控制,并监视手动控制实施的结果。2)可用:指手动控制方式的可实施性。航天员手动控制方式主要有两种:第一是直接针对设备的手动操作:第二是通过手动控制指令发送器发送指令进行间接控制。
4、通过一定的程序步骤综合使用两种方式实现对某一功能或某一事件的处置。3)可控:指手动控制影响区域的可控性。航天员每一步操作、每一条指令发送均需事先设计并通过地面试验验证其效果及影响,保证手动控制系统按照预先设计发挥作用。1.2手动控制系统组成载人航天器手动控制系统主要由平台管理系统、状态参数显示设备和手动控制设备3部分组成,其组成如图l所示。根据状态参数显示设备所提供的信息,航天员操作手动控制设备实施指令和操作的控制,再经由平台管理系统执行手动控制设备发出的指令和操作。载人航天器中央单元(C1U)通过通信总线从挂靠在总线上的平台管理系统各功能
5、控制器上采集平台和试验设备的状态参数,并将采集到的状态参数发送到状态参数显示设备。航天员通过监视状态参数显示设备了解整个航天器工作状态。如果某设备或平台状态出现异常,则状态参数显示设备自动报警,提示航天员注意。如果需要航天员自行处置,则航天员通过手动控制指令发送器发送指令,指令经由通信总线送至指定功能控制器执行。此外,某些功能还设计手动操作环节作为自动收稿日期:201卜10—25:修回日期:2011.11.04基金项目:国家重大科技专项工程作者简介:雷剑宇(1982一),男,博士学位,主要从事载人航天器总体设计工作。联系电话:(010)68
6、117079。第6期雷剑宇等:载人航天器手动控制系统设计517控制的备份手段。i眄硼;广i匏矧d㈣;裂耐■习舨员状态参数显不设备警韶一i控制精度高,因此作为主份手段;而手动操作仅在关键设备上作为备份。实施手动控制的基本原则是:发送手动控制指令对相关设备进行控制并尽可能地保留平台管理系统的自动控制能力;只有当手动控制指令未能发挥预期效果时才实施设备的手动操作。1)手动控制指令发送器手动控制指令发送器为终端设备,可供航天员手动发送程控指令和总线指令,以实现对平台管理系统的控制。航天员可利用设备面板上的按键和液晶显示屏实现与手动控制指令发送器的交
7、互。人机交互内容主要包括手动控制编码指令的输入或检索、选择待发指令内容和指令发送确认。手动控制指令发送器采用容错和安全机制,防止指令误发。对于重要指令发送则采用警告提示以及多重确认设计。如果航天员在一定时间内不操作时,则发送器自动锁定,以防止航天员误操作。通过设计,除广播令、不具备发送条件的指令、中继链路指令或组合体期间不会使用的指令外,所有的硬通道程控指令和总线指令都设置手动控制指令作为备份。手动控制指令条数占到程控指令和总线指令总数的90%以上。因此,航天员通过手动控制指令可以实现绝大部分平台功能控制。2)设备手动操作对于组合体期间与航
8、天员驻留相关的载人环境、通信以及信息显示等主要设备,除自动控制和手动控制外,还设计了手动操作控制环节,航天员可以对这些设备实施手动操作以实现相应的功能控制。2密封舱压力手动控制系
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