航天器健康管理技术研究

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1、航天器健康管理技术研究摘要：航天器健康管理技术对于保障航天任务的顺利实现、节省发射、运营成本、避免财产损失和人员伤亡有着重要作用。本文总结了国内外航天器健康管理技术的发展状况以及最新成果，总结了航天器健康管理技术存在的问题以及发展的方向。介绍了我国航天器健康管理研究与世界先进水平的差距，结合我国特点，探讨了我国健康管理技术的研究重点。1引言航天任务具有政治影响大、风险高、投资大、周期长等特点，因此保证航天任务的顺利实施对任务和国家来说都是一个重要目标。航天器以及有效载荷通常都是高可靠性设计的，但是

2、由于空间环境的复杂性以及地面测试条件的局限性，航天器以及有效载荷在运行时仍然会出现故障。尽管现在各个国家都开展了航天器故障方面的研究，但由于是航天器系统是一个典型的复杂系统，这类系统的特点就是子系统交互关联，在其性能、功能提高的同时，由于组成环节和影响因素的增加，发生故障的潜在可能性也在增大，甚至有的故障可能会发生连锁反应，引起整个任务流程的失败甚至引起整个系统的瘫痪。航天器的健康管理技术是对航天器以及有效载荷进行故障预测、故障诊断、故障隔离、故障处理决策、部件性能跟踪、趋势预测等方面实现自主保障

3、的一门技术，对于控制航天器以及有效载荷的风险、降低保障成本、缩减维护规模具有现实意义。航天器健康管理技术是在故障诊断技术的基础上发展起来的，尤其是像航天器这样的复杂系统健康管理技术（ComplicatedSystemIntergradedHealthManagement，CSIHM）是集测试技术、人工智能、信息技术为一体的综合应用，从故障监测、诊断、隔离、重构（FaultDetection,Isolation,Reconfiguration,FAIR）技术一步一步发展演变而来的，将管理功能扩展到自

4、主重构、资源重组以便安全、有效地实现任务目标。2研究状况现在各个航天大国都在开展航天器健康管理所技术的研究，NASA更是将其定为航天器健康管理技术放在21世纪太空飞行技术需求的第一位。NASA的航天器健康管理研究项目由X-33/X-34/X-37，军用飞机项目有F-18，F-22，JSF，UCAV等，美国的的健康管理技术有两个典型代表，一是运载器综合健康管理技术（VehicleIntegratedHealthManagement，IVHM），二是JSF项目提出的预测与健康管理技术（PHM）。   

5、2.1IVHMIVHM是NASA近些年在其可重复使用空间飞行器(reusablelaunchvehicle,RLV)项目中正式提出的,它是在飞行器系统中集成和应用先进的软件、传感器、智能诊断、数字通信、系统集成等技术,来实现对飞行器系统智能的、系统级的健康评估和控制、信息和决策管理,帮助操作人员完成飞行任务、减小风险和危害。IVHM是NASA在运载器健康管理（VehicleHealthManagement，VHM）技术的基础上提出的，VHM技术最初在NSL-1、NSL-2火箭项目上应用实施，VHM

6、的另一应用对象是X-33，此项目将具有对飞行器各个子系统故障监测和功能管理模块集成封装于两个LRU单元内,成为VHM计算机,分为3个子系统:通过远程健康节点(remotehealthnode,RHN)组成智能传感器网络采集飞行器结构、机械和环境等数据;监测和记录6条MIL-STD21553总线的通讯状况;通过使用分布式光纤温度、氢气、应力传感器监测低温油箱。以X-33的这种硬件组成及功能结构为基础的VHM系统在随后的X-34、F/A-18、DS-1、K-1、X-37等项目中得到了验证和发展,IVH

7、M技术从概念到系统结构、功能、硬件组成等方面也有了完善和提高,如X-34中对硬件的升级、F/A218对嵌入VHM软件工具Livingstone的升级和在X-37视情保障中的应用。伴随IVHM的发展,也出现了许多用于VHM的诊断推理工具,如:Ames研究中心开发的Livingstone诊断推理工具,成功用于DS-1、X-34、X-37等;JPL(JetPropulsionLaboratory)开发的推理工具SHINE和诊断工具BEAM,成功用在X-33等中;此外还有基于模型的推理机TEAMS成功用在

8、K-1等中、基于模型的软件工具FACT。新型的传感器、先进的诊断推理算法和系统集成方法等的应用也成为IVHM技术发展的重要成果。综上所述,IVHM已经得到一定发展,但还不完善,尚处于原理、部分功能和概念的验证阶段,目前还没有具备完整IVHM功能的系统  2.2PHM20世纪90年代末,随着美军重大项目F-35联合攻击机(JSF)项目的启动,为预测与健康管理(PHM)技术的诞生带来了契机。PHM是JSF项目实现经济承受性、保障性和生存性目标的一个关键所在。JSF的PHM系统是当前飞机