国际空间站信息系统架构综述

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1、工程技术载人航天2011年第1期国际空间站信息系统架构综述陈志国张强(中国科学院空间科学与应用总体部)摘要国际空间站上的信息系统用于传递各种命令信息和实验数据，因此要具有良好的可靠性、实时性和传输性，研究了国际空间站俄罗斯服务舱、美国实验舱和欧洲航天局哥伦布舱的信息系统构架，并对其特点以及未来发展趋势进行了分析。着重阐述了网络分层管理，基于CCSDS的天地一体化网络，模块化设计，CO髑技术和开放式系统应用这四大特点。1引言关键词空间站信息系统架构CCSDS分类号V423．7文献标识码A文章编号1674—5825(20l1)01_o005—0

2、5正在建设和使用中的国际空间站(Intem砒ionalspaceStation，ISS)集成了16个国家的空间技术力量，主要由俄罗斯的“曙光”号多功能货舱、“星辰”号服务舱、美国的“团结”号节点舱、“命运”号实验舱和加拿大“机械臂”、日本“希望”号实验舱、欧洲航天局“哥伦布”舱等组成。整个国际空间站的管理主要由美国实验舱负责，姿态轨道控制以及能源供给由美国实验舱和俄罗斯服务舱共同负责，因此各舱间要进行频繁的通信。信息系统不但传送各种命令信息，还要传输各种实验数据，因此要具备良好的可靠性、实时性和传输性，它是国际空间站上既关键又复杂的一个系统

3、。2国际空间站信息系统概况下面以俄罗斯服务舱、美国实验舱、欧洲航天局“哥伦布”舱为例，介绍国际空间站信息系统的概况【l】。2．1俄罗斯服务舱俄罗斯服务舱内部信息系统结构如图l示。该系统主要由控制计算机、控制台计算机、终端计算机和一个两层总线网络组成。控制计算机是数据管理主机，负责组合体控制和系统管理。控制台计算机是航天员的操作台，而终端计算机则是制导、导航与控制(GNC)主机，负责组合体的轨道、姿态控制。三者都进行了冗余设计，利用拜占庭(Byz锄tim)故障算法，用四台相同的计算机(含硬件和软件)同步操作、执行相同的用户任务软件，将运算结果

4、进行逻辑表决，作为这台计算机的最后输出，从而保证了程序输出的正确性。第一层网络以六条1553B总线为核心，负责空间站的整体管理；所有主机设备都挂在该网络上。六条总线分成三组(两个一组)，各组总线分工明确。第二层网络为各分系统内部的总线网络，负责完成本分系统的任务，根据任务需要可以采用各种总线结构，既可以选择1553B总线，也可以选用串行通信线(如Rs_422、RS-485)，或工业标准总线(如sM系统管理总线、CAN总线)。在第一层网络中，第一组(总线5、6)为遥测总线，负责采集组合体环境数据，包括温度、湿度、压力和气体质量、电源和供配电、

5、乘员和环控生保分系统的有关参数以及各分系统的工作状态。在遥测总线上挂接其他分系统主机，在控制计算机的第二层网络中连接若干远置单元，组成—个分布式遥测遥控系统。第二组(总线3、4)为系统指令总线，负责发送系统命令，包括整个空间实验室控制中心根据飞行任务需要发出的各种指令，转达地面指控中心的命令，例如：交会对接、出舱活动、故障的屏蔽和切换等指令。各分系统主机都挂在该总线上。第三组(总线1、2)为GNC推进器专用总线，负来稿日期：20l呻9—20；修回日期：20lo-12—30。作者简介：陈志国(1985．02一)，男，硕士研究生，主要从事载人空

6、问站信息系统方面的研究工作。5载人航天2叭1年第l期工程技术图1俄罗斯服务舱内部信息系统结构责空间站轨道、姿态控制。控制计算机和终端计算机连在该总线上。由终端计算机控制的第二层网络采用SM总线，是12C、12R工业总线的一种，称为系统管理总线(简称SM总线)。GPs可连接若干测量单元(Mu)和太阳敏感器、GPS等设备。由于俄罗斯服务舱是空间站初期的组装中心，因此该舱具有轨道、姿态机动功能。每一组中的两条总线互为备份，其中一条(含总线A、B)工作时，另一条(含总线A、B)处于备援状态。控制计算机负责管理整个空间站的工作，控制应用任务运行，监控

7、总线网络。当发现网上某一设备故障时，控制计算机发出屏蔽故障设备的指令；同理，当发现某一条总线故障时，就将传输工作切换到备援总线上。2．2美国实验舱图2为美国实验舱的信息系统结构图，该系统6器具有三层网络结构。第一层是核心光导纤维网络(FDDI)，用于整个空间站的控制，称为核心网络。通过该网络将多个标准数据处理器、多功能乘员工作站、海量存储单元以及与国际设备舱的接口互联。网络中所有设备都通过一个环形集线器相连。信息系统设计了两个独立的光导纤维网络，一个为空间站核心系统服务，另一个专用于有效载荷，两个光导纤维网络都采用了冗余结构。这两个网络通过

8、一个网桥互连，在正常情况下，网桥将空间站的内务处理工作和有效载荷操作隔离开，但又允许必要的信息交互。核心光纤网络通过路由器与其他舱段进行信息交流。第二层是一组1553B总线网络，