载人航天器在轨自主健康管理系统体系结构及关键技术探讨.pdf

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1、第２０卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．２２０１４年３月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｒ．２０１４载人航天器在轨自主健康管理系统体系结构及关键技术探讨梁克，邓凯文，丁锐，张森（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京１０００９４）摘要：针对载人航天器复杂化、任务多样化、在轨运行长期化的发展趋势，及由此对航天器在轨自主健康管理的能力提出的更迫切的需求，提出了一种在轨自主健康管理系统分层体系结构，并采用Ｏｂｓｅｒｖｅ-Ｏｒｉｅｎｔ-Ｄｅｃｉｄｅ-Ａｃｔ循环描述健康管理子行为之间的交互模型，可实

2、现准确、高效的自主健康管理。并以空间站系统为例，研究了分层分级的服务部署、分类故障诊断、故障模型配置、基于构件的软件实现等关键技术。关键词：载人航天器；自主健康管理；体系结构；构件中图分类号：４２３．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０２-０１１６-０６AutonomousOn-orbitHealthManagementArchitectureandKeyTechnologiesforMannedSpacecraftsＬＩＡＮＧＫｅ，ＤＥＮＧＫａｉｗｅｎ，ＤＩＮＧＲｕｉ，Ｚ

3、ＨＡＮＧＳｅｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｍｉｓｓｉｏｎｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅ-ｃｒａｆｔｈａｖｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｏｖｅｒｔｈｅｙｅａｒｓ，ｓｏｔｈｅｒｅｉｓａｎｕｒｇｅｎｔｎｅｅｄｆｏｒｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｏｎ

4、-ｏｒｂｉｔｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．ＡｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｗｈｅｒｅＯｂｓｅｒｖｅ-Ｏｒｉｅｎｔ-Ｄｅｃｉｄｅ-Ａｃｔ（ＯＯＤＡ）ｌｏｏｐｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｏｄｅｌｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｓｏａｓｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｗａｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｅ

5、ｒｖｉｃｅｄｅｐｌｏｙ-ｍｅｎｔ，ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｆａｕｌｔｍｏｄｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Keywords：ｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔ；ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｏｎ-ｏｒｂｉｔｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ１）为了支持多个载人航天器在轨构造复杂１引言的组合体，同时开展越来越丰富的科学任务，航天［２］目前载人航天器健康管理以地面飞

6、行控制为器的设计变得复杂。相应地，航天器的故障模主，飞控人员开展数据监视、故障诊断和处置工式也迅速增长。传统的健康管理模式对飞控人员作。对于影响航天员生命安全以及整船（器、站）的数量配置、业务素质要求高，导致航天器运营成能源、姿态、天地通信等平台安全，且实时性处理本居高不下；要求高的故障，载人航天器设计了相应的安全模２）载人航天器在轨运行时间越来越长，地［１］式，可在轨自主处置，为地面处理争取时间。基、海基、中继等宝贵的测控资源不可能为载人航［３］但是载人航天器组合体构造复杂化、任务多天器长期独

7、占。这也需要航天器能自主地开样化、在轨运行长期化的发展趋势对航天器在轨展健康监测、故障定位、故障处置等健康管理工自主健康管理的能力提出了更迫切的需求。主要作；体现在：３）航天员在轨驻留时间更长，当发生舱压异收稿日期：２０１４-０１-２０；修回日期：２０１４-０３-２３基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：梁克（１９８２-），男，博士，高级工程师，研究方向为航天器信息系统设计。Ｅ-ｍａｉｌ：ｗｏｓｈｉｌｉａｎｇｋｅ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ第２期梁克，等．载人航天器在轨自主健康管理系统体系结构及关

8、键技术探讨１１７常、失火等影响航天员生命安全故障时，需要及时算设备都提供网络通信服务，自主健康管理层的发现并自主开展应急处置，以确保航天员安全，为功能主要由自主健康管理主机和各分系统的主控地面处理争取时间；计算机完成。４）在故障发生时，航天器本身应具有一定的判断和自动维护能力，以减少航天员的工作量，使航天员有更多的时间完成更复杂的工作；同时，在航天员参与故障诊断和处置的情况下，航天器具备在轨自主健康管理的能力可以降低航天员开展故障诊断、处置工作的难度和复杂度。本文提出了一种载人航天器自主健康管理