空间运输航天器故障诊断系统架构研究

故障诊断技术不仅是提高空间运输航天器的安全性和可靠性的重要手段,而且可以节约航天器整个寿命周期的运行维护成本,因此研究航天器故障诊断技术,特别是处理紧急故障的在轨故障检测和诊断技术是非常必要的。在分析国外航天器故障诊断系统发展趋势的基础上,提出了基于天地一体化设计思想的空间运输航天器故障诊断系统架构,阐明了设计原则,以及具体功能需求。介绍了在轨故障诊断系统和地面故障诊断系统,提出了地面故障诊断系统软件的组件模型构成。地面系统对航天器在轨故障诊断有较强的辅助作用,能有效补充故障分析、诊断、预测、处理能力。给出的系统架构对航天器故障诊断系统研制具有一定的参考价值。     

复杂航天器电气系统潜通路分析技术研究

针对复杂航天器电气系统功能接口复杂、信号类型众多的特点,系统分析了导致潜通路存在的接口冗余、时序逻辑复杂、接地类型多等客观原因。明确了复杂航天器电气系统潜通路分析工作流程,并简要论述了潜通路分析的准备工作中的单机电气接口数据收集、电路原理图设计与简化的方法和要点,结合潜通路仿真建模分析及优化方法,总结了复杂航天器电气系统潜通路故障定位的潜在路径搜索与分析、识别与验证的步骤。提出了复杂航天器电气系统预防潜通路的电气接口信号类型简单化、电气接口隔离、信号流向单一化、接地设计提前规划四项设计原则,并针对某航天器匹配测试阶段发现的潜通路问题的原因及改进措施进行了分析。     

一体化小卫星综合测试系统的设计

在卫星的研制测试过程中,现有的测试设备通用性不强、开放性和灵活性不够、设备集成化程度低、自动化和智能化程度不高;通过提出一种小型化、一体化的综合测试系统的设计方法,并结合现有的资源进行了具体的项目开发,为未来的小卫星提升测试效率,降低系统成本,缩减系统规模探索出一条新路;实践表明,该方案在满足现有测试要求的情况下,在研制成本、系统体积、组建时间和无故障运行方面等均有较大改善。     

基于PLC的航天器地面测控系统通用化设计研究

航天器地面有线前端测量控制系统是航天器开展整器测试的支持设备。为解决该系统在多个航天器测试中存在重复设计、通用性差的问题,为提高系统的质量和可靠性、降低研制风险、节约研制经费,在基于PLC的航天器地面测控系统工作原理的基础上,对系统研制开展通用化设计研究。通过硬件模块化、组件选型统一化、接口设计标准化、软件功能层次化和可配置化,提高了设备的通用性和互换性。研制的测控系统在多个航天器型号间得到了延用和重用,取得了较好的效果。     

航天器高可靠智能供配电系统设计

供配电系统是航天器电气系统的重要组成部分,为航天器所有用电负载设备提供及分配电能,其性能的优劣直接关系到飞行任务的成败;为了提高航天器供配电系统的可靠性和智能化程度,从航天器供配电系统的功能与组成出发,结合工程实践经验,详细阐述了实现高可靠智能供配电系统的各项关键技术,如SSPC智能配电技术、系统冗余设计技术、故障隔离技术、总线控制技术和浪涌抑制设计技术等;该系统在地面试验中得到了充分验证,文中对其试验测试数据进行了分析。     

基于659总线的飞行器电气控制系统设计与实现

为提高飞行器电气控制系统测量和管理的可靠性,实现电气控制系统的综合管理;通过采用ARINC659背板总线、冗余的电气控制系统模块化设计方法,设计并实现了一种电气控制系统。这篇文章介绍了该系统的主要功能、技术特点、硬件和软件设计。该系统在满足实时性、可靠性需求的同时,具有快速的系统重构和很强的可配置性,而且大大减少了飞机电气系统的重量,适应电气控制系统综合控制发展的方向。基于659总线的飞行器电气控制系统,解决了复杂机电系统的数据融合和综合管理,在工程实践中已成功应用。     

基于配置文件的航天器供配电测试软件一体化设计方法

针对航天器供配电测试系统中信号种类繁多、软件构架通用性差的问题,设计了一种基于配置文件的软件设计方法,该方法适用于虚拟仪器应用软件的开发;软件涵盖了指令控制、参数测量、状态检测等功能,依靠对配置文件的修改,使得供配电测试系统根据需求进行调整;经实践证明此方法不仅提高软件的可扩展性、实现软件结构一体化,而且延长了软件的生命周期,在某航天器的供配电测试系统应用中取得了较好的效果;该方法为复杂的航天器供配电测试软件设计提供了一种通用架构。     

一种飞行器电气系统综合测试平台设计

为解决传统飞行器电气系统综合测试中存在的测试设备种类繁多、测试项目覆盖性差等诸多问题,在某飞行器测试覆盖能力改进项目中,提出一种基于PXI总线架构的综合测试平台设计思路,通过模块化的硬件与软件架构设计,完成飞行器电气系统的综合测试平台设计,并结合实际测试需求进行具体开发,实践表明该系统能够保证飞行器现场测试有序、规范、安全。     

实时数据驱动的交会对接仿真平台设计与实现

航天器地面综合测试时,为了在测试数据显示基础上,动态展示航天器交会对接过程,验证交会对接飞行方案的正确性,为航天员手控交会对接训练提供支持,设计航天器交会对接仿真系统,给出交会对接仿真平台设计架构。通过对航天器建模、虚拟场景装配、模型驱动方法、阳照区/阴影区绘制、姿态和星下点轨迹计算方法研究,开发实现航天器交会对接仿真平台。平台由实时测试数据驱动,在航天器地面静态测试下,可以实时显示航天器三维飞行状态及星下点轨迹。目前,仿真平台已经应用于航天器地面综合测试过程中,同时,平台可以扩展支持航天器在轨飞行动态展示,丰富了航天器测试和监视手段,具有较高工程应用价值。     

固态配电技术在航天器中的工程应用

随着航天事业的发展,新一代航天器规模越来越大,相应的电子设备也随之增多,设备用电需求变得更加复杂,供配电系统也在不断地由传统式向着智能化方向发展,同时,为了提升运载能力,要求设备进行智能化、集成化设计,传统基于继电器的供配电系统在智能化、可靠性等方面已不能满足需要,采用固态配电技术是当前的发展趋势。介绍了固态功率控制器在航天器中的技术应用,采用固态配电技术设计了高可靠智能化供配电系统,满足了航天器中复杂的供配电需求,提出并解决了固态配电技术工程应用中的大电流配电、负载的开通关断、机内检测及保护设计难点,为固态配电技术在未来航天器中的工程应用提供了成功实践经验。     

基于FPGA和SSPC的智能配电系统设计与实现

航天及航空领域智能配电技术发展迅速。配电系统是航天及航空飞行器的重要分系统,其性能的优劣直接影响到飞行任务的成败,为了提高配电系统的可靠性和灵活性,提出了基于FPGA和SSPC的智能配电系统设计,从航天及航空飞行器智能配电技术的发展现状出发,具体阐述了该系统总体方案的设计思路及关键技术,同时分析了采用FPGA、SSPC和总线通信带来的控制灵活、易于实现故障隔离和系统重构、可靠性高以及系统重量轻等诸多优点。该系统已开展了相关的试验验证,试验结果表明该系统稳定可靠,具有广泛的应用前景。     

航天器地面综测系统软件间通信协议的现状与改进

传统的航天器地面综测系统软件间通信协议一般是根据不同航天器的测试任务和测试特点而制定的,没有形成统一规范,各航天器综测系统软件协议和接口的差别甚大,导致综测系统软件可移植性差;针对现有航天器地面综测系统软件间通信协议可扩展性能差的现状,以新型小卫星地面综测系统的设计研发为依托,探索并设计了一套基于XML描述与传输的通信协议,开发了地面综测系统软件,并对该通信协议进行了实现和试验;经试验证明,利用XML描述与传输的综测系统软件协议和XML串行化反串行化技术,该通信协议具备良好的操作性和可扩展性,较大的简化了航天器地面综测系统软件间的接口设计,增强了综测系统软件的可移植性。     

基于数据驱动的航天器三维可视化系统设计

航天器数据庞大繁杂,为了给设计人员提供快速检验设计思想的便捷工具,对基于数据驱动的航天器三维可视化系统进行了研究。在分析航天器可视化系统特点的基础上,提出系统功能要求,继而提出了基于数据驱动的三维可视化系统构建方案,介绍了可视化系统组成、核心模块关系。在基于MFC框架及Vega Prime为主的开发的前提下,对系统模块划分进行了研究,给出模块功能和实现方案。为了提升系统展示效果,对消息缓冲与插值延迟、特效集成与驱动机制、相机管理和场景切换等关键技术提出了优化设计方案,使之更加适应航天器可视化展示需求。设计系统较传统可视化系统展示更为流畅,场景视角切换更为智能。系统已应用于多个航天器研发工作中,应用效果证明系统具有良好的通用性和实用性,具有一定的推广价值。     

航天器多路射频频谱自动监测系统设计

设计了一种采用太阳能供电模式的无线户外环境监测系统。该系统由终端节点,ZigBee-GSM网关和上位机数据存储中心组成,集成ZigBee和GSM无线通信,根据用户发送的短信指令控制终端节点数据采集的通断,同时用户发送短信指令远程查询户外环境的重要信息。针对户外环境因子的特点,选用工业级、灵敏度高的传感器,对户外不同位置的PM2.5浓度和紫外线指数进行测量,测量结果既可在上位机实时显示和存储,也可以由ZigBee-GSM网关通过SIM900A模块发送至移动终端。户外测试结果表明,该系统运行稳定,数据传输可靠,能快速地实现远程遥测功能,为户外环境远程监测提供了一种技术手段。     

Ka频段飞行器测控与通信系统设计

传统基于S频段的统一载波测控系统受工作频率低、频带窄的特点限制,无法满足各类飞行器测控与通信系统对高速数传、宽带扩频、克服“黑障”、抗干扰等方面日益增长的需求,给系统设计带来了新的挑战。本文提出一种基于Ka频段直接序列扩频通信体制的实现遥测、外测、遥控等功能的飞行器测控与通信系统,给出了系统架构及主要设备组成,同时对地面测试方案进行了介绍。该系统具备体积小、频带宽、扩展性好等特点,可用于未来空间飞行器特别是小型化、大容量飞行器设计。     

总体电路瞬态浪涌抑制

航天系统设备多,负载特性复杂,产生的瞬态浪涌电流通常对航天飞行器电气系统总体电路的危害很大。为了解决航天飞行器电气系统中瞬态浪涌如何有效抑制的问题,本文从瞬态浪涌形成的原理、影响及测量方法出发,在电气系统总体设计角度,分别从浪涌抑制电路、负载分配策略、负载休眠唤醒工作模式三方面提出了串电阻法、软启动法、负载休眠唤醒法等多种解决方案,通过搭建仿真试验平台和实物试验平台开展了相应的试验验证,瞬态浪涌电流得到了有效抑制。     

Octo-strut vibration isolation platform and its application to whole spacecraft vibration isolation

Stewart platform is widely used for vibration isolation and precise pointing. As it is a statically determinate structure, if any strut has fault, a disaster could be unavoidable. In the present paper, an octo-strut passive vibration isolation platform with redundancy is introduced and applied to whole-spacecraft vibration isolation. This platform is modeled with the Newton–Euler method. To avoid such possibility that the spacecraft may interact with the fairing, an approach of stiffness design is proposed to reinforce the rotation stiffness of the platform. With the mathematical model, design parameters of the isolator that will affect the nature frequencies of the isolator-spacecraft system are studied. The transmissibility of the isolator topped with rigid and flexible spacecraft is also studied. Results of analytical and numerical studies show that the octo-strut platform is a reliable and effective approach to improving the dynamic environment of a spacecraft.     

一种飞行器电缆插接状态自动化检测方法

新一代飞行器的电气系统越来越复杂,依靠主观识别方法检测电缆插接状态,人工失误轻则烧毁星上设备,重则导致任务失败。提出一种飞行器电缆插接状态自动化检测方法,通过插接状态检测编码和信号变换设计,确保检测电路占用尽量少的电连接器资源和背板资源;通过信号走线优化设计,避免检测电路增加电缆分支数,降低电缆加工和敷设成本;通过电源走线优化设计,确保测试电路与星上电路隔离。本文方法无需飞行器加电即可自动检测电缆插错、漏插等问题,提高了飞行器综合测试的安全性和可靠性。     

Spacecraft charging, an update

Twenty years after the landmark SCATHA program, spacecraft charging and its associated effects continue to be major issues for Earth-orbiting spacecraft. Since the time of SCATHA, spacecraft charging investigations were focused primarily on surface effects and spacecraft external surface design issues. Today, however, a significant proportion of spacecraft anomalies are believed to be caused by internal charging effects (charging and ESD events internal to the spacecraft Faraday cage envelope). This review will, following a brief summary of the state of the art in surface charging, concentrate on the problems introduced by penetrating electrons (“internal charging”) and related processes (buried charge and deep dielectric charging). With the advent of tethered spacecraft and the deployment of the International Space Station, low altitude charging has taken on a new significance as well. These and issues tied to the dense, low altitude plasma environment and the auroral zone will also be briefly reviewed