CN106501640A - 可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，该方法包括以下步骤：根据再次飞行任务需求明确测试需求；对电性能设备进行各个端口的阻值测试；将阻值测试结果与发射前、出厂前数据进行加权比较；对整个航天器进行供电检查；对电性能设备供电检查平台参数进行基于在轨数据的均值、极值比较；依据测试项目，选择相应的电性能设备进行对应功能匹配测试；对各电性能设备的参数进行基于先验知识的曲线拟合系数比较，确定各电性能设备的状态变化；对电性能设备进行基于在轨数据及供电检查结果的剩余寿命分析；进行差异化比较测试。本发明能验证可重复使用航天器再次发射前的设备电气性能，缩小测试周期。

Description

可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法

技术领域

本发明属于航天器电性能综合测试技术领域，具体属于航天器测试应用领域，具体涉及一种用于可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法。

背景技术

随着航天技术的发展，天地往返将成为常态，为了进一步降低航天发射成本，提高发射效率，发展可重复使用航天器是必然选择。可重复使用航天器采用可重复使用技术，实现单次飞行的低成本与高效益。

在可重复使用航天器返回后，依据可重复使用设计，通过更换防热结构、火工品装置等部件，可使其具备再次飞行的物理状态。但在再次上天飞行前，必须经过电性能综合测试，验证航天器各电性能设备飞行返回后的设备状态及工作情况，验证各功能系统设备的供电情况、电气及信息接口、系统功能性能指标、系统间接口匹配情况等。基于航天器重复发射飞行的特点，传统的动辄1～2年的长周期测试流程及方法已经不再适用于可重复使用航天器返回后的电性能测试需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，验证可重复使用航天器再次发射前的设备电气性能，缩小测试周期。

本发明所采取的技术方案如下：

一种可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，包括以下步骤：根据再次飞行任务需求明确测试需求；对电性能设备进行各个端口的阻值测试；将阻值测试结果与发射前、出厂前数据进行加权比较；对整个航天器进行供电检查；对所述电性能设备供电检查平台参数进行基于在轨数据的均值、极值比较；依据测试项目，选择相应的所述电性能设备进行对应功能匹配测试；对各所述电性能设备的所述参数进行基于先验知识的曲线拟合系数比较，确定各所述电性能设备的状态变化；对所述电性能设备进行基于在轨数据及供电检查结果的剩余寿命分析；进行差异化比较测试：依据不同飞行任务对所述电性能设备的使用需求，结合测试比较出来的各所述电性能设备状态的变化及剩余寿命，安排部分重点设备的强化测试，同时降低部分非重点设备的测试次数。

作为本发明上述可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法的改进，所述供电检查步骤中，采用基于在轨飞行程序的序列化供电检查，具体为：依据所述航天器在轨飞行程序中实际电性能设备加电顺序，固化为地面测试序列，并依所述序列对整个所述航天器加电，进行各所述电性能设备的供电检查测试序列测试。

作为本发明上述可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法的改进，所述曲线拟合系数比较步骤中，对在功能匹配测试中各所述电性能设备参数进行基于在轨飞行数据及出厂前数据两次先验知识的曲线拟合系数比较，利用最小二乘法对本次测试数据、出厂前数据、在轨飞行数据进行曲线拟合，之后进行拟合曲线系数比较，设本次测试数据曲线拟合系数为[A₁，A₂，A₃，…，A_i]，出厂前数据曲线拟合系数为[B₁，B₂，B₃，…，B_i]，在轨飞行数据为[C₁，C₂，C₃，…，C_i]，其中，A₁，A₂，A₃，…，A_i为航天器返回后测试时曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；B₁，B₂，B₃，…，B_i为出厂前数据曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；C₁，C₂，C₃，…，C_i为航天器在轨飞行数据曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；i的取值范围为4＜i＜11，且i为整数值；若矩阵

的奇异值小于5，则认为各所述电性能设备状态无变化。

作为本发明上述可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法的改进，所述均值、极值比较步骤中，采用以下三个关系式：

A_max＜Z_max

A_min＞Z_min

(A_avr/Z_avr)＜(A_max+A_min)/(Z_max-Z_min)

其中，A_max、A_min、A_avr分别为地面供电检查测试中参数的极大值、极小值、均值；Z_max、Z_min、Z_avr分别为在轨飞行时加电序列中参数的极大值、极小值、均值；若同时满足三个所述关系式，则认为设备加电工作正常。

作为本发明上述可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法的改进，所述加权比较步骤中采用下式：

e＝|1-R/(0.8R_m+0.2R_n)|

其中，R为阻值测试结果，R_m为发射前阻值测试结果，R_n为出厂前阻值测试结果，e为加权比较值；若e＜0.05，则认为阻值测试结果正常，否则，认为设备异常。

作为本发明上述可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法的改进，所述剩余寿命分析步骤中，对于含特定寿命要求的所述电性能设备进行剩余寿命分析，若满足下列条件，则认为满足可重复使用寿命要求：

P＜(1-10*e)*(N-M₁-M₂)

其中，N为电性能设备的给定寿命次数，M₁为发射前动作次数，M₂为在轨动作次数，P为再次飞行所需动作次数，e为加权比较值。

对于上述可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，在所述明确测试需求的步骤中，确定测试项目大类，同时进行差异化比较，区分哪些设备需要重点测试检测，哪些设备只需验证接口，哪些设备可弱化测试次数。

本发明的有益成果如下：

1)通过基于在轨数据的供电检查数据均值极值比较、基于先验知识的曲线拟合系数比较、基于在轨飞行程序的序列化供电检查等测试方法可以简单快速的比较出各电性能设备发射前至返回后的电性能状态、信号输出状态、接口匹配状态变化，从而验证航天器再次发射前的设备电气性能；

2)通过电性能设备阻值测试的加权比较、基于在轨数据及供电检查结果的剩余寿命分析、差异化比较等方法可以合理安排测试项目，优化测试流程，采用尽可能少的测试用例完成对所有电性能设备工作状态及工作寿命全周期的覆盖，从而缩小测试周期，缩减测试成本，提高可重复使用航天器的实际经济效益。

附图说明

图1是可重复使用航天器返回后电性能综合测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

不同于一般航天器出厂前电性能综合测试流程及方法，可重复使用航天器返回后的电性能综合测试的目的是为了验证所有电性能设备的工作状态是否依然正常，比较在经历了火箭发射、在轨飞行、着陆返回等过程后各设备加电后输出信号的状态变化，分析航天器各功能系统间电气接口的协调匹配情况，评估电性能设备的剩余寿命是否满足再次飞行任务需求。同时，在完成上述工作的基础上，尽可能的缩小测试周期、缩减测试成本，从而提高可重复使用航天器的经济效益。

综上，本发明在设计技术方案时需考虑以下几点：

1)如何提供相对固化的测试用例，采用自动化的方法，得到设备状态的相对稳定的数据比较及状态评估；

2)如何采用定量比较的数学方式简单快速的比较出各电性能设备发射前至返回后的电性能状态、信号输出状态、接口匹配状态变化，从而验证航天器再次发射前的设备电气性能；

3)如何有效的对电性能设备进行剩余寿命计算，判定是否满足再次飞行需求；

4)如何安排测试项目，优化测试流程，采用尽可能少的测试用例完成对所有电性能设备工作状态的覆盖，从而缩小测试周期。

结合可重复使用航天器飞行返回后的实际加电测试情况及发射前测试经验，本发明拟采取以下方法进行电性能综合测试：

1)采用电性能设备阻值测试结果加权比较的方法识别电性能设备状态

可重复使用航天器最大的特点在于经历了发射、飞行、返回等各种严酷的环境条件，容易造成航天器内电性能设备接插件松动、电路板焊接件短路等情况，因此，可通过在整个航天器加电测试前通过对各台电性能设备正负供电端、信号输入输出端、接地端等端口进行负载阻值测试的方法识别电性能设备状态，之后采用加权比较的方法，引入发射场测试结果及出厂前测试结果的两次量值，通过赋予不同的权重来评估电性能设备的阻值结果。

2)采用基于在轨飞行程序的测试指令序列化的方法固化测试用例

随着航天器的重复发射使用，航天器的测试也由“小作坊”式的模式向“量产”模式逐渐过渡。为了能够在航天器返回后再测试过程中有相对固定的测试方法及测试用例，可以采用对单个测试项目使用基于在轨飞行程序测试指令序列的方法固化测试用例，同时固化不同指令间的发送时间间隔，形成一套完整的测试序列，在进行不同的设备测试时采用相对应的测试序列，便于整个航天器的差异化比较。

3)采用基于在轨数据的供电检查数据均值极值比较的方法确定电性能设备状态

可重复使用航天器与其他航天器最大的区别在于经历了一次正式上天飞行，故真实在轨数据为返回后再次测试提供了比较的基准，基于在轨较为恶劣的环境，其供电检查数据的包络应该大于在地面良好的空间环境下测试的数据包络，故采用供电检查数据均值极值比较的方法确定电性能设备状态。

4)采用基于先验知识的曲线拟合方法比较状态变化

在采用固定的测试指令序列对相同设备进行加电测试后，可采用基于先验知识的曲线拟合系数比较的方法来比较相同输入条件下的不同输出变化，从而比较电性能设备状态变化，定位设备问题。

在可重复使用航天器返回后电性能综合测试中，如将指令序列执行过程中整器电流的变化情况，或将地面测试序列的模飞过程中整器温度变化绘制为曲线，之后可以将类似曲线与在轨及出厂前的相同序列的先验知识曲线进行曲线拟合，将曲线拟合系数矩阵相比，通过比较矩阵奇异值的大小，从而得出曲线系数差异，进一步确定各电性能设备的状态变化。

5)基于在轨数据及供电检查结果的剩余寿命分析

可重复使用航天器中返回后测试中，对含有继电器等特定寿命要求的电性能设备进行剩余寿命分析，采用给定寿命减去实际使用寿命之后，将电性能设备阻值测试结果作为一个权重值引入到剩余寿命计算的过程中，使阻值与寿命产生耦合关系，更加细致的考量电性能设备的剩余寿命。

6)采用差异化比较的方法缩减测试项目

相比较于一般的航天器飞行任务，可重复使用航天器在经历了首次测试及飞行任务之后，状态相对固定，与各大系统间接口、飞行程序、故障预案等已经经过验证，且软件已经落焊，在保证各电性能设备工作正常的情况下上述功能不会发生变化。同时，基于每次飞行任务侧重点的不同及通过测试比较出来的各电性能设备状态的轻微变化，可以安排部分重点设备的强化测试，同时降低部分非重点设备的测试次数，以达到对所有电性能设备的测试覆盖，同时缩减测试周期，降低测试成本。

图1是可重复使用航天器返回后电性能综合测试流程图，如图1所示，本发明的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，包括以下步骤：

步骤1、根据再次飞行任务需求明确测试需求；

根据再次飞行任务需求明确测试需求，确定测试项目大类，同时进行差异化比较，区分哪些设备需要重点测试检测，哪些设备只需验证接口，哪些设备可以弱化测试次数。

步骤2、对电性能设备进行各个端口的阻值测试；

对电性能设备进行各个端口的阻值测试，包括设备正负供电端、信号输入输出端、接地端等端口等，识别设备状态。

步骤3、将阻值测试结果与发射前、出厂前数据进行加权比较；

阻值测试结果为R，发射前阻值测试结果为R_m，出厂前阻值测试结果为R_n，则加权比较方法为：

e＝|1-R/(0.8R_m+0.2R_n)|

若e＜0.05，则认为阻值测试结果正常，否则，认为设备异常。

步骤4、对整个航天器进行供电检查；

对航天器的供电检查可采用基于在轨飞行程序的序列化供电检查，即：依据航天器在轨飞行程序中实际电性能设备加电顺序，固化为地面测试序列，并依此序列对整个航天器加电，进行各电性能设备的供电检查测试序列测试。

步骤5、对电性能设备供电检查平台参数进行基于在轨数据的均值、极值比较；

对电性能设备的供电检查中的诸如电压、特征电流、转速、流量等平台参数，进行基于在轨飞行数据的极值比较，比较方法为：

地面供电检查测试中参数的极大值为A_max，极小值为A_min，均值为A_avr；在轨飞行时加电序列中参数的极大值为Z_max，极小值为Z_min，均值为Z_avr，若同时满足以下三个条件，则认为设备加电工作正常：

A_max＜Z_max

A_min＞Z_min

(A_avr/Z_avr)＜(A_max+A_min)/(Z_max-Z_min)

步骤6、依据测试项目，选择相应的电性能设备进行对应功能匹配测试；

步骤7、对各电性能设备参数进行基于先验知识的曲线拟合系数比较，确定状态变化；

对在功能匹配测试中各电性能设备诸如电流、温度等参数进行基于在轨飞行数据及出厂前数据等两次先验知识的曲线拟合系数比较，从而确定各电性能设备的状态变化。比较方法为：利用最小二乘法对本次测试数据、出厂前数据、在轨飞行数据进行曲线拟合，之后进行拟合曲线系数比较，设本次测试数据曲线拟合系数为[A₁，A₂，A₃，…，A_i]，出厂前数据曲线拟合系数为[B₁，B₂，B₃，…，B_i]，在轨飞行数据为[C₁，C₂，C₃，…C_i]，其中，A₁，A₂，A₃，…，A_i为航天器返回后测试时曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；B₁，B₂，B₃，…，B_i为出厂前数据曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；C₁，C₂，C₃，…，C_i为航天器在轨飞行数据曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；i的取值范围为4＜i＜11，且i为整数值，则若矩阵

的奇异值小于5，则认为各电性能设备状态无变化；

步骤8、对电性能设备进行基于在轨数据及供电检查结果的剩余寿命分析；

对于含诸如继电器等特定寿命要求的电性能设备进行剩余寿命分析，如设备给定寿命为N次，发射前动作M₁次，在轨动作M₂次，再次飞行所需动作P次，若满足下列条件，认为满足可重复使用寿命要求：

P＜(1-10*e)*(N-M₁-M₂)

其中e为步骤3中加权比较值。

步骤9、进行差异化比较测试；

依据不同飞行任务对电性能设备的使用需求，结合前述测试比较出来的各电性能设备状态的变化及剩余寿命，安排部分重点设备的强化测试，同时降低部分非重点设备的测试次数，缩减测试项目。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据再次飞行任务需求明确测试需求；

对电性能设备进行各个端口的阻值测试；

将阻值测试结果与发射前、出厂前数据进行加权比较；

对整个航天器进行供电检查；

对所述电性能设备供电检查平台参数进行基于在轨数据的均值、极值比较；

依据测试项目，选择相应的所述电性能设备进行对应功能匹配测试；

对各所述电性能设备的所述参数进行基于先验知识的曲线拟合系数比较，确定各所述电性能设备的状态变化；

对所述电性能设备进行基于在轨数据及供电检查结果的剩余寿命分析；

进行差异化比较测试：依据不同飞行任务对所述电性能设备的使用需求，结合测试比较出来的各所述电性能设备状态的变化及剩余寿命，安排部分重点设备的强化测试，同时降低部分非重点设备的测试次数。

2.根据权利要求1所述的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，所述供电检查步骤中，采用基于在轨飞行程序的序列化供电检查，具体为：依据所述航天器在轨飞行程序中实际电性能设备加电顺序，固化为地面测试序列，并依所述序列对整个所述航天器加电，进行各所述电性能设备的供电检查测试序列测试。

3.根据权利要求1或2所述的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，所述曲线拟合系数比较步骤中，对在功能匹配测试中各所述电性能设备参数进行基于在轨飞行数据及出厂前数据两次先验知识的曲线拟合系数比较，利用最小二乘法对本次测试数据、出厂前数据、在轨飞行数据进行曲线拟合，之后进行拟合曲线系数比较，设本次测试数据曲线拟合系数为[A₁，A₂，A₃，...，A_i]，出厂前数据曲线拟合系数为[B₁，B₂，B₃，...，B_i]，在轨飞行数据为[C₁，C₂，C₃，...，C_i]，其中，A₁，A₂，A₃，...，A_i为航天器返回后测试时曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；B₁，B₂，B₃，...，B_i为出厂前数据曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；C₁，C₂，C₃，...，C_i为航天器在轨飞行数据曲线拟合出的第1个系数值至第i个系数值；i的取值范围为4＜i＜11，且i为整数值；若矩阵

$\left[\begin{array}{ccccc}{A}_1& A_2& A_3& \mathrm{...}& A_i\\ B_1& B_2& B_3& \mathrm{...}& B_i\\ C_1& C_2& C_3& \mathrm{...}& C_i\end{array}\right]$

的奇异值小于5，则认为各所述电性能设备状态无变化。

4.根据权利要求1或2所述的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，所述均值、极值比较步骤中，采用以下三个关系式：

A_max＜Z_max

A_min＞Z_min

(A_avr/Z_avr)＜(A_max+A_min)/(Z_max-Z_min)

其中，A_max、A_min、A_avr分别为地面供电检查测试中参数的极大值、极小值、均值；Z_max、Z_min、Z_avr分别为在轨飞行时加电序列中参数的极大值、极小值、均值；

若同时满足三个所述关系式，则认为设备加电工作正常。

5.根据权利要求1或2所述的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，所述加权比较步骤中采用下式：

e＝|1-R/(0.8R_m+0.2R_n)|

其中，R为阻值测试结果，R_m为发射前阻值测试结果，R_n为出厂前阻值测试结果，e为加权比较值；若e＜0.05，则认为阻值测试结果正常，否则，认为设备异常。

6.根据权利要求5所述的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，所述剩余寿命分析步骤中，对于含特定寿命要求的所述电性能设备进行剩余寿命分析，若满足下列条件，则认为满足可重复使用寿命要求：

P＜(1-10*e)*(N-M₁-M₂)

其中，N为电性能设备的给定寿命次数，M₁为发射前动作次数，M₂为在轨动作次数，P为再次飞行所需动作次数，e为加权比较值。

7.根据权利要求1所述的可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法，其特征在于，所述明确测试需求的步骤中，确定测试项目大类，同时进行差异化比较，区分哪些设备需要重点测试检测，哪些设备只需验证接口，哪些设备可弱化测试次数。