CN108399501A - 用于载人航天器的备件的上行规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于载人航天器的备件的上行规划方法，包括以下步骤：a.分析在轨载人航天器内设备器件的寿命，识别满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件；b.针对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件进行上行规划。根据本发明的用于载人航天器的备件的上行规划方法通过寿命分析和可靠性分析相结合，分析了长期在轨运行载人航天器维修备件上行的种类和上行时机，采用根据本发明的规划方法可以实现载人航天器长期在轨飞行的备件上行规划。

Description

用于载人航天器的备件的上行规划方法

技术领域

本发明涉及载人航天器总体设计技术领域，涉及一种用于载人航天器的备件的上行规划方法，尤其涉及一种基于寿命与可靠性分析相结合的备件上行规划方法。

背景技术

长期在轨运营的航天器，可靠性要求高，其研制难度前所未有。

“和平号”空间站通过维修将寿命延长到15年，延寿期间航天员75％的时间在开展维修工作。国际空间站通过维修将延寿到2024年，航天员日常40％的时间在开展维修工作，截至2016年9月，共开展了384次出舱维修维护。哈勃望远镜在二十余年在轨运行中，接受了陀螺仪、电池、精确制导传感器的更换等多次维修服务。在轨维修是保证长期在轨运营飞行器正常在轨运营必不可少的关键措施。

在轨维修主要包含预防性维修和修复性维修两类，其中预防性维修主要是针对寿命不满足要求的产品，在其寿命到期时进行维修更换；修复性维修主要针对产品的突发性故障，在产品发生故障后进行维修更换。为保证在轨维修可实施，需要在在轨维修任务之前，从地面上行备件到载人航天器，由于搭载备件上行的货运飞船的运输能力有限，且存在一定发射时间间隔。

现有的备件配置规划方法，大多以车间维修为出发点，主要针对备件为车间可更换单元(shop-replaceable unit，SRU)，比如汽车或者飞机发生故障后，在维修车间进行更换备件维修。而载人航天器为在轨维修，针对备件为在轨可更换单元(orbitalreplaceable units，ORU)，需要考虑运送能力限制、补给的时间间隔，因此现有的备件配置规划方法难以适用于载人航天器维修备件上行规划。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种解决载人航天器长期在轨运行过程中的设备器件上行规划的问题的基于寿命与可靠性分析相结合的用于载人航天器的备件的上行规划方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于载人航天器的备件的上行规划方法，包括以下步骤：

a.分析在轨载人航天器内设备器件的寿命，识别满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件；

b.针对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件进行上行规划。

根据本发明的一个方面，所述满足载人航天器寿命要求的设备器件为寿命≥载人航天器寿命的设备器件。

根据本发明的一个方面，所述不满足载人航天器寿命要求的设备器件为寿命＜载人航天器寿命的设备器件。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，上行规划流程为：

(1)寿命分析，明确不满足载人航天器寿命要求的设备器件；

(2)可靠性分析，分析满足载人航天器寿命要求的设备器件，对满足载人航天器寿命要求的设备器件的重要度排序，明确上行进行长期储备的重要设备器件；

(3)将上行任务按年为单位划分n个阶段，从第一年开始，针对第i年的设备器件上行任务，分析需要上行的设备器件；

(4)分析上行的货运飞船的货运能力，确定货运飞船能够承载上行设备器件的最大重量；

(5)计算需要上行的不满足载人航天器寿命要求的设备器件的最大重量，在保证该种设备器件的最大重量小于所述货运飞船能够承载上行设备器件的最大重量的前提下，选取重要度排序中部分重要设备器件加入上行清单，同时保证加入后总重量不超过货运飞船的能够承载上行设备器件的最大重量；

(6)令i＝i+1，重复步骤(4)～(5)，直至i＝n，完成载人航天器设备器件的上行规划。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，采用FTA和FMEA的分析方法对满足载人航天器寿命要求的设备器件进行分析，根据分析结果，以故障模式的严酷度等级和最小割集为评价指标，对设备器件的重要度进行排序，确定需要上行进行长期储备的重要设备器件。

根据本发明的一个方面，所述需要上行的不满足载人航天器寿命要求的设备器件包括该年度寿命到期的设备器件以及上一年度发生故障的设备器件。

根据本发明的一个方面，所述不满足载人航天器寿命要求的设备器件包括：

需要根据消耗周期定期更换的消耗性部件或设备；

一定时间后产生精度漂移，需要在标定到期之前安排更换的设备器件；

一定时间后会产生性能下降，无法使用，需要定期安排更换的设备器件。

根据本发明的一个方案，根据本发明的用于载人航天器的备件的上行规划方法，通过寿命分析和可靠性分析相结合，分析了长期在轨运行载人航天器维修备件上行的种类和上行时机，采用根据本发明的上述方法可以实现载人航天器长期在轨飞行的备件上行规划。

根据本发明的用于载人航天器的备件的上行规划方法，满足了载人航天器在轨维修任务对备件的需求，并最大化利用货运飞船的上行能力，从而解决了载人航天器长期在轨运行过程中的所需的维修器件的备件上行规划的问题，解决了载人航天器对备件需求的问题。且方法简单，计算量小，规划效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示根据本发明的用于载人航天器的备件的上行规划方法的流程图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件上行规划方法的流程图。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，附图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

图1示意性表示根据本发明的用于载人航天器的备件的上行规划方法的流程图。如图1所示，根据本发明的用于载人航天器的备件的上行规划方法包括以下步骤：

a.分析在轨载人航天器内设备器件的寿命，识别满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件；

b.针对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件进行上行规划。

在本发明中，上述满足载人航天器寿命要求的设备器件为寿命≥载人航天器寿命的设备器件。不满足载人航天器寿命要求的设备器件为寿命＜载人航天器寿命的设备器件。

根据本发明的一种实施方式，在上述a步骤中，根据载人航天器在轨飞行寿命要求开展设备器件的寿命分析，识别满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件。在本实施方式中，寿命不满足载人航天器寿命要求的设备器件包括：需要根据消耗周期定期更换的消耗性部件或设备；

一定时间后产生精度漂移，需要在标定到期之前安排更换的设备器件；

一定时间后会产生性能下降，无法使用，需要定期安排更换的设备器件。

根据本发明的一种实施方式，在上述b步骤中，针对满足寿命要求的设备器件，采用FTA(故障树分析)和FMEA(失效模式与影响分析)的分析方法对满足载人航天器寿命要求的设备器件进行分析，根据分析结果，以故障模式的严酷度等级和最小割集的阶数为评价指标，建立产品的重要度评价矩阵，对设备器件的重要度进行排序，确定需要上行进行长期储备的设备器件。故障严酷度分为四类：I类是一种会引起人员死亡或系统毁坏的故障；II类是一种会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的系统严重损坏的故障；III类是一种引起人员轻度伤害、一定的经济损失或导致任务延误或降级的系统轻度损坏的故障；IV类上一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或系统损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。产品的故障严酷度从IV到I类，产生后果严重程度逐渐升高，产品的重要度也升高。最小割集是故障树定性分析中，指一些底事件的集合，它们都发生时顶事件必须发生，而这些底事件中缺一个就不会导致顶事件发生的底事件集合。最小割集中底事件的数量成为阶数。一般阶数越底的最小割集越重要，也就是说阶数越低的对应的故障的产品的重要度越高。

在本实施方式中，利用FTA(故障树分析)和FMEA(失效模式与影响分析)的分析方法确认对于载人航天器发生故障时所需的更重要的设备器件，因此对这些排序靠前的重要设备器件进行上行规划，这样可以满足载人航天器出现故障时对重要设备器件的需要，以便不时之需。

在本实施方式中，根据FTA(故障树分析)和FMEA(失效模式与影响分析)的分析方法，设定产品重要度矩阵中的一个重要度边界值L，重要度大于L的设备器件安排长期在轨储存，即上述排序靠前的重要设备器件。明确长期在轨存储的设备器件的集合{Q}(Q＝1,2…,n)，其中每件产品Q的重量为M_q。

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件上行规划方法的流程图。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，在上述b步骤中，对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件进行上行规划的流程方法如下：

(1)寿命分析，明确不满足载人航天器寿命要求的设备器件；

(2)可靠性分析，分析满足载人航天器寿命要求的设备器件，对满足载人航天器寿命要求的设备器件的重要度排序，明确上行进行长期储备的重要设备器件；

(3)将上行任务按年为单位划分n个阶段，从第一年开始，针对第i年的设备器件上行任务，分析需要上行的设备器件；

(4)分析第i年货运飞船的备件运送能力，考虑最大载货量、推进剂补给、消耗品补给、试验载荷等上行约束条件，确定货运飞船能够承载上行设备器件的最大重量；

(5)计算需要上行的不满足载人航天器寿命要求的设备器件的最大重量，在保证该种设备器件的最大重量小于所述货运飞船能够承载上行设备器件的最大重量的前提下，选取重要度排序中部分重要设备器件加入上行清单，同时保证加入后总重量不超过货运飞船的能够承载上行设备器件的最大重量；

(6)令i＝i+1，重复步骤(4)～(5)，直至i＝n，完成载人航天器设备器件的上行规划。

在本实施方式中，需要上行的不满足载人航天器寿命要求的设备器件包括该年度(即上述第i年)寿命到期的设备器件以及上一年(即第i－1年)度发生故障的设备器件。

根据本发明的上述方法，通过寿命分析和可靠性分析相结合，分析了长期在轨运行载人航天器维修备件上行的种类和上行时机，采用根据本发明的上述方法可以实现载人航天器长期在轨飞行的备件上行规划。

根据本发明的上述方法，满足了载人航天器在轨维修任务对备件的需求，并最大化利用货运飞船的上行能力，从而解决了载人航天器长期在轨运行过程中的所需的维修器件的备件上行规划的问题，解决了载人航天器对备件需求的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于载人航天器的备件的上行规划方法，包括以下步骤：

a.分析在轨载人航天器内设备器件的寿命，识别满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件；

b.针对满足和不满足载人航天器寿命要求的设备器件进行上行规划。

2.根据权利要求1所述的用于载人航天器的备件的上行规划方法，其特征在于，所述满足载人航天器寿命要求的设备器件为寿命≥载人航天器寿命的设备器件。

3.根据权利要求1所述的用于载人航天器的备件的上行规划方法，其特征在于，所述不满足载人航天器寿命要求的设备器件为寿命＜载人航天器寿命的设备器件。

4.根据权利要求1所述的用于载人航天器的备件的上行规划方法，其特征在于，在所述b步骤中，上行规划流程为：

(1)寿命分析，明确不满足载人航天器寿命要求的设备器件；

(2)可靠性分析，分析满足载人航天器寿命要求的设备器件，对满足载人航天器寿命要求的设备器件的重要度排序，明确上行进行长期储备的重要设备器件；

(3)将上行任务按年为单位划分n个阶段，从第一年开始，针对第i年的设备器件上行任务，分析需要上行的设备器件；

(4)分析上行的货运飞船的货运能力，确定货运飞船能够承载上行设备器件的最大重量；

(5)计算需要上行的不满足载人航天器寿命要求的设备器件的最大重量，在保证该种设备器件的最大重量小于所述货运飞船能够承载上行设备器件的最大重量的前提下，选取重要度排序中部分重要设备器件加入上行清单，同时保证加入后总重量不超过货运飞船的能够承载上行设备器件的最大重量；

(6)令i＝i+1，重复步骤(4)～(5)，直至i＝n，完成载人航天器设备器件的上行规划。

5.根据权利要求4所述的用于载人航天器的备件的上行规划方法，其特征在于，在所述b步骤中，采用FTA和FMEA的分析方法对满足载人航天器寿命要求的设备器件进行分析，根据分析结果，以故障模式的严酷度等级和最小割集的阶数为评价指标，建立产品重要度矩阵，对设备器件的重要度进行排序，确定需要上行进行长期储备的重要设备器件。

6.根据权利要求5所述的用于载人航天器的备件的上行规划方法，其特征在于，所述需要上行的不满足载人航天器寿命要求的设备器件包括该年度寿命到期的设备器件以及上一年度发生故障的设备器件。

7.根据权利要求1所述的用于载人航天器的备件的上行规划方法，其特征在于，所述不满足载人航天器寿命要求的设备器件包括：

需要根据消耗周期定期更换的消耗性部件或设备；

一定时间后产生精度漂移，需要在标定到期之前安排更换的设备器件；

一定时间后会产生性能下降，无法使用，需要定期安排更换的设备器件。