CN113753264A - 星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法和系统，所述方法包括如下步骤：步骤S1：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；步骤S2：采用磁保持继电器保持状态；步骤S3：将磁保持继电器触点置入目标状态；步骤S4：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔，以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合；步骤S5：对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送。本发明针对卫星星箭分离后，分离信号未能正常转换至“分离后”的失效状态下，星地协同采取措施，能够确保太阳帆板压紧点火工品可靠起爆、帆板正常展开，保证整星能源供给。
Description
技术领域
本发明涉及卫星可靠性的技术领域，具体地，涉及星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法和系统。
背景技术
装在太阳电池的太阳帆板是卫星在轨能源的唯一外界输入来源。为适应运载火箭整流罩的有限尺寸包络，在发射入轨阶段通常将太阳帆板折叠并压紧在卫星本体上，在星箭分离、卫星入轨后通过火工品起爆切断压紧点约束装置，展开太阳帆板为卫星供电。
为保证火工品起爆、太阳帆板展开可靠受控，采用火工品正、负母线通断开关串联桥丝驱动电路的三级串联发火电路，并采用星箭分离信号(“分离前”状态)锁定火工品负母线继电器触点处于“断开”状态，以规避发射入轨阶段的振动、噪声等力学环境造成火工品发火电路误接通风险。在星箭分离后，分离信号置为“分离后”状态，火工品负母线解锁；同时触发星箭分离点程控，按时序接通火工品正负母线并驱动起爆。
在公开号为CN112130505A的专利文献中公开了一种火工品点火控制电路及其方法，以起飞信号做为执行点火的输入条件，同时采取三取二判决标准并辅之以复位信号操作来抑制点火误操作，以光MOS继电器替代现有的电磁继电器的机械式输出。火工品点火控制电路，包括三组起飞信号接收模块、三取二判决模块、复位模块、时序控制模块、防误安全模块和点火执行模块。
上述方法有效地防止火工品误起爆故障，但若在星箭物理分离后分离信号(或其他锁定敏感信号)失效，未能正常转换至“分离后”状态，将导致星箭分离点程控不触发，太阳帆板不能正常展开，威胁卫星入轨后整星能源安全。因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法和系统。
根据本发明提供的一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；
步骤S2：采用磁保持继电器保持状态；
步骤S3：将磁保持继电器触点置入目标状态；
步骤S4：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔，以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合；
步骤S5：对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送。
优选地，所述步骤S1通过遥控时序先打开写保护、再写入状态，软件自身不存储写保护打开密钥，仅能通过地面上注。
优选地，所述步骤S2利用敏感信号控制振荡电路，以特定周期发送驱动脉冲，锁定磁保持继电器触点在特定状态，脉冲发送周期与宽度作为电路参数根据任务需要适应性调整。
优选地，所述步骤S3利用磁保持继电器触点保持力大于切换力的特点，当次保持继电器状态锁定敏感信号失效，又需要改变状态时，采用周期与脉宽成倍于锁定驱动信号的控制信号，将磁保持继电器触点置入目标状态。
优选地，所述卫星太阳帆板压紧点起爆、帆板展开成功的先决条件是分离信号随星箭分离正常跳变为分离后状态，触发程控、解锁火工品负母线；针对程控触发条件，在卫星星务管理软件保留手动设置星箭分离状态的遥控接口，当故障发生时通过遥控注数将星务管理软件强制设置为“星箭分离后”状态；针对火工品负母线“断开”状态锁定，在星箭分离信号为“分离前”状态时，“脉冲式防抱死锁定驱动电路”以一定周期与占空比重复发送火工品负母线断开指令。
本发明还提供一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；
模块M2：采用磁保持继电器保持状态；
模块M3：将磁保持继电器触点置入目标状态；
模块M4：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔，以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合；
模块M5：对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送。
优选地，所述模块M1通过遥控时序先打开写保护、再写入状态，软件自身不存储写保护打开密钥，仅能通过地面上注。
优选地，所述模块M2利用敏感信号控制振荡电路，以特定周期发送驱动脉冲，锁定磁保持继电器触点在特定状态，脉冲发送周期与宽度作为电路参数根据任务需要适应性调整。
优选地，所述模块M3利用磁保持继电器触点保持力大于切换力的特点，当次保持继电器状态锁定敏感信号失效，又需要改变状态时，采用周期与脉宽成倍于锁定驱动信号的控制信号，将磁保持继电器触点置入目标状态。
优选地，所述卫星太阳帆板压紧点起爆、帆板展开成功的先决条件是分离信号随星箭分离正常跳变为分离后状态，触发程控、解锁火工品负母线；针对程控触发条件，在卫星星务管理软件保留手动设置星箭分离状态的遥控接口，当故障发生时通过遥控注数将星务管理软件强制设置为“星箭分离后”状态；针对火工品负母线“断开”状态锁定，在星箭分离信号为“分离前”状态时，“脉冲式防抱死锁定驱动电路”以一定周期与占空比重复发送火工品负母线断开指令。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明确保太阳帆板压紧点火工品可靠起爆、帆板正常展开，保证整星能源供给；
2、本发明提出了星务管理软件星箭分离状态串联时序强值赋值机制，确保分离信号失效时软件状态受控可靠置为“分离后”状态；
3、本发明提出了星箭分离信号对火工品负母线“断开”状态“脉冲式防抱死锁定”，接通指令长时驱动的“跷跷板”式通断控制机制，确保分离信号失效时火工品负母线受控可靠接通；
4、本发明提出了利用常规指令展宽、多路指令并行迭加，在火工品负母线强制“接通”状态下执行控制火工品驱动的机制，确保分离信号失效时火工品受控可靠起爆。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明为基于脉冲锁定电路的太阳阵火工品高可靠性起爆控制电路框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1，本发明的主要目的是针对卫星星箭分离后，分离信号未能正常转换至“分离后”的失效状态下，星地协同采取措施，依然能够确保太阳帆板压紧点火工品可靠起爆、帆板正常展开，保证整星能源供给。
本发明提供一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，包括卫星星务软件状态高可靠设置方法、磁保持继电器状态脉冲式锁定方法、基于脉冲式锁定的防抱死解锁方法、基于多路遥控指令迭加的强制状态下指令执行方法以及脉冲式指令时间覆盖方法。
卫星星务软件状态高可靠设置方法：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；通过遥控时序先打开写保护、再写入状态；软件自身不存储写保护打开密钥，仅能通过地面上注。
磁保持继电器状态脉冲式锁定方法：采用磁保持继电器保持状态；利用敏感信号控制振荡电路，以特定周期发送驱动脉冲，锁定磁保持继电器触点在特定状态；脉冲发送周期与宽度作为电路参数可根据任务需要适应性调整。
基于脉冲式锁定的防抱死解锁方法：利用磁保持继电器触点保持力大于切换力的特点；当磁保持继电器状态锁定敏感信号失效、又需要改变状态时，采用周期与脉宽成倍于锁定驱动信号的控制信号，即可将磁保持继电器触点置入目标状态。
基于多路遥控指令迭加的强制状态下指令执行方法：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔、以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合。
脉冲式指令时间覆盖方法:对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送，使得脉宽大于发送周期，确保时间轴全覆盖。
通常，卫星太阳帆板压紧点起爆、帆板展开成功的先决条件是分离信号随星箭分离正常跳变为分离后状态，触发程控、解锁火工品负母线。当星箭物理分离(通过运载火箭分离信号、视频监视和其他遥外测方法判断)但分离信号失效时，上述两重安全机制成为阻制卫星正常展开太阳帆板的条件。
针对程控触发条件，在卫星星务管理软件保留手动设置星箭分离状态的遥控接口，当上述故障发生时可通过遥控注数将星务管理软件强制设置为“星箭分离后”状态。为防止遥控误操作，上述星箭分离状态保存在星务计算机内存的写保护扇区中，需要通过前置的另一条遥控注数上注密钥，打开保护才能进行写入操作。该写保护打开密钥为星务计算机CPU硬件设计约定，星务管理软件内部不存储该密钥，确保不因自身运行错误(如程序跑飞)而非受控地打开写保护。
针对火工品负母线“断开”状态锁定，在星箭分离信号为“分离前”状态时，“脉冲式防抱死锁定驱动电路”以一定周期与占空比重复发送火工品负母线断开指令：指令周期取卫星遥控指令最小发送间隔(一般为500ms)的1.5-2倍，指令有效脉冲宽度取卫星常规指令(一般为80ms)1/2以下、负母线通断控制继电器线包最小动作时间(一般为5ms)2倍以上值；以此机制保证即使负母线通断控制继电器在发射入轨阶段受力学环境影响误“接通”，也能够在1s以内被重新置入“断开”状态。
若星箭物理分离后，分离信号未正确变化为“分离后”状态，可以遥控指令最小发送间隔(500ms)2倍周期、连发脉冲宽度展宽为1s“火工品负母线接通”指令，根据磁保持继电器触点双向切换力相等、保持力大于切换力的特点，可靠地将负母线通断控制继电器转置入并保持在“接通状态”。在此状态下，将火工品正母线接通后，同样以遥控指令最小发送间隔(500ms)2倍周期、与上述火工品负母线接通”间隔1周期相位，连发“太阳阵压紧点火工品起爆”指令，可以确保分离信号失效时火工品受控可靠起爆，解除压紧、展开火工品。
本发明还提供一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；通过遥控时序先打开写保护、再写入状态，软件自身不存储写保护打开密钥，仅能通过地面上注。
模块M2：采用磁保持继电器保持状态；利用敏感信号控制振荡电路，以特定周期发送驱动脉冲，锁定磁保持继电器触点在特定状态，脉冲发送周期与宽度作为电路参数根据任务需要适应性调整。
模块M3：将磁保持继电器触点置入目标状态；利用磁保持继电器触点保持力大于切换力的特点，当次保持继电器状态锁定敏感信号失效，又需要改变状态时，采用周期与脉宽成倍于锁定驱动信号的控制信号，将磁保持继电器触点置入目标状态。
模块M4：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔，以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合；模块M5：对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送。
卫星太阳帆板压紧点起爆、帆板展开成功的先决条件是分离信号随星箭分离正常跳变为分离后状态，触发程控、解锁火工品负母线；针对程控触发条件，在卫星星务管理软件保留手动设置星箭分离状态的遥控接口，当故障发生时通过遥控注数将星务管理软件强制设置为“星箭分离后”状态；针对火工品负母线“断开”状态锁定，在星箭分离信号为“分离前”状态时，“脉冲式防抱死锁定驱动电路”以一定周期与占空比重复发送火工品负母线断开指令。
本发明确保太阳帆板压紧点火工品可靠起爆、帆板正常展开，保证整星能源供给；提出了星务管理软件星箭分离状态串联时序强值赋值机制，确保分离信号失效时软件状态受控可靠置为“分离后”状态；提出了星箭分离信号对火工品负母线“断开”状态“脉冲式防抱死锁定”，接通指令长时驱动的“跷跷板”式通断控制机制，确保分离信号失效时火工品负母线受控可靠接通；提出了利用常规指令展宽、多路指令并行迭加，在火工品负母线强制“接通”状态下执行控制火工品驱动的机制，确保分离信号失效时火工品受控可靠起爆。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；
步骤S2：采用磁保持继电器保持状态；
步骤S3：将磁保持继电器触点置入目标状态；
步骤S4：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔，以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合；
步骤S5：对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送。
2.根据权利要求1所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，其特征在于，所述步骤S1通过遥控时序先打开写保护、再写入状态，软件自身不存储写保护打开密钥，仅能通过地面上注。
3.根据权利要求1所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，其特征在于，所述步骤S2利用敏感信号控制振荡电路，以特定周期发送驱动脉冲，锁定磁保持继电器触点在特定状态，脉冲发送周期与宽度作为电路参数根据任务需要适应性调整。
4.根据权利要求1所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，其特征在于，所述步骤S3利用磁保持继电器触点保持力大于切换力的特点，当次保持继电器状态锁定敏感信号失效，又需要改变状态时，采用周期与脉宽成倍于锁定驱动信号的控制信号，将磁保持继电器触点置入目标状态。
5.根据权利要求1所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开方法，其特征在于，所述卫星太阳帆板压紧点起爆、帆板展开成功的先决条件是分离信号随星箭分离正常跳变为分离后状态，触发程控、解锁火工品负母线；针对程控触发条件，在卫星星务管理软件保留手动设置星箭分离状态的遥控接口，当故障发生时通过遥控注数将星务管理软件强制设置为“星箭分离后”状态；针对火工品负母线“断开”状态锁定，在星箭分离信号为“分离前”状态时，“脉冲式防抱死锁定驱动电路”以一定周期与占空比重复发送火工品负母线断开指令。
6.一种星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：将状态保存于星务计算机内存写保护区域中；
模块M2：采用磁保持继电器保持状态；
模块M3：将磁保持继电器触点置入目标状态；
模块M4：对于需要确保在特定状态下执行的卫星遥控指令，按最小发送间隔，以时间片轮转方式轮流发送状态设置指令与动作指令组合；
模块M5：对脉冲指令进行脉冲展宽并周期性发送。
7.根据权利要求6所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，其特征在于，所述模块M1通过遥控时序先打开写保护、再写入状态，软件自身不存储写保护打开密钥，仅能通过地面上注。
8.根据权利要求6所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，其特征在于，所述模块M2利用敏感信号控制振荡电路，以特定周期发送驱动脉冲，锁定磁保持继电器触点在特定状态，脉冲发送周期与宽度作为电路参数根据任务需要适应性调整。
9.根据权利要求6所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，其特征在于，所述模块M3利用磁保持继电器触点保持力大于切换力的特点，当次保持继电器状态锁定敏感信号失效，又需要改变状态时，采用周期与脉宽成倍于锁定驱动信号的控制信号，将磁保持继电器触点置入目标状态。
10.根据权利要求6所述的星箭分离异常时太阳帆板高可靠强制展开系统，其特征在于，所述卫星太阳帆板压紧点起爆、帆板展开成功的先决条件是分离信号随星箭分离正常跳变为分离后状态，触发程控、解锁火工品负母线；针对程控触发条件，在卫星星务管理软件保留手动设置星箭分离状态的遥控接口，当故障发生时通过遥控注数将星务管理软件强制设置为“星箭分离后”状态；针对火工品负母线“断开”状态锁定，在星箭分离信号为“分离前”状态时，“脉冲式防抱死锁定驱动电路”以一定周期与占空比重复发送火工品负母线断开指令。
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