航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统及方法与流程

本发明涉及航天器领域，尤其涉及一种航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统及方法。

背景技术：

在航天器在轨补加推进剂任务中，需要在主动航天器与被动航天器的配合下进行，补加过程可被分为多个步骤，每个步骤完成后才可开展下一步骤工作，

主要过程如下：

(1)浮动断接器插合：主动航天器驱动浮动断接器完成插合，将主被动航天器间的补加管路连通；

(2)补加管路检漏：主动方航天器对补加管路密封性进行检查；

(3)压气机抽气：被动方航天器启动压气机降低自身贮箱压力，具备接收推进剂的条件；

(4)贮箱补加：主动方航天器打开补加管路阀门，在双方贮箱压差作用下将推进剂挤压输送至被动方贮箱中，进行补加；

(5)补加管路吹除：补加完成后，主被动双方补加管路中仍残留有液体推进剂，因此在双方补加管路断开连接前，需将残液排放和吹除至真空中；

(6)浮动断接器分离：补加管路吹除完成后，主动航天器驱动浮动断接器完成分离，将主被动航天器间的补加管路断开。

在推进剂补加过程中，需密切关注浮动断接器脱开、液体泄漏、主动方贮箱超压、被动方贮箱卡滞等紧急重大故障，并针对这类故障进行尽快处置。因此，主被动双方的补加控制设备需设计有故障自主诊断和处置功能，并将故障信息通知对方进行处置。此外，补加量到位的时机可能发生在测控区外，地面无法实时监视和停止，为避免补加过量损害被动方贮箱，补加控制设备需设计有自主监测和停止补加的功能，并将到位信息通知对方进行处置。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统及方法，通过在参与推进剂在轨补加的主动方航天器与被动方航天器之间实现补加数据的自主交互，提高推进剂在轨补加的自主程度和安全性。

为实现上述发明目的，根据本发明的一个方面，提供一种航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统，包括主：动方航天器推进剂补加子系统，其包括主动方航天器对接总线和主动方航天器补加控制设备；以及被动方航天器推进剂补加子系统，其包括被动方航天器对接总线和被动方航天器补加控制设备，其中，所述主动方航天器对接总线和所述被动方航天器对接总线相连，以提供补加数据交互通道，所述主动方航天器补加控制设备用于生成指示所述主动方航天器的补加状态的补加数据并且所述被动方航天器补加控制设备用于生成指示所述被动方航天器的补加状态的补加数据。

优选地，所述主动方航天器推进剂补加子系统还包括主动方航天器数管设备，通过主动方航天器内部总线连接至所述主动方航天器补加控制设备，用于接收来自所述主动方航天器补加控制设备生成的所述主动方航天器的补加数据，并将所述主动方航天器的补加数据提供给所述主动方航天器对接总线以发送给所述被动方航天器，并经由所述主动方航天器对接总线接收来自所述被动方航天器的补加数据；并且所述被动方航天器推进剂补加子系统还包括被动方航天器数管设备，通过被动方航天器内部总线连接至所述被动方航天器补加控制设备，用于接收来自所述被动方航天器补加控制设备生成的所述被动方航天器的补加数据，并将所述被动方航天器的补加数据提供给所述被动方航天器对接总线以发送给所述主动方航天器，并经由所述被动方航天器对接总线接收来自所述主动方航天器的补加数据。

优选地，所述主动方航天器补加控制设备采集所述主动方航天器的补加系统参数、执行所述主动方航天器的故障诊断和故障处理，生成所述主动方航天器的补加数据，并且接收所述被动方航天器的补加数据，对所述被动方航天器的补加数据进行判读，并根据判读结果来控制所述主动方航天器的补加管路；并且所述被动方航天器补加控制设备采集所述被动方航天器的补加系统参数、执行所述被动方航天器的故障诊断和故障处理、生成所述被动方航天器的补加数据，并且接收所述主动方航天器的补加数据，对所述主动方航天器的补加数据进行判读，并根据判读结果来控制所述被动方航天器的补加管路

优选地，所述主动方航天器的补加数据和所述被动方航天器的补加数据均包括标识字段、补加系统状态信息字段、故障信息字段、到位信息字段、预留字段、累加和字段和帧计数字段等

为实现上述发明目的，根据本发明的另一个方面，提供一种航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置的方法，包括启动主动方航天器和被动方航天器的补加数据交互处理；主动方航天器补加控制设备根据接收到的来自所述被动方航天器的补加数据判定所述被动方航天器是否发生故障，并且所述被动方航天器补加控制设备根据接收到的来自所述主动方航天器的补加数据判定所述主动方航天器是否发生故障；以及在所述主动方航天器或所述被动方航天器发生故障的情况下，停止推进剂补加处理。

优选地，启动主动方航天器和被动方航天器的补加数据交互处理包括：

地面控制设备向所述主动方航天器和所述被动方航天器发送指令以对所述主动方航天器补加控制设备和所述被动方航天器补加控制设备加电；通过主动方航天器对接总线和被动方航天器对接总线，连接所述主动方航天器和所述被动方航天器以建立补加数据交互通道；以及所述地面控制设备向所述主动方航天器和所述被动方航天器发送指令，以使所述主动方航天器补加控制设备和所述被动方航天器补加控制设备分别生成补加数据，并通过所述补加数据交互通道在所述被动方航天器补加控制设备和所述主动方航天器补加控制设备之间互发生成的补加数据。

优选地，所述主动方航天器补加控制设备根据接收到的来自所述被动方航天器的补加数据判定所述被动方航天器是否发生故障包括：当所述被动方航天器发生故障时，所述被动方航天器补加控制设备关闭所述被动方航天器的补加管路阀门；所述被动方航天器补加控制设备将补加数据中的故障信息字段设置为故障状态；所述主动方航天器补加控制设备接收到来自所述被动方航天器的指示故障的补加数据之后，关闭所述主动方航天器的补加管路阀门。

优选地，所述被动方航天器补加控制设备根据接收到的来自所述主动方航天器的补加数据判定所述主动方航天器是否发生故障包括：当所述主动方航天器发生故障时，所述主动方航天器补加控制设备关闭所述主动方航天器的补加管路阀门；所述主动方航天器补加控制设备将补加数据中的故障信息字段设置为故障状态；所述被动方航天器补加控制设备接收到来自所述主动方航天器的指示故障的补加数据之后，关闭所述被动方航天器的补加管路阀门。

优选地，在所述主动方航天器和所述被动方航天器均未发生故障的情况下，所述方法还包括：当推进剂补加量到位后，所述被动方航天器补加控制设备关闭所述被动方航天器的补加管路阀门；所述被动方航天器补加控制设备将补加数据中的到位信息字段设置为到位状态；所述主动方航天器补加控制设备接收到在所述被动方航天器的指示补加到位的补加数据之后，关闭所述主动方航天器的补加管路阀门；以及地面控制设备向所述主动方航天器和所述被动方航天器发送指令，以断开所述主动方航天器和所述被动方航天器之间的补加数据交互处理。

本发明的有益效果是：

(1)在补加推进剂的过程中，主动方航天器和被动方航天器在面对重大故障时可以进行联合处置。即，一方检测出故障后，在己方航天器内处置的同时，还将故障信息发送至对方航天器，从而对方航天器和己方航天器联合处理重大故障。

(2)有效地解决了补加量到位的时机可能发生在测控区外，地面无法实时监视和停止的情况，被动方航天器具有自主监测和停止补加的功能，并将到位信息通知给主动方航天器以进行后续处置。

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是示意性表示本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统的组成；

图2是示意性表示本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统的更具体的组成；

图3是示意性表示本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置方法的流程图；以及

图4是具体示了出本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置方法的细节的流程图。

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，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是示意性表示根据本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统的组成图。

如图1所示，根据本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置系统1包括主动方航天器推进剂补加子系统10和被动方航天器推进剂补加子系统20。其中，主动方航天器推进剂补加子系统10包括主动方航天器对接总线102和主动方航天器补加控制设备104，被动方航天器推进剂补加子系统20包括被动方对接总线202和被动方航天器补加控制设备204。主动方航天器对接总线102与被东方航天器对接总线202相连接，用于提供补加数据交互通道，主动方航天器补加控制设备104用于生成指示主动方航天器补加状态的补加数据，被动方航天器补加控制设备204用于生成指示被动方航天器补加状态的补加数据。

此外，主动方航天器推进剂补加子系统10还可以包括主动方航天器数管设备106，其可通过主动方航天器内部总线连接至主动方航天器补加控制设备104，用于接收来自主动方航天器补加控制设备104生成的主动方航天器补加数据，并且将主动方航天器的补加数据提供给主动方航天器对接总线102。如上所述，主动方航天器对接总线102与被动方航天器对接总线202相连接，使得被动方航天器可以经由被动方航天器对接总线202接收来自主动方航天器(即，主动方航天器补加控制设备104)的补加数据。

类似地，被动方航天器推进剂补加子系统20还包括被动方航天器数管设备206，其可通过被动方航天器内部总线连接至被动方补加控制设备204，用于接收来自被动方航天器补加控制设备204生成的被动方航天器补加数据，并将被动方航天器的补加数据提供给被动方航天器对接总线202。如上所述，主动方航天器对接总线102与被动方航天器对接总线202相连接，使得主动方航天器可经由主动方航天器对接总线102接收来自被动方航天器(即，被动方航天器补加控制设备204)的补加数据。

注意，上面提到的主动方航天器数管设备106和被动方航天器数管设备206不是必要的组成部分。当主动方航天器对接总线102和主动方航天器补加控制设备104之间可以直接通信以及被动方航天器对接总线202和被动方航天器补加控制设备204之间可以直接通信时，就可以省略主动方航天器数管设备106和被动方航天器数管设备206。而如果由于设计原因、技术原因等需要在主动方航天器对接总线102和主动方航天器补加控制设备104之间设置转发设备以及需要在被动方航天器对接总线202和被动方航天器补加控制设备204之间设置转发设备时，就可以提供主动方航天器数管设备106和被动方航天器数管设备206。

图2是示出在包括主动方航天器数管设备106和被动方航天器数管设备206的情况下的航天器在轨补加推进剂系统的组成。

如图2所示，主被动方航天器对接总线和主被动航天器内部总线都可以为同一类型的数据总线。主动方航天器对接总线102和被动方航天器对接总线202连接，从而为补加数据的交互提供电缆通路。主动方航天器内部总线负责为主动方航天器数管设备106和主动方航天器补加控制设备104的数据交互提供电缆通路，以及被动方航天器内部总线负责为被动方航天器数管设备206和被动方航天器补加控制设备204的数据交互提供电缆通路。

具体地，主动方航天器补加控制设备104采集主动方航天器的补加系统参数、执行主动方航天器的故障诊断和故障处理、生成主动方航天器的补加数据，并且还接收来自被动方航天器的补加数据，对来自被动方航天器的补加数据进行判读，并根据判读结果来控制主动方航天器的补加管路。类似地，被动方航天器补加控制设备204采集被动方航天器的补加系统参数、执行被动方航天器的故障诊断和故障处理、生成被动方航天器的补加数据，并且还接收来自主动方航天器的补加数据，对来自主动方航天器的补加数据进行判读，并根据判读结果来控制被动方航天器的补加管路。

具体地，根据航天器的通信协议，由主动方航天器补加控制设备104和被动方航天器补加控制设备204生成的补加数据均包括标识字段、补加系统状态信息字段、故障信息字段、到位信息字段、预留字段、累加和字段和帧计数字段。补加数据的长度是根据通信协议确定的，并且可以在主动方航天器数管设备和被动方航天器数管设备的作用下以一定周期在主动方航天器和被动方航天器之间相互转发。

以下，参照图3和图4描述根据本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置方法。

参照图3，根据本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置方法包括：步骤s30，启动主动方航天器和被动方航天器的补加数据交互处理；步骤s32，主动方航天器补加控制设备根据接收到的来自被动方航天器的补加数据判定被动方航天器是否发生故障，并且被动方航天器补加控制设备根据接收到的来自主动方航天器的补加数据判定主动方航天器是否发生故障；以及步骤s34，在主动方航天器或被动方航天器发生故障的情况下，停止推进剂补加处理。

其中，步骤s30可进一步包括：地面控制设备向主动方航天器和被动方航天器发送指令以对主动方航天器补加控制设备104和被动方航天器补加控制设备104加电；通过主动方航天器对接总线102和被动方航天器对接总线104，连接主动方航天器和被动方航天器以建立补加数据交互通道；以及地面控制设备向主动方航天器和被动方航天器发送指令，以使主动方航天器补加控制设备104和被动方航天器补加控制设备204分别生成补加数据，并通过补加数据交互通道在被动方航天器补加控制设备204和主动方航天器补加控制设备104之间互相发送生成的补加数据。

此外，在步骤s32中，主动方航天器补加控制设备根据接收到的来自被动方航天器的补加数据判定被动方航天器是否发生故障可以包括：当被动方航天器发生故障时，被动方航天器补加控制设备204关闭被动方航天器的补加管路阀门；被动方航天器补加控制设备204将补加数据中的故障信息字段设置为故障状态；主动方航天器补加控制设备104接收到来自被动方航天器的指示故障的补加数据之后，关闭主动方航天器的补加管路阀门。类似地，被动方航天器补加控制设备204根据接收到的来自主动方航天器的补加数据判定主动方航天器是否发生故障包括：当主动方航天器发生故障时，主动方航天器补加控制设备104关闭主动方航天器的补加管路阀门；主动方航天器补加控制设备104将补加数据中的故障信息字段设置为故障状态；被动方航天器补加控制设备204接收到来自主动方航天器的指示故障的补加数据之后，关闭被动方航天器的补加管路阀门。

进一步地，在主动方航天器和被动方航天器均未发生故障并且顺利补加推进剂的情况下，当推进剂补加量到位后，被动方航天器补加控制设备204会关闭被动方航天器的补加管路阀门，并且被动方航天器补加控制设备204将补加数据中的到位信息字段设置为到位状态。主动方航天器补加控制设备104在接收到在被动方航天器的指示补加到位的补加数据之后，关闭主动方航天器的补加管路阀门。然后，地面控制设备向主动方航天器和被动方航天器发送指令，以断开主动方航天器和被动方航天器之间的补加数据交互处理，即断开对接总线的连接、补加数据的互发处理等。

图4是具体示了出本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置方法的细节的流程图。

如图4所示，本发明的航天器在轨补加推进剂数据自主交互与处置的方法的具体流程如下：

首先，补加开始：地面控制设备向主被动航天器发送指令，对主动方航天器补加控制设备104和被动方航天器补加控制设备204加电。

然后，补加数据交互启动：地面控制设备向主被动航天器发送指令，启动双方的补加数据的交互处理，由此主动方航天器补加控制设备104和被动方航天器补加控制设备204分别生成一定长度的补加数据，并以一定周期相互转发，主动方航天器补加控制设备104和被动方航天器补加控制设备204在收到来自对方的补加数据后，对其中的内容进行判读并进行相应的处理。

在该过程中，如果主动方航天器出现紧急重大故障，则主动方航天器这一方会自主关闭主动方航天器的补加管路阀门，并且将补加数据中的故障信息字段设置为故障状态，从而使得被动方航天器补加控制设备204在接收到指示故障的信息后关闭被动航天器的补加管路阀门，从而中止补加。

类似地，如果被动方航天器出现紧急重大故障，则被动方航天器这一方会自主关闭被动方航天器的补加管路阀门，并且将补加数据中的故障信息字段设置为故障状态，从而使得主动方航天器补加控制设备104在接收到指示故障的信息后关闭主动航天器的补加管路阀门，从而中止补加。

在主被动航天器均未发生故障的情况下，在补加量到位后，被动方航天器补加控制设备204进行控制以关闭被动方航天器的补加管路阀门，并且将补加数据中的到位信息字段设置为到位状态，使得主动方航天器补加控制设备104在接收到指示到位的信息之后，也关闭主动方航天器的补加管路阀门，从而完成推进剂的补加。

最后，地面控制设备向主被动航天器发送指令，停止双方的补加数据交互。

综上所述，在根据本发明的航天器在轨补加推进剂的方法中，通过主动方航天器补加控制设备和被动方航天器补加控制设备根据接收来自对方的补加数据信息来判断推进剂的补加是否存在故障并作出对应处理，以此有效地保证了推进剂补加过程中的可控性，提高了推进剂在轨补加的自主程度。同时避免了补加过量损害贮箱的情况发生，保证了推进剂补加的安全性。

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。