一种航天器黑匣子系统及方法与流程

本发明涉及航天器安全，具体涉及一种航天器黑匣子系统及方法。

背景技术：

1、近年来，随着太空作为未来战略制高点的地位不断凸显，竞争日趋激烈，战场正在向太空蔓延，太空安全形势不容乐观。并且随着人类航天发射活动的日益频繁，空间碎片的数目大幅度增长，已经严重影响到航天器的运行安全。空间环境恶劣，存在着高低温交变、电磁辐射、高能粒子辐射等现象，对航天器安全带来潜在的威胁。以上因素导致航天器在轨运行过程中并不安全，各种因素严重影响着航天器运行安全，导致航天器故障甚至失效等。航天器在轨靠测控系统与地面测控站通信，当航天器测控分系统、电源分系统或控制分系统等发生致命故障都有可能与地面失去联系，导致错过抢救航天器的最佳时机，同时地面由于缺乏航天器故障数据，对故障定位及原因分析极为不利。

2、类比飞机、船舶等装有“黑匣子”装置用来记录运行过程中的数据，用于意外事件发生后分析意外事件发生的原因。对于在轨运行的航天器来说，尚无航天器“黑匣子”装置。有别于飞机和船舶等黑匣子装置，航天器黑匣子在太空中运行。

3、航天器由于其空间运行环境的恶劣性，现有其他领域黑匣子难以适用；同时，航天器在轨运行的过程中会产生大量的工程遥测数据，这些工程遥测需实时采集与分析，以对航天器的运行状态、故障提出预警；此外，航天器黑匣子需要配置与地面测控通信的应急手段，不受限于地面测控站部署，具备全天候、全域广覆盖的能力。

4、有鉴于此，研制一种航天器黑匣子装置，用于记录航天器运行过程中重要数据，提供全域的应急预警和短消息通信等，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种航天器黑匣子系统，其包括：

2、安装于卫星表面的单机系统；

3、设置有六个子阵、且各子阵分别安装于卫星平台的不同侧面的分布式体装太阳电池阵；

4、所述单机系统设置有：

5、实现关键参数的采集、处理和存储、短报文信息或通信命令的解析和转发、卫星平台关键指令驱动、黑匣子工作模式、能源管理以及健康状态判断的处理器模块；

6、提供低速的星地通信和信标广播的uhf/vhf通信模块；

7、用于储存太阳电池阵产生的能量，在阴影区或分布式体装太阳电池阵能量不足时为黑匣子供电的蓄电池组；

8、完成蓄电池组充放电管理和黑匣子内部模块配电功能电源管理模块；

9、用于航天器定位、短报文应急通信的短报文模块；

10、所述处理器模块通过can总线接入卫星平台can总线系统，并通过硬遥测直接采集电压、电流关键遥测信号，星箭分离信号作为输入信号提供黑匣子电源管理模块作为黑匣子系统上电的启动信号。

11、优选的方案中，所述uhf/vhf通信模块设置有安装于卫星平台侧面的接收天线和发射天线。

12、优选的方案中，所述处理器模块采用flash型smartfusion soc m2s090作为核心处理器，通过can总线接收卫星平台can总线上工程遥测数据并按照时间戳进行存储。

13、一种航天器黑匣子系统的工作方法，其包括如下的步骤：

14、s1、卫星发射入轨主动段，航天器黑匣子系统各模块均处于断电状态；

15、s2、利用卫星和火箭分离产生的星箭分离信号首先给处理器模块上电并进入工作状态；

16、s3、处理器模块通过硬遥测方式采集卫星平台关键遥测数据，并通过采集卫星平台can总线上的工程遥测数据，综合判断卫星健康状况，并根据健康状况判断结果决定是否触发启动预警机制；

17、s4、当触发启动预警机制后，激活短报文模块和uhf/vhf通信模块，向地面发送应急短报文遥测信息和预警信标，帮助地面迅速找到航天器并提供故障前后的遥测信息、分析定位故障发生的原因，为抢救航天器提供应急测控通道。

18、优选的方案中，步骤s3的具体过程包括：

19、处理器模块采集如下数据：

20、a、卫星平台母线电压、电流遥测；

21、b、星载计算机心跳信号、星载计算机can总线遥测轮询帧计数；

22、c、卫星平台姿态和姿态角速度；

23、d、卫星平台遥控上行遥控帧计数和下行遥测帧计数；

24、当a～d均处于正常阈值范围内，判断结果为健康；

25、当a～d至少有一项参数超出正常阈值范围，则触发启动预警机制。

26、本发明所达到的有益效果为：

27、本发明提出一种航天器黑匣子，通过硬遥测方式采集卫星平台母线电压、放电电流、卫星平台计算机心跳信号等关键遥测，并通过采集卫星平台can总线上的工程遥测数据，综合判断卫星健康状况，并根据健康状况判断结果决定是否启动短报文和uhf/vhf模块向地面发出告警信号。在卫星发生致命故障时，可向地面发信标、短消息等，告知地面卫星位置、关键遥测，有利于地面进行故障定位分析和制定卫星抢救措施。

技术特征：

1.一种航天器黑匣子系统，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的一种航天器黑匣子系统，其特征在于：所述uhf/vhf通信模块设置有安装于卫星平台侧面的接收天线和发射天线。

3.根据权利要求1所述的一种航天器黑匣子系统，其特征在于：所述处理器模块采用flash型smartfusion soc m2s090作为核心处理器，通过can总线接收卫星平台can总线上工程遥测数据并按照时间戳进行存储。

4.一种航天器黑匣子系统的工作方法，其特征在于，其包括如下的步骤：

5.根据权利要求4所述的一种航天器黑匣子系统的工作方法，其特征在于：步骤s3的具体过程包括：

技术总结
本发明涉及航天器安全技术领域，具体涉及一种航天器黑匣子系统及方法，包括短报文模块及其天线、处理器模块、UHF/VHF通信模块及其天线、电源管理模块、分布式体装太阳电池阵、蓄电池组。本发明提出一种航天器黑匣子系统的工作方法，通过硬遥测方式采集卫星平台母线电压、放电电流、卫星平台计算机心跳信号等关键遥测，并通过采集卫星平台CAN总线上的工程遥测数据，综合判断卫星健康状况，并根据健康状况判断结果决定是否启动短报文和UHF/VHF模块向地面发出告警信号。在卫星发生致命故障时，可向地面发信标、短消息等，告知地面卫星位置、关键遥测，有利于地面进行故障定位分析和制定卫星抢救措施。

技术研发人员：许培培,姜连祥,李明翔,王菲,张众正,李文彬,许滨贵,刘中伟,王磊
受保护的技术使用者：山东航天电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27