交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法与流程

本发明涉及交会对接任务故障预案设计技术领域，尤其涉及一种交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法。

背景技术：

故障预案设计是航天器飞行控制任务的重要组成部分，实际飞行控制中发生某故障后，存在需要两个及以上大系统或者分系统同时参与故障处理的情况。我国交会对接任务就是多目标航天器协同执行任务的典型代表，包括了载人飞船/货运飞船、空间实验室等航天器，又有航天员、运载火箭、测控通信、空间技术试验、发射场、回收厂等其他大系统参与，并且每个大系统内部又分为几个到几十个的分系统，整个工程任务即为复杂。

交会对接故障预案设计，需要考虑多个分系统之间、多个大系统之间，尤其是主动追踪飞行器(载人飞船或者货运飞船)与目标飞行器之间的协同关系，包括信息、时序、航天器、器上设备、地面设备以及人员等，整个设计过程即为繁琐，在飞控准备阶段一般就需要3-4轮反复迭代，耗费大量的人员、时间资源。实际故障处置中一般又同时具有时间、测控等强约束条件，进一步增加了故障预案设计的难度，容易出现漏项、时序错误、大系统件接口不匹配等问题，导致故障预案在关键时候不能用、不好用，对航天员安全以及主任务成败有着重大影响。随着我国进入空间站时代，空间站在整器构型、飞行模式、数据传输等方面变得更为复杂，这将对空间站交会对接任务多目标故障预案协同处置提供更高的设计要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法，确保故障预案设计的全面性、正确性。

为实现上述目的，本发明提供一种交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法，包括：

s1、对交会对接主任务进行分析；

s2、将全过程的飞行任务按照时间阶段进行划分，对每个阶段飞行事件执行结果对任务目标的影响进行分析，制定识别原则，将对后续对接任务目标完成是必要的事件定义为关键事件；

s3、将识别出的所述关键事件作为顶事件采用故障树分析法进行分析，对导致所述顶事件失败的所有必要条件进行分析；

s4、依据所述s3的分析结果识别出涉及到多目标协同处置的多种故障模式；

s5、针对识别出的所述多目标协同处置的多种故障模式，按照故障模式处置涉及到的参与方进行处置授权。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s1中，所述交会对接主任务包括交会对接任务、完成推进剂补加和确保航天员安全。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s2中，所述关键事件包括影响安全事件、可能导致任务终止事件和造成飞行计划更改事件。

根据本发明的一个方面，所述影响安全事件包括影响交会对接参与方安全事件以及影响航天员安全事件。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s3中，对导致所述顶事件失败的所有必要条件进行分析包括信息交互分析、设备任务分析、空域时域分析、人-船-器-地协作分析。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s5中，按照故障模式处置涉及到的参与方进行处置授权时，定位到具体的人员、口令和处置程序。

根据本发明的一个方面，在所述步骤s5中，根据安全性、测控和时间约束条件，按照时序、故障分支以及参与方故障处置权利交接定义完成故障预案详细设计。

根据本发明的一个方面，所述故障预案详细设计包括明确故障的判定或发起责任分系统、明确故障处置的责任分系统或大系统、明确故障处置的配合分系统或大系统、设计可能出现的所有故障分支及对应的处置措施、设计所有故障处置措施中参与方的接口关系、设计所有故障分支的处置结束判据或标志，最终完成某故障预案的协同处置。

本发明的交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法，解决了在时间、测控等强约束条件下，多飞行器、多系统参与处置的复杂故障预案设计的难题，能够系统、全面、高效的完成交会对接任务多目标故障预案协同处置设计，满足交会对接飞行控制任务的需求。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法的流程图；

图2是示意性表示根据本发明的关键事件识别原则示图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

结合图1和图2所示，本发明的交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法包括s1、对交会对接主任务进行分析；s2、将全过程的飞行任务按照时间阶段进行划分，对每个阶段飞行事件执行结果对任务目标的影响进行分析，制定识别原则，将对后续对接任务目标完成是必要的事件定义为关键事件；s3、将识别出的关键事件作为顶事件采用故障树分析法进行分析，对导致该顶事件失败的所有必要条件进行分析；s4、依据s3的分析结果识别出涉及到多目标协同处置的多种故障模式；s5、针对识别出的多目标协同处置的多种故障模式，按照故障模式处置涉及到的参与方进行处置授权。

具体来说，在步骤s1中，交会对接主任务包括交会对接任务、完成推进剂添加和确保航天员安全。当然，也可以是某项关键技术验证或用户关心的其他项目，这些决定了关键事件的识别原则。

在步骤s2中，关键事件包括影响安全事件、可能导致任务终止事件和造成飞行计划更改事件，其中影响安全事件包括影响人员安全事件和影响航天器安全事件。如图2所示，按照影响安全事件、可能导致任务终止事件和造成飞行计划更改事件对时间进行划分，一个事件可能同时影响安安全、可能导致任务终止和造成飞行计划更改，即图中影响安全事件、可能导致任务终止事件和造成飞行计划更改事件的重叠部分越大，说明该事件的影响后果越大，据此确定关键事件。

在步骤s3中，对导致顶事件失败的所有必要条件进行分析包括信息交互分析、设备任务分析、空域时域分析和人-船-器-地协作分析。对上述内容分析之后，从不同的维度识别出涉及到多目标协同处置的故障模式。由于对信息交互分析、设备任务分析、空域时域分析和人-船-器-地协作分析，可以确保识别出的故障模式的全面性，为故障预案设计全面性提供保证。

在步骤s5中，按照故障模式处置涉及到的参与方进行处置授权时，需要定位到具体人员、口令和处置程序。具体来说，根据安全性、测控和时间约束条件，按照时序、故障分支以及参与方故障处置权利交接定义完成故障预案详细设计。故障预案的详细设计包括故障的发起、责任分系统或大系统、故障的分支以及对应的处置措施、故障处置的交接关系和故障处置结构判据。

本发明的交会对接任务多目标故障预案协同处置设计方法，解决了在时间、测控等强约束条件下，多飞行器、多系统参与处置的复杂故障预案设计的难题，能够系统、全面、高效的完成交会对接任务多目标故障预案协同处置设计，满足交会对接飞行控制任务的需求。

以下以空间实验室交会对接任务故障预案设计为例，对本发明的方法进行说明：

首先，进行空间实验室任务交会对接主任务分析，确定关键事件识别准则，以飞行时间为线索，结合飞行任务的时域空域动态分析，识别出影响任务成败的一系列关键事件。然后将关键事件失败作为故障树顶事件，从信息交互、设备任务、空域时域和人-船-器-地协作等维度进行分析，识别出导致该顶事件失败的所有事件，结合故障模式及影响分析(fmea)进一步识别出与关键事件处置相关的所有分系统和大系统。

在交会对接任务对接段，典型关键事件包括：捕获和对接锁紧等。若发生捕获失败或者对接锁紧失败故障模式，则存在需要飞船对接机构、飞船gnc、目标对接结构、目标gnc和航天员处置的可能。同时由于对接段飞船和目标飞行器均处于停控状态，存在姿态超差后出测控区中继无法跟踪可能，地面无法对飞行器进行控制，最终导致任务失败的可能，因此该故障模式必须在出地面连接测控区前完成处置。此时，就存在典型的涉及多目标协同处置的故障模式。

然后，针对识别的故障模式，在安全性、测控和时间等约束条件下，根据信息交流、时序等对故障处置步骤进行详细设计，对故障处置分支及接口交接关系进行定义。包括明确故障的判定或发起责任分系统(或具体到人)、明确故障处置的责任分系统或大系统、明确故障处置的配合分系统或大系统、设计可能出现的所有故障分支及对应的处置措施、设计所有故障处置措施中参与方的接口关系(明确进入及退出条件，可以是某条指令、某信号或时间点等)、设计所有故障分支的处置结束判据或标志，最终完成某故障预案的协同处置。如交会对接任务中的对接结构锁紧相关的故障模式，为提高处置效率，提前授权姿态轨控、对接机构监视岗位进行故障处置，彼此根据定义好的口令完成故障处置分工以及处置权利的交接，确保故障处置的连接性和协调性。在任务前，本发明的方法可以进行多次演练，确认预案的可执行性。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。