CN103192998B - 一种航天器***级应急响应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航天器***级应急响应装置，采用微型技术和微型器件与部件，从航天器***顶层协调航天器平台设计和应急机制设计，将主要的应急响应功能在一个应急响应装置中实现，平台设计仅考虑常规的冗余手段，从而降低了航天器各分***因为考虑应急设计带来的耦合程度和复杂程度；本发明提供的航天器应急响应装置实现了独立供电、航天器状态监视和数据记录功能，和航天器平台能源、测控、星务、姿轨控等分***无耦合关系，在上述分***在轨出现应急情况时可独立完成星地通信、低精度姿态测量等功能，并可提供航天器状态监视数据和航天器历史状态数据供地面排除故障使用；本发明体积、质量开销小(小于10kg)，功能独立受控。

Description

一种航天器***级应急响应装置
技术领域
本发明涉及一种航天器应急响应装置，尤其涉及一种航天器***级应急响应装置，属于航天技术领域。
背景技术
目前国内外航天任务由于在轨基本不可维护，均设计了各种冗余手段保证任务的成功，即便如此在轨航天器也经常发生各种故障，导致航天器任务失败。航天器应急机制设计是航天器***工程必须考虑的一个关键问题，包括在航天器能源、测控、星务、姿轨控等关键分***在轨出现故障后的应对措施。除采用常规的冗余备份手段外，航天器一般还会采取更复杂的异构降级备份方式应对应急情况，目前的应急响应装置分布在航天器各分***中，应急设计和常规平台设计耦合程度较大，增加了航天器复杂程度，在能源分***等出现严重故障时，往往不能满足航天器应急响应需求。例如姿轨控分***、星务分***都设计了各自的降级方式的应急控制器；具备总线接口的不同星载计算机之间设计了软件重组功能。近年来，一些航天器在轨发生问题后，暴露出航天器应急响应机制设计上存在的缺陷，未充分考虑到一些极端情况，不能满足航天器应急响应需求，如缺少故障前后的遥测数据完成准确的问题定位、缺少严重故障后的航天器离轨手段等。
到2011年底国内外已经发射了70颗以上的纳卫星，纳卫星搭载的微型技术和微型器件与部件已经在寿命和可靠性上展现出潜力。微型技术和微型器件与部件在纳卫星上的大量应用，给所有其他航天器的设计带来了新的机遇。采用微型技术和微型器件与部件，从航天器***顶层协调航天器平台设计和应急机制设计，将应急机制规划到一台航天器应急响应装置中实现，从***层面全面满足航天器应急响应需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种航天器***级应急响应装置，采用***化设计，降低了应急机制和平台设计的耦合程度。
本发明的技术方案是：一种航天器***级应急响应装置，由太阳电池阵、蓄电池、电源管理控制器、应急处理计算机A、应急处理计算机B、数字式太阳敏感器、MEMS陀螺和测控天线组成，电源管理控制器对太阳电池阵或蓄电池组提供的电源进行管理控制，电源管理控制器分别为应急处理计算机A、应急处理计算机B、数字式太阳敏感器和MEMS陀螺提供工作电压，应急处理计算机A和应急处理计算机B组成冗余应急响应***，数字式太阳敏感器和MEMS陀螺构成姿态测量***实时对航天器进行姿态测量，应急处理计算机A和应急处理计算机B对姿态测量***实时测量的姿态数据进行处理、存储，同时应急处理计算机A和应急处理计算机B通过总线实时对航天器状态进行监视，在应急情况下，测控天线接收地面控制指令，并将地面控制指令转发至冗余应急响应***，冗余应急响应***一方面根据地面控制指令将处理的航天器姿态数据和监视的航天器状态信息通过测控天线发送到地面站，另一方面通过总线接口将地面控制指令发送至航天器的各个分***，将航天器各个分***对地面控制指令的响应数据通过测控天线发送到地面站。
本发明与现有技术相比有益效果为：
（1）本发明采用微型技术和微型器件与部件，从航天器***顶层协调航天器平台设计和应急机制设计，将主要的应急响应功能在一个应急响应装置中实现，平台设计仅考虑常规的冗余手段，从而降低了航天器各分***因为考虑应急设计带来的耦合程度和复杂程度。
（2）本发明提供的航天器应急响应装置实现了独立供电、航天器状态监视和数据记录功能，和航天器平台能源、测控、星务、姿轨控等分***无耦合关系，在上述分***在轨出现应急情况时可独立完成星地通信、低精度姿态测量等功能，并可提供航天器状态监视数据和航天器历史状态数据供地面排除故障使用。
（3）本发明采用微型技术和微型器件与部件技术，航天器应急响应装置体积、质量开销小(小于10kg)，功能独立受控。
附图说明
图1为本发明的组成原理框图；
图2为本发明的应急响应处理流程图。
具体实施方式
本发明的设计原理如下：首先根据航天器故障模型划分航天器冗余设计的目标和航天器应急设计的目标，其次根据航天器冗余设计的目标和航天器应急设计的目标进行平台、航天器应急响应装置功能分配和接口设计。航天器应急响应装置是航天器***应急方案的具体实现，在分***层次不再考虑应急模式设计。航天器应急响应装置与航天器的接口一般仅有机械接口、星载总线接口和共地接口，尽可能的降低二者之间耦合程度，简化各自的设计，最优完成航天器任务和应急处理任务。
本发明采用微型技术和微型器件与部件技术，所设计的航天器应急响应装置如图1所示，由太阳电池阵、蓄电池、电源管理控制器、应急处理计算机A、应急处理计算机B、数字式太阳敏感器、MEMS陀螺和测控天线组成，电源管理控制器对太阳电池阵或蓄电池组提供的电源进行管理控制，电源管理控制器分别为应急处理计算机A、应急处理计算机B、数字式太阳敏感器和MEMS陀螺提供工作电压，应急处理计算机A和应急处理计算机B组成冗余应急响应***，数字式太阳敏感器和MEMS陀螺构成姿态测量***实时对航天器进行姿态测量，应急处理计算机A和应急处理计算机B对姿态测量***实时测量的姿态数据进行处理、存储，同时应急处理计算机A和应急处理计算机B通过总线实时对航天器状态进行监视，在应急情况下，测控天线接收地面控制指令，并将地面控制指令转发至冗余应急响应***，冗余应急响应***一方面根据地面控制指令将处理的航天器姿态数据和监视的航天器状态信息通过测控天线发送到地面站，另一方面通过总线接口将地面控制指令发送至航天器的各个分***，将航天器各个分***对地面控制指令的响应数据通过测控天线发送到地面站。
数字式太阳敏感器和MEMS陀螺构成姿态测量***主要实现实时对航天器的姿态进行低精度测量，测控天线可以实现航天器与地面进行应急星地通信，在应急情况下，可以接收地面指令控制，由地面实时监视航天器的姿态数据、存储的航天器历史姿态数据。航天器应急响应装置内嵌在航天器中，在航天器表面贴太阳电池阵、安装测控天线以及微型数字式太阳敏感器。采用微型技术和微型器件与部件技术，质量小于10kg。航天器应急响应装置和航天器内部总线有接口，可实时完成航天器状态监视和数据记录。
航天器应急响应装置根据应急响应需求可适当扩展其功能，如数据在线分析能力，具备自主故障诊断功能，实时记录异常信息；扩充一次性短时姿态控制功能，在应急情况下确保航天器能源安全；扩充在轨分离功能，可在轨与航天器分离，携带微型相机对航天器本体拍照。
例如，利用本发明的应急响应装置进行一种应急处理的流程如图2所示：
（1）冗余应急响应***判断是否收到地面发送的“遥测射频发射开”指令，如果收到指令，转入步骤（2）；否则转入步骤（3）；
（2）向地面开始发送遥测数据，转入步骤（9）；
（3）冗余应急响应***判断是否收到地面发送的“记录数据遥测在线”指令，如果收到指令，转入步骤（4）；否则转入步骤（5）；
（4）向地面发送指定时间开始的姿态数据和状态信息，转入步骤（9）；
（5）冗余应急响应***判断是否收到地面发送的总线转发指令，如果收到指令，转入步骤（6）；否则转入步骤（7）；
（6）航天器应急响应装置接收后将该指令转发到航天器总线上，转入步骤（9）；
（7）冗余应急响应***判断是否收到地面发送的“遥测射频发射关”指令，如果收到指令，转入步骤（8）；否则转入步骤（9）；
（8）停止向地面发送数据，转入步骤（9）；
（9）退出本次指令处理进程。
尽管为说明目的公开了本发明的最佳实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种航天器***级应急响应装置，其特征在于：由太阳电池阵、蓄电池、电源管理控制器、应急处理计算机A、应急处理计算机B、数字式太阳敏感器、MEMS陀螺和测控天线组成，电源管理控制器对太阳电池阵或蓄电池组提供的电源进行管理控制，电源管理控制器分别为应急处理计算机A、应急处理计算机B、数字式太阳敏感器和MEMS陀螺提供工作电压，应急处理计算机A和应急处理计算机B组成冗余应急响应***，数字式太阳敏感器和MEMS陀螺构成姿态测量***实时对航天器进行姿态测量，应急处理计算机A和应急处理计算机B对姿态测量***实时测量的姿态数据进行处理、存储，同时应急处理计算机A和应急处理计算机B通过总线实时对航天器状态进行监视，在应急情况下，测控天线接收地面控制指令，并将地面控制指令转发至冗余应急响应***，冗余应急响应***一方面根据地面控制指令将处理的航天器姿态数据和监视的航天器状态信息通过测控天线发送到地面站，另一方面通过总线接口将地面控制指令发送至航天器的各个分***，将航天器各个分***对地面控制指令的响应数据通过测控天线发送到地面站。
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