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用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法及系统

阅读:979发布:2020-05-08

专利汇可以提供用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法及系统,包括:推进管理单元实时采集的推进系统工作参数,并根据设定的压 力 或 温度 阈值 对推进系统故障模式进行判断与识别;通过识别的故障模式,完成相应的故障模式自主管理的功能;推进系统故障模式包括进轨控管路超压、姿控管路超压、减压 阀 超压、推进系统欠压和推力器 泄漏 的故障模式的判断与识别;自主管理的功能包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理。本发明解决了五类主要的推进系统故障模式及长距离深空探测指令时延大的问题,为长距离行星探测器推进系统高可靠工作提供了保障。,下面是用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法及系统专利的具体信息内容。

1.一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,其特征在于,包括:
识别步骤:推进管理单元实时采集推进系统工作参数,并根据推进管理单元设定的压温度阈值对推进系统故障模式进行判断与识别;
自主管理步骤:通过识别的推进系统故障模式,推进系统完成相应的故障模式自主管理;
所述推进系统工作参数包括推进轨控管路压力、姿控管路压力、减压下游压力、贮箱下游压力、姿控推力器头部温度;
所述推进系统故障模式包括进轨控管路超压、姿控管路超压、减压阀超压、推进系统欠压和推力器泄漏的故障模式的判断与识别;
所述自主管理包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理;根据自主管理,包括进行推进系统管路气路、液路阀开关控制和/或姿控推力器重组。
2.根据权利要求1所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,其特征在于,所述推进轨控管路超压的判断与识别包括:化剂轨控管路压力传感器燃料轨控管路压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
所述姿控管路超压的判断与识别包括:主、备份推力器氧化剂管路的压力传感器和燃料管路的压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
所述减压阀超压的判断与识别包括:减压阀下游压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
所述推进系统欠压的判断与识别包括:贮箱下游压力传感器读数中任意设定值数量的读数连续预设值取样周期内均小于设定阈值;
所述推力器泄漏的判断与识别包括:姿控推力器头部温度感器读数连续预设值取样周期内均低于设定阈值。
3.根据权利要求1所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,其特征在于,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理包括:开启氧化剂和燃料路上游的液路阀门,促使高温高压的推进剂向推进剂贮箱流动,进而降低推进管路的压力和温度,达到预设的时间后,关闭氧化剂和燃料路液路阀门;
所述减压阀超压自主管理包括:关闭减压阀上游的高压气路管理阀门,切断高压气源,并且通过打开减压阀下游的气路管理阀门,促使气体向贮箱流动,进而降低平衡减压阀下游的压力,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门;
所述推进系统欠压自主管理包括:打开高压气路管理阀门和低压气路管理阀门,对贮箱进行增压,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
4.根据权利要求1所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,其特征在于,所述推力器泄漏自主管理包括:在轨实时分组管理,当主份推力器机组出现泄漏,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自阀,仅采用备份推力器工作;
当备份推力器机组出现泄漏,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路和燃料自锁阀,仅采用备份推力器工作;
当主份、备份推力器中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作。
5.根据权利要求1所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,其特征在于,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理具备自主故障退出模式;各自主管理方法为通过反复判断压力传感器数据,当执行了自主管理后,压力无法恢复正常,则再次执行该自主管理,当压力仍无法恢复正常,则自主退出自主管理。
6.一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,其特征在于,包括:
识别模:推进管理单元实时采集推进系统工作参数,并根据推进管理单元设定的压力或温度阈值对推进系统故障模式进行判断与识别;
自主管理模块:通过识别的推进系统故障模式,推进系统完成相应的故障模式自主管理;
所述推进系统工作参数包括推进轨控管路压力、姿控管路压力、减压阀下游压力、贮箱下游压力、姿控推力器头部温度;
所述推进系统故障模式包括推进轨控管路超压、姿控管路超压、减压阀超压、推进系统欠压和推力器泄漏的故障模式的判断与识别;
所述自主管理包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理;根据自主管理,包括进行推进系统管路气路、液路阀门的开关控制和/或姿控推力器重组。
7.根据权利要求6所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,其特征在于,所述进轨控管路超压的判断与识别包括:氧化剂轨控管路压力传感器和燃料轨控管路压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
所述姿控管路超压的判断与识别包括:主、备份推力器氧化剂管路的压力传感器和燃料管路的压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
所述减压阀超压的判断与识别包括:减压阀下游压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
所述推进系统欠压的判断与识别包括:贮箱下游压力传感器读数中任意设定值数量的读数连续预设值取样周期内均小于设定阈值;
所述推力器泄漏的判断与识别包括:姿控推力器头部温度感器读数连续预设值取样周期内均低于设定阈值。
8.根据权利要求6所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,其特征在于,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理包括:开启氧化剂和燃料路上游的液路阀门,促使高温高压的推进剂向推进剂贮箱流动,进而降低推进管路的压力和温度,达到预设的时间后,关闭氧化剂和燃料路液路阀门;
所述减压阀超压自主管理包括:关闭减压阀上游的高压气路管理阀门,切断高压气源,并且通过打开减压阀下游的气路管理阀门,促使气体向贮箱流动,进而降低平衡减压阀下游的压力,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门;
所述推进系统欠压自主管理包括:打开高压气路管理阀门和低压气路管理阀门,对贮箱进行增压,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
9.根据权利要求6所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,其特征在于,所述推力器泄漏自主管理包括:在轨实时分组管理,当主份推力器机组出现泄漏,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作;
当备份推力器机组出现泄漏,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路和燃料自锁阀,仅采用备份推力器工作;
当主份、备份推力器中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作。
10.根据权利要求6所述的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,其特征在于,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理具备自主故障退出模式;各自主管理方法为通过反复判断压力传感器数据,当执行了自主管理后,压力无法恢复正常,则再次执行该自主管理,当压力仍无法恢复正常,则自主退出自主管理。

说明书全文

用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在轨自主管理的方法,具体地,涉及一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理方法及系统,更为具体地,涉及一种用于长距离行星探测器推进系统的在轨自主管理方法。

背景技术

[0002] 深空探测事业是国际航天强国的必争之地,长距离的行星探测又是未来深空探测任务重要的发展方向之一,近年来,美国、俄罗斯、欧洲、日本纷纷开展了火星、金星、星、木星、彗星小行星等探测任务。相比于传统的月球探测任务,长距离行星探测任务具有两大特殊之处,其一为在轨飞行时间久(国外火星探测飞行时间均为6个月~1年以上,罗塞塔行星探测器在轨飞行甚至超过10年),对于探测器推进系统长期飞行的工作可靠性提出了更高要求,尤其是针对推进系统长期工作的气路、液路、发动机管路的压管理及推力器泄漏等故障模式的在轨处理措施;其二为探测器距离地球距离远造成指令时延大,给器地交互带来了巨大难度,以上故障模式可能无法通过地面指令干预而无法及时识别与处理,造成探测器任务的失败。国内外月球探测器及地球轨道卫星推进系统的在轨故障管理均采用地面判读遥测参数(如压力、温度等),经过人工分析与识别,后再上注指令进行故障处置,存在时间周期长的问题,无法满足长距离行星探测的需求,因此针对推进分系统在轨主要故障模式,必须针对性设计新型的在轨自主管理方法。
[0003] 推进系统涉及的自主管理的故障主要有:(1)轨控管路超压、(2)姿控管路超压、(3)减压超压、(4)推进系统欠压、(5)推力器泄漏等。轨控管路和姿控管路超压主要是因为轨姿控发动机完成变轨工作后,上游自阀关闭,使得自锁阀下游至发动机入口成为一段密闭管路,随着发动机关机后的热返浸及飞行过程中太阳朝向的温度变化,会导致密闭管路内推进剂压力上升,对推进分系统造成潜在的危险。减压阀超压故障主要指减压阀静压爬升,即在高压气路30MPa及以上的压力下,减压阀锁闭能力限制,可能出现无法满足长时间飞行过程中始终保持合理压力范围内(一般为1.8~1.9MPa左右),推进系统欠压故障主要是针对在落压工作过程,上游高压气路模的自锁阀关闭,气路切断,仅仅凭借贮箱的气垫压力完成工作,如发动机消耗推进剂过多,会导致减压阀下游压力出现下降,以上超压和欠压问题均会导致推进系统工作超出正常的工况外,对任务造成不利影响。推力器泄漏主要是推力器头部电磁阀出现泄漏,因此会导致推进剂管路内的推进剂不断通过泄漏的推力器流出,直观的表现即在真空环境下,由于节流作用,发动机头部的温度会出现明显下降(一般会降至-10℃),推力器泄漏将会影响推进系统姿轨控任务的顺利执行。针对以上故障模式,在长距离深空探测器上开发并应用一种新型的在轨自主管理方法显得十分必要。
[0004] 专利文献CN110071541A(申请号:201910268264.8)公开了一种深空探测器锂离子电池组全自主在轨管理方法,在锂离子蓄电池组全寿命工作周期中,包含正常模式下电池工作和存储模式以及在一节单体失效情况下的电池工作和存储模式。锂离子蓄电池组在轨存储阶段需要首先判断蓄电池组是否发生异常,如果电池正常则判断蓄电池组电压是否低于阈值,如果低于电压阈值则对电池进行充电,否则维持原状态。锂离子蓄电池组在充电管理阶段首先判断蓄电池组是否发生异常,如果电池正常则判断蓄电池组是否满足充电条件,如果满足充电条件则对电池进行充电,否则判断是否满足充电结束条件,如果满足对电池进行发送断充电指令结束充电,如果都不满则维持原状态。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种用于长距离行星探测器推进系统的在轨自主管理方法。
[0006] 根据本发明提供的一种用于长距离行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,包括:
[0007] 识别步骤:推进管理单元实时采集推进系统工作参数,并根据推进管理单元设定的压力或温度阈值对推进系统故障模式进行判断与识别;
[0008] 自主管理步骤:通过识别的推进系统故障模式,推进系统完成相应的故障模式自主管理的功能;
[0009] 所述推进系统工作参数包括推进轨控管路压力、姿控管路压力、减压阀下游压力、贮箱下游压力、姿控推力器头部温度;
[0010] 所述推进系统故障模式包括进轨控管路超压、姿控管路超压、减压阀超压、推进系统欠压和推力器泄漏的故障模式的判断与识别;
[0011] 所述自主管理的功能包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理;根据自主管理,包括进行推进系统管路气路、液路阀开关控制和/或姿控推力器重组。
[0012] 优选地,所述推进轨控管路超压的判断与识别包括:化剂轨控管路压力传感器燃料轨控管路压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值。
[0013] 所述姿控管路超压的判断与识别包括:主、备份推力器氧化剂管路的压力传感器和燃料管路的压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值。
[0014] 所述减压阀超压的判断与识别包括:减压阀下游压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值。
[0015] 所述推进系统欠压的判断与识别包括:连续预设值取样周期内均小于设定阈值。
[0016] 所述推力器泄漏的判断与识别包括:姿控推力器头部温度感器读数连续预设值取样周期内均低于设定阈值。
[0017] 优选地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理包括:开启氧化剂和燃料路上游的液路阀门,促使高温高压的推进剂向推进剂贮箱流动,进而降低推进管路的压力和温度,达到预设的时间后,关闭氧化剂和燃料路液路阀门。
[0018] 所述减压阀超压自主管理包括:关闭减压阀上游的高压气路管理阀门,切断高压气源,并且通过打开减压阀下游的气路管理阀门,促使气体向贮箱流动,进而降低平衡减压阀下游的压力,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0019] 所述推进系统欠压自主管理包括:打开高压气路管理阀门和低压气路管理阀门,对贮箱进行增压,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0020] 优选地,所述推力器泄漏自主管理包括:在轨实时分组管理,当主份推力器机组出现泄漏,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0021] 当备份推力器机组出现泄漏,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路和燃料自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0022] 当主份、备份推力器中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作。
[0023] 优选地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理具备自主故障退出模式;各自主管理方法为通过反复判断压力传感器数据,当执行了自主管理功能后,压力无法恢复正常,则再次执行该自主管理功能,当压力仍无法恢复正常,则自主退出自主管理功能。
[0024] 根据本发明提供的一种用于行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,包括:
[0025] 识别模块:推进管理单元实时采集推进系统工作参数,并根据推进管理单元设定的压力或温度阈值对推进系统故障模式进行判断与识别;
[0026] 自主管理模块:通过识别的推进系统故障模式,推进系统完成相应的故障模式自主管理的功能;
[0027] 所述推进系统工作参数包括推进轨控管路压力、姿控管路压力、减压阀下游压力、贮箱下游压力、姿控推力器头部温度;
[0028] 所述推进系统故障模式包括进轨控管路超压、姿控管路超压、减压阀超压、推进系统欠压和推力器泄漏的故障模式的判断与识别;
[0029] 所述自主管理的功能包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理;根据自主管理,包括进行推进系统管路气路、液路阀门的开关控制和/或姿控推力器重组。
[0030] 优选地,所述推进轨控管路超压的判断与识别包括:氧化剂轨控管路压力传感器和燃料轨控管路压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值。
[0031] 所述姿控管路超压的判断与识别包括:主、备份推力器氧化剂管路的压力传感器和燃料管路的压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值;
[0032] 所述减压阀超压的判断与识别包括:减压阀下游压力传感器读数连续预设值取样周期内均大于设定阈值。
[0033] 所述推进系统欠压的判断与识别包括:贮箱下游压力传感器读数中任意设定值数量的读数连续预设值取样周期内均小于设定阈值。
[0034] 所述推力器泄漏的判断与识别包括:姿控推力器头部温度感器读数连续预设值取样周期内均低于设定阈值。
[0035] 优选地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理包括:开启氧化剂和燃料路上游的液路阀门,促使高温高压的推进剂向推进剂贮箱流动,进而降低推进管路的压力和温度,达到预设的时间后,关闭氧化剂和燃料路液路阀门。
[0036] 所述减压阀超压自主管理包括:关闭减压阀上游的高压气路管理阀门,切断高压气源,并且通过打开减压阀下游的气路管理阀门,促使气体向贮箱流动,进而降低平衡减压阀下游的压力,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0037] 所述推进系统欠压自主管理包括:打开高压气路管理阀门和低压气路管理阀门,对贮箱进行增压,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0038] 优选地,所述推力器泄漏自主管理包括:在轨实时分组管理,当主份推力器机组出现泄漏,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0039] 当备份推力器机组出现泄漏,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路和燃料自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0040] 当主份、备份推力器中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作。
[0041] 优选地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理具备自主故障退出模式;各自主管理方法为通过反复判断压力传感器数据,当执行了自主管理功能后,压力无法恢复正常,则再次执行该自主管理功能,当压力仍无法恢复正常,则自主退出自主管理功能。
[0042] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
[0043] 1、通过器上自主的故障识别与判断,对推进系统五类主要的在轨故障模式进行即时的处理,解决了长时延带来的器间交互困难的问题;
[0044] 2、自主管理程序本身又具备故障退出机制,为推进系统高可靠工作提供安全保证;
[0045] 3、压力与温度判断依据可以根据经验进行修正,保证了自主管理控制方案的灵活性。附图说明
[0046] 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:
[0047] 图1为长距离行星探测推进系统的系统原理图。
[0048] 其中,1-气瓶、2-减压阀、3-氧化剂贮箱、4-燃料贮箱、5-轨控发动机、6-主份姿控推力器机组、7-主份姿控推力器机组。

具体实施方式

[0049] 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。
[0050] 本发明的技术解决问题是:克服现有推进系统管理技术难以适应长时延问题,提供一种推进系统在轨自主管理的方法,该方法主要包括轨控管路自主泄压、姿控管路自主泄压、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理、推力器泄漏自主管理五项管理措施,实现推进系统主要的在轨故障模式的星上即时处置,并具备故障及时退出的安全模式,保证长距离行星探测器的可靠安全。
[0051] 本发明的技术解决方案是:通过推进管理单元采集压力和温度参数,在轨自主识别与判断故障模式,并自主发送处置指令。
[0052] 根据本发明提供的一种用于长距离行星探测器推进系统的在轨自主管理方法,包括:
[0053] 识别步骤:推进管理单元实时采集推进系统工作参数,并根据推进管理单元设定的压力或温度阈值对推进系统故障模式进行判断与识别;
[0054] 自主管理步骤:通过识别的推进系统故障模式,推进系统完成相应的故障模式自主管理的功能;
[0055] 所述推进管理单元就是GNC、数据管理系统;
[0056] 所述推进系统工作参数包括推进轨控管路压力、姿控管路压力、减压阀下游压力、贮箱下游压力、姿控推力器头部温度;
[0057] 所述推进系统故障模式包括推进轨控管路超压、姿控管路超压、减压阀超压、推进系统欠压和推力器泄漏的故障模式的判断与识别;
[0058] 所述自主管理的功能包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理;根据程序设定的故障管理方案,进行推进系统管路气路、液路阀门的开关控制、姿控推力器重组,已达到推进系统高可靠工作要求。
[0059] 具体地,所述进轨控管路超压的判断与识别包括:氧化剂轨控管路压力传感器和燃料轨控管路压力传感器读数连续三个取样周期内均大于设定阈值。
[0060] 所述姿控管路超压的判断与识别包括:主、备份推力器氧化剂管路的压力传感器和燃料管路的压力传感器读数连续三个取样周期内均大于设定阈值。
[0061] 所述减压阀超压的判断与识别包括:减压阀下游压力传感器读数连续三个取样周期内均大于设定阈值。
[0062] 所述推进系统欠压的判断与识别包括:贮箱下游压力传感器读数(任意3个或4个)连续三个取样周期内均小于设定阈值。
[0063] 所述推力器泄漏的判断与识别包括:姿控推力器头部温度感器读数连续三个取样周期内均低于设定阈值。
[0064] 具体地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理包括:开启氧化剂和燃料路上游的液路阀门,促使高温高压的推进剂向推进剂贮箱流动,进而降低推进管路的压力和温度,达到预设的时间后,关闭氧化剂和燃料路液路阀门。
[0065] 所述减压阀超压自主管理包括:关闭减压阀上游的高压气路管理阀门,切断高压气源,并且通过打开减压阀下游的气路管理阀门,促使气体向贮箱流动,进而降低平衡减压阀下游的压力,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0066] 所述推进系统欠压自主管理包括:打开高压气路管理阀门和低压气路管理阀门,对贮箱进行增压,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0067] 具体地,所述推力器泄漏自主管理包括:在轨实时分组管理,当主份推力器机组出现泄漏,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0068] 当备份推力器机组出现泄漏,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路和燃料自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0069] 当主份、备份推力器中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作。
[0070] 具体地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理具备自主故障退出模式;各自主管理方法为通过反复判断压力传感器数据,当执行了自主管理功能后,压力无法恢复正常,则再次执行该自主管理功能,当压力仍无法恢复正常,则自主退出自主管理功能。
[0071] 根据本发明提供的一种用于长距离行星探测器推进系统的在轨自主管理系统,包括:
[0072] 识别模块:推进管理单元实时采集推进系统工作参数,并根据推进管理单元设定的压力或温度阈值对推进系统故障模式进行判断与识别;
[0073] 自主管理模块:通过识别的推进系统故障模式,推进系统完成相应的故障模式自主管理的功能;
[0074] 所述推进管理单元就是GNC、数据管理系统;
[0075] 所述推进系统工作参数包括推进轨控管路压力、姿控管路压力、减压阀下游压力、贮箱下游压力、姿控推力器头部温度;
[0076] 所述推进系统故障模式包括推进轨控管路超压、姿控管路超压、减压阀超压、推进系统欠压和推力器泄漏的故障模式的判断与识别;
[0077] 所述自主管理的功能包括轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理和推力器泄漏自主管理;根据程序设定的故障管理方案,进行推进系统管路气路、液路阀门的开关控制、姿控推力器重组,已达到推进系统高可靠工作要求。
[0078] 具体地,所述进轨控管路超压的判断与识别包括:氧化剂轨控管路压力传感器和燃料轨控管路压力传感器读数连续三个取样周期内均大于设定阈值。
[0079] 所述姿控管路超压的判断与识别包括:主、备份推力器氧化剂管路的压力传感器和燃料管路的压力传感器读数连续三个取样周期内均大于设定阈值。
[0080] 所述减压阀超压的判断与识别包括:减压阀下游压力传感器读数连续三个取样周期内均大于设定阈值。
[0081] 所述推进系统欠压的判断与识别包括:贮箱下游压力传感器读数(任意3个或4个)连续三个取样周期内均小于设定阈值。
[0082] 所述推力器泄漏的判断与识别包括:姿控推力器头部温度感器读数连续三个取样周期内均低于设定阈值。
[0083] 具体地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理包括:开启氧化剂和燃料路上游的液路阀门,促使高温高压的推进剂向推进剂贮箱流动,进而降低推进管路的压力和温度,达到预设的时间后,关闭氧化剂和燃料路液路阀门。
[0084] 所述减压阀超压自主管理包括:关闭减压阀上游的高压气路管理阀门,切断高压气源,并且通过打开减压阀下游的气路管理阀门,促使气体向贮箱流动,进而降低平衡减压阀下游的压力,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0085] 所述推进系统欠压自主管理包括:打开高压气路管理阀门和低压气路管理阀门,对贮箱进行增压,达到预设的时间后,关闭高压气路管理阀门和低压气路管理阀门。
[0086] 具体地,所述推力器泄漏自主管理包括:在轨实时分组管理,当主份推力器机组出现泄漏,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0087] 当备份推力器机组出现泄漏,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路和燃料自锁阀,仅采用备份推力器工作;
[0088] 当主份、备份推力器中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂和燃料管路自锁阀,仅采用备份推力器工作。
[0089] 具体地,所述轨控管路泄压自主管理、姿控管路泄压自主管理、减压阀超压自主管理、推进系统欠压自主管理具备自主故障退出模式;各自主管理方法为通过反复判断压力传感器数据,当执行了自主管理功能后,压力无法恢复正常,则再次执行该自主管理功能,当压力仍无法恢复正常,则自主退出自主管理功能。
[0090] 以下优选例对本发明作进一步详细说明:
[0091] (1)所述的轨控管路自主泄压的步骤:推进管理单元采集推进系统氧化剂和燃料轨控管路的压力传感器数据,并根据推进系统能够可靠工作的轨控管路压力上限进行超压判断,当超出推进系统轨控管路压力上限值后,发送氧化剂轨控管路和燃料轨控管路自锁阀开指令,进行自主泄压。该轨控管路自主泄压程序同时也具备故障退出功能,即该功能如在轨出现故障,可自主判断并退出。
[0092] (2)所述的姿控管路自主泄压的步骤:推进管理单元采集推进系统氧化剂和燃料姿控管路的压力传感器数据,并根据推进系统能够可靠工作的姿控管路压力上限进行超压判断,当超出推进系统姿控管路压力上限值后,发送氧化剂姿控管路和燃料姿控管路自锁阀开指令,进行自主泄压。该姿控管路自主泄压程序同时也具备故障退出功能,即该功能如在轨出现故障,可自主判断并退出。
[0093] (3)所述的减压阀超压自主管理的步骤:推进管理单元采集推进系统减压阀下游的压力传感器数据,并根据推进系统能够可靠工作的减压阀静压爬升上限进行超压判断,当超出推进系统减压阀下游压力上限值后,发送减压阀下游气路自锁阀开指令,进行自主泄压。该减压阀超压自主管理程序同时也具备故障退出功能,即该功能如在轨出现故障,可自主判断并退出。
[0094] (4)所述的推进系统欠压自主管理的步骤:推进管理单元采集推进系统贮箱下游的压力传感器数据,并根据推进系统能够可靠工作的系统压力下限进行欠压判断,当低于推进系统可靠工作的压力下限值后,发送贮箱上游气路自锁阀开指令,进行系统补压。该推进系统欠压自主管理程序同时也具备故障退出功能,即该功能如在轨出现故障,可自主判断并退出。
[0095] (5)所述的推力器泄漏自主管理的步骤:推进管理单元采集推进系统姿控推力器头部的温度传感器的数据,并根据推进系统姿控推力器发生泄漏后的头部温度下限进行推力器泄漏故障的判断,当温度低于推力器温度下限值后,关闭故障推力器以及该组推力器上游液路自锁阀,并切换至备份姿控推力器机组进行后续任务。该推力器泄漏自主管理程序同时也具备故障退出功能,即该功能如在轨出现故障,可自主判断并退出。
[0096] 如图1所示,本发明所涉及的长距离深空探测器推进系统由气瓶1、减压阀2、氧化剂贮箱3、燃料贮箱4、轨控发动机5、主份姿控推力器机组6、主份姿控推力器机组7、高压气路模块自锁阀LV1、低压气路模块氧化剂路自锁阀LV3、低压气路模块燃料路自锁阀LV4、主份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV5、主份姿控推力器燃料管路自锁阀LV6、氧化剂轨控管路自锁阀LV7、燃料轨控管路自锁阀LV8、备份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV9、备份姿控推力器燃料管路自锁阀LV10、高压压力传感器P1、减压阀下游压力传感器P2、1#氧化剂贮箱下游压力传感器P3、2#氧化剂贮箱下游压力传感器P5、1#氧化剂贮箱下游压力传感器P4、2#氧化剂贮箱下游压力传感器P6、氧化剂轨控管路压力传感器P7、燃料轨控管路压力传感器P8、主份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P9、主份姿控推力器燃料管路压力传感器P10、备份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P11、备份姿控推力器燃料管路压力传感器P12、主份推力器机组头部温度传感器TA1~TAn、备份推力器机组头部温度传感器TB1~TBn等组成。推进系统压力和温度参数合理的范围应当为:减压阀下游压力为1.8~1.9MPa,轨控、姿控管路压力为1.5~1.8MPa,推进系统贮箱压力为1.8MPa,姿控推力器工作温度为大于0℃。
[0097] 轨控管路泄压自主管理实施例1
[0098] (1)推进管理单元实时采集推进系统氧化剂轨控管路压力传感器P7或燃料轨控管路压力传感器P8读数,并根据自主管理程序进行故障识别与判断;
[0099] (2)当氧化剂轨控管路压力传感器P7第一次超过设定的阈值2.8MPa(连续三个取样周期均超过设定的阈值,该值经过卫星、嫦娥等型号的在轨试验数据验证,也可以根据在轨实际情况进行上注修改,下文中的阈值也同理),则打开氧化剂轨控管路阀门LV7,5s后关闭阀门LV7;当燃料轨控管路压力传感器P8第一次超过设定的阈值2.8MPa(连续三个取样周期均超过设定的阈值,可以根据在轨情况进行上注修改),则打开燃料路轨控管路阀门LV8,5s后关闭阀门LV8;
[0100] (3)通过星上自主判断:如实施了步骤(2)后P7和P8仍然超过设置的压力阈值,则再次执行步骤(2);
[0101] (4)通过星上自主判断:如实施了步骤(3)后P7和P8仍然超过设置的压力阈值,则判断轨控管路压力传感器P7和P8失效,星上自行退出轨控管路泄压自主泄压功能。
[0102] 姿控管路泄压自主管理实施例2
[0103] (1)当工作的为主份机组,推进管理单元实时采集推进系统主份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P9和主份姿控推力器燃料管路压力传感器P10读数,并根据自主管理程序进行故障识别与判断;
[0104] (2)当主份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P9第一次超过设定的阈值2.8MPa(连续三个取样周期均超过设定的阈值),则打开主份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV5,
10s后关闭阀门LV5;当主份姿控推力器燃料管路压力传感器P10第一次超过设定的阈值
2.8MPa(连续三个取样周期均超过设定的阈值),则打开主份姿控推力器燃料管路自锁阀LV6,10s后关闭阀门LV6;
[0105] (3)通过星上自主判断:如实施了步骤(2)后P9和P10仍然超过设置的压力阈值,则再次执行步骤(2)。
[0106] (4)通过星上自主判断:如实施了步骤(3)后P9和P10仍然超过设置的压力阈值,则判断主份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P9和P10失效,星上自行退出姿控管路泄压自主管理功能。
[0107] (5)当工作的为备份机组,推进管理单元实时采集推进系统备份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P11和备份姿控推力器燃料管路压力传感器P12读数,并根据自主管理程序进行故障识别与判断;
[0108] (6)当备份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P11第一次超过设定的阈值2.8MPa(连续三个取样周期均超过设定的阈值),则打开备份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV9,10s后关闭阀门LV9;当备份姿控推力器燃料管路压力传感器P12第一次超过设定的阈值
2.8MPa(连续三个取样周期均超过设定的阈值),则打开备份姿控推力器燃料管路自锁阀LV10,10s后关闭阀门LV10;
[0109] (7)通过星上自主判断:如实施了步骤(6)后P11和P12仍然超过设置的压力阈值,则再次执行步骤(6)。
[0110] (8)通过星上自主判断:如实施了步骤(7)后P11和P12仍然超过设置的压力阈值,则判断备份姿控推力器氧化剂管路压力传感器P11和P12失效,星上自行退出姿控管路泄压自主管理功能。
[0111] 减压阀超压自主管理实施例3
[0112] (1)推进管理单元实时采集推进系统减压阀下游压力传感器P2读数,并根据自主管理程序进行故障识别与判断;
[0113] (2)当减压阀下游出口压力传感器P2读数大于2.2MPa(连续三个取样周期),则关闭高压气路模块的高压自锁阀LV1,切断上游高压气体供应,同时打开低压气路模块氧化剂路自锁阀LV3和燃料路自锁阀LV4,200s后再关闭气路小流量自锁阀LV3和LV4,完成低压气路压力平衡。
[0114] (3)通过星上自主判断:如实施了步骤(2)后P2仍然超过设置的压力阈值,则再次执行步骤(2)。
[0115] (4)通过星上自主判断:如实施了步骤(3)后P2仍然超过设置的压力阈值,则判断减压阀下游压力传感器P2失效,星上自行退出减压阀超压自主管理功能。
[0116] 推进系统欠压自主管理实施例4
[0117] (1)推进管理单元实时采集氧化剂贮箱和燃料贮箱游压力传感器P3、PZ4、PZ5、PZ6读数,并根据自主管理程序进行故障识别与判断;
[0118] (2)当贮箱下游出口压力传感器P3~P6中(任意3个或4个)的读数低于1.7MPa(连续三个取样周期),打开高压自锁阀LV1和自锁阀LV3、LV4进行贮箱增压,200s后再关闭高压自锁阀LV1和自锁阀LV3、LV4。
[0119] (3)通过星上自主判断:如实施了步骤(2)后P3~P6中(任意3个或4个)仍然低于设置的压力阈值,则再次执行步骤(2)。
[0120] (4)通过星上自主判断:如实施了步骤(3)后P3~P6中(任意3个或4个)仍然低于设置的压力阈值,则判断贮箱下游压力传感器P3~P6中至少有3个失效,星上自行退出推进系统欠压自主管理功能。
[0121] 推力器泄漏自主管理实施例5
[0122] (1)推进管理单元自主对星上实时采集的推进系统主份推力器机组头部温度传感器TA1~TAn、备份推力器机组头部温度传感器TB1~TBn读数进行判读,若TA1~TAn或TA1~TAnTB1~TBn中有一个或者多个数值均低于-10℃(连续三个采样周期内),则判定相应的推力器为出现泄漏,后推进管理单元根据此判断自主进行推力器机组的重组;
[0123] (2)如主份推力器(A1~An)中一台或多台出现故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV5、主份姿控推力器燃料管路自锁阀LV6,仅采用备份推力器(B1~Bn)工作;
[0124] (3)如备份推力器(B1~Bn)中一台或多台出现故障,则自主关闭备份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV9、备份姿控推力器燃料管路自锁阀LV10,仅采用备份推力器(A1~An)工作;
[0125] (4)如主份、备份推力器(A1~An,B1~Bn)中同时出现多台泄漏故障,则自主关闭主份姿控推力器氧化剂管路自锁阀LV5、主份姿控推力器燃料管路自锁阀LV6,仅采用备份推力器(B1~Bn)工作。
[0126] 在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,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,因此不能理解为对本申请的限制。
[0127] 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、装置及其各个模块以外,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、装置及其各个模块以逻辑门、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程序。所以,本发明提供的系统、装置及其各个模块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程序的模块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模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0128] 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。
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