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現貨抗疫情SUN泄壓閥代表型號RPCC-LAN

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航天運輸系統難度大、系統龐大復雜、可靠性高，是高風險的系統工程。本文介紹了快速測試技術在國內外的研究現狀，并對比分析出我國航天運輸系統快速測試主要差距，梳理出航天運輸系統地面測試架構，研究了實現快速測試技術所需的關鍵技術。

關鍵詞：航天器；快速測試；關鍵技術

1國內外研究狀況

1.1美國研究現狀

美國空軍航天司令部（AFSPC）已把“空間快速反應”作為其未來作戰的主要目標之一，目的是在幾小時或幾天內把衛星發射入軌，或快速修復關鍵的空間系統。2003年1月，美國空軍航天司令部啟動了“快速響應空間”計劃ORS，2007年4月，美國國防部提交了關于發展ORS計劃的報告，旨在發展低成本、快速進入地球軌道的空間能力。2005年美國發布新的《美國航天運輸政策》，提出了下一代航天運輸系統要達到的主要目標，其中一項目標是演示驗證作戰響應進入空間和利用空間的初始能力，滿足安全的需要，快速測試發射小型運載火箭（SLV）再次成為美國航天運輸能力轉型發展的重點之一。美國軌道科學公司（OSC）的空間數據公司研制的“金牛座”運載火箭運發射場后只需5天（或更少）的總裝時間，總裝完成后就可給出發射指令，在72小時之內完成火箭發射，整個發射過程只需不到25人就可完成，相比傳統運載火箭大大加快了測試和發射的速度。

1.2俄羅斯研究現狀

俄羅斯在陸基和海基快速進入空間和高峰發射能力方面，具有明顯的優勢。其退役彈道彈大都改制成運載火箭（如第聶伯、隆聲、斯特拉、起跑號、靜海等），直接從地下井或潛艇發射筒中發射，用于民用和商用發射市場。在上個世紀80年代，每年的火箭發射數量曾經達到100次以上，平均每3天發射一次。在代號為“安全2004”的核軍演期間，俄軍事航天隊使用“閃電M”運載火箭將一顆軍事衛星準確發射入軌，再次印證了它的應急發射能力。雖然很少有關于俄羅斯的快速進入空間能力的報道，但俄羅斯是目前世界上一可能擁有各種發射方式發射運載火箭的國家，包括地面固定發射、公路機動、空中發射、潛射、海上平臺發射等，可見俄羅斯在快速機動發射方面的能力并不比美國差。綜上所述，以美國和俄羅斯為代表的國外快速測試與發射技術已通過其快速發射運載火箭得到了有效的驗證和實施，其技術已經相當成熟。

1.3國內研究現狀

我國目前的航天運輸系統經過幾十年的不懈努力，在一次性運載火箭方面擁有了包括CZ-2F、CZ-3A/B/C、CZ-4B/C、CZ-5、CA-7以及CZ-11等多種型號在內的長征運載火箭系列，低軌道運載能力達到25噸，地球同步轉移軌道運載能力達到14噸。隨著現代電子技術的發展，國內在役運載火箭已實現了總裝狀態下的遠距離測發控模式。火箭電氣系統廣泛采用了VXI、PXI的自動化測試技術，采用具有智能控制的VXI、PXI總線，輔以遠距離網絡測發控手段，實現系統前后端的測試和發射任務。利用網絡技術和數據庫技術，初步實現了測試數據信息化處理和自動化判讀的功能，縮短了測試及后續數據判讀的時間，提高了測試效率。運載火箭電氣系統出廠測試一般按地面等效器檢查、單元測試、分系統測試、小匹配測試、大匹配測試和模飛總檢查的次序進行。國內各型號運載火箭根據自身電氣系統特點，其出廠測試項目及流程可能有所差異，但其基本項目和框架大致相同。根據火箭電氣系統的規模和復雜程度的不同，出廠測試一般需進行10~15天左右，發射場測試發射一般在25~35天左右。

1.4主要差距

迄今為止，我國在役運載火箭都是按計劃發射的，射前準備、檢測工作十分復雜，完成一次航天發射任務常常需要數周乃幾個月的時間。國內現役長征系列運載火箭雖然已經實現了初步的自動化測試，以及基于網絡的數據傳輸和共享，然而在測試流程和方法上還比較落后，主要體現在：箭上大部分電氣系統仍采用點對點測試模式，每一項測試參數使用專門線路進行數據傳輸。測試信號的傳輸處理主要依靠各系統的地測通訊鏈路，箭地接口多，不同測試項目中間電連接器斷開、重連轉換多，人工檢查確認耗費大量時間。串行測試項目多，前后有部分重復工作，導致測試效率低下。地面測試設備分散獨立，缺乏統一管理。測試數據主要依靠人工判讀，大部分故障定位及排故工作也基于設計師經驗完成。上述因素不能滿足按需發射，快速完成空間部署等需求。總體上來說，我國運載火箭的測試發射技術距離快速機動發射需求還有非常大的差距。

2航天運輸系統地面測試架構

航天運輸系統地面測試架構采用層次結構模型設計思想，將整個測試系統體系架構進行層次劃分，定義各層之間的功能以及各個層次之間的管理，同時制定各軟件研制所必須遵守的接口和服務設計標準。測試體系可劃分為四層結構，從下上分別是設備管理層、測試支持層、測試應用層和測試信息化應用層。四層架構體系見圖1，各層次的主要功能如下。一層為測試設備層。部署各分系統相關的通用或的測試設備，接收并處理測試支持層發送過來的相關命令與指令，根據指令管理和操作測試設備，同時接收各測試設備采集的測試數據信息與指令執行信息，將這些結果數據與信息返回支持層。所有對設備的底層操作均在這一層完成。第二層為測試支持層。部屬總控網絡交換機以及測試數據庫。總控網絡交換機在整個層次模型中起著承上啟下的作用，連接測試應用層和測試設備管理層。完成各類測試數據的處理轉發服務、各種測試指令和測試設備管理命令的轉發服務，所有測試應用軟件只需要連接總控網絡交換機就可以控制和管理測試設備層的各種測試設備。測試數據庫負責測試數據的存儲功能，同時向應用層提供數據服務。第三層為測試應用層。部署各系統不同種類的測試執行軟件和后端測試工作站。測試軟件可以根據不同的測試狀態靈活選擇測試項目，有面向過程類測試的執行軟件，有面向指標類的執行軟件。這些執行軟件通過調用測試支持層提供的服務，完成各種自動化測試。測試應用層是整個測試系統的人機交互層。第四層為測試信息化應用層。部署各種故障診斷、數據判讀終端以及故障診斷軟件，測試任務管理軟件及測試數據自動判讀軟件等。這一層的設備和軟件不直接參與測試過程，其中故障診斷設備及軟件完成火箭測試階段電氣系統的快速故障診斷和定位，并結合射前監測系統完成射前的系統健康狀態監測。測試任務管理軟件則統一負責運載火箭整個電氣系統的測試任務管理與測試任務安排。測試數據自動判讀設備和軟件則根據自動化判讀依據和專家知識庫完成火箭電氣系統測試數據的自動化判讀。

3實現快速測試的關鍵技術

實現快速測試需要突破基于總線的BIT技術、并行測試技術、冗余設備檢測技術及數據自動判讀和箭上健康管理技術等。

3.1基于總線的BIT技術

基于總線的BIT是主機通過總線與各單機自檢單元（ATU）保持聯系。工作時，主機通過地址總線發出待測可更換單元（LRU）地址碼，接收到地址后，相應LRU、ATU數據上線，其余ATU與數據總線的連線處于高阻狀態。在這種方式中，各ATU中也可設置從機，但與主機的連接不是通過串口，而是通過總線。BIT技術當前在運載火箭電氣系統中實施范圍較小，箭上單機測試一般都是通過各自散態的單元測試完成，并且為完成這些單元測試需要配置大量的單元測試儀器。儀器裝箭后，基本也是通過通道實施激勵完成功能測試。箭上采用總線結構后，隨著基于總線的單機BIT技術的應用，單機可實現在線自檢，在射前快速自動完成對各功能模塊的檢測，并將自檢結果傳送地面，提供顯示及判斷，提高系統檢查測試效率。

3.2并行測試技術

并行測試是通過增加單位時間被測對象的數量來提高系統的吞吐率，同時在每一個被測對象的內部，可并行測試多個被測參數，根據被測對象的測試需求自動調度各個被測對象及其參數的測試，使測試資源始終處于非空閑狀態。測試任務的分解是并行測試的前提與基礎，影響到終并行測試的執行效率、執行時間。任務分解應以關聯性強者歸一、等待間隔長者分解為基本原則，綜合考慮顆粒度和測試切換對任務執行的影響：顆粒度過小、任務頻繁切換導致切換準備時間過長，影響測試效率；顆粒度過大、測試項目內等待導致執行時間延長，并行執行效率下降。為簡化測試任務調度，任務分析時可以考慮盡量降低測試任務間的順序相關性。對運載火箭，并行測試可從兩個維度進行。一方面運用統籌學方法安排測試項目，合并優化流程，不干涉的測試項目并行開展，達到縮短測試時間的目的，這是提高測試發射效率的有效手段，也是目前在飛型號實現快速測試發射的主要途徑；另一方面對箭上測試參數開展并行測試，這涉及到測試任務分解，測試儀器資源分配，測試軟件多線程設計等，需要在前期的測試項目和測試點分析時就開展。

3.3冗余設備檢測技術

冗余設備檢測技術必須保證被測設備或系統在1次通電運行測試中，針對主份和備份系統或設備能夠同時獨立的取得2套以上的測試結果數據，而不是用重復測試的方式取得2套以上測試數據，本質區別就在于“同時取得”和“不同時取得”。能夠有效的縮短測試時間，提高測試效率。另一方面，在進行冗余設備檢測的設計時，相對于主測系統而言，在硬件和軟件方面均應采用*獨立的方案，在線路、元器件、軟件等方面盡可能不要與主測系統相同，以保證2個系統發生故障的事件具有相對獨立和隨機的性質。冗余設備檢測技術所選用的方案必須簡單、技術成熟、容易實現、穩妥可靠，盡量利用現有設備和通訊鏈路，不給箭上和地面增加新的硬件負擔。冗余系統功能的設計，應充分考慮與主測系統的互補性，如點測與連續記錄的互補、參數的模擬量表示與數字量表示的互補、測試方案的互補等等。

3.4數據自動判讀和箭上健康管理技術

在進行連續的測試過程中，對測試數據信息進行自動判讀是十分必要的。運載火箭遙測數據自動判讀技術，可在短時間內由計算機根據大量的遙測數據信息自動判別出火箭各項測試參數及運行狀態是否正常，可有效減少人為差錯，提高測試效率。在對測試信息進行自動判讀的基礎上，進一步的工作應對獲取的測試信息進行穩定性、一致性、相關性分析，應用健康管理技術對測試信號的趨勢進行預測，及早發現問題，避免問題所帶來的惡化影響，還可以根據對過去歷史數據的分析判斷，利用人工智能和專家系統技術，增加故障趨勢預測的功能，便于發現早期故障。隨著技術發展，利用科學方法建立對運載火箭測試數據自動判讀、故障自動診斷、健康狀態自動監測和管理的手段，將設計人員從繁重的數據判讀、故障分析和排查以及產品維護中解脫出來，提高測試、發射和產品維護效率，已經成為技術發展的必然趨勢。

4小結

未來運載火箭測試發射系統將朝著大型化、復雜化、高可靠性等趨勢發展，同時也將推動計算機數據總線技術、自動化測試技術、網絡技術的飛速發展，這將對航天測試發射系統的不斷進步和完善提供有力保障。隨著上述關鍵技術的突破應用并結合新型運載火箭自身電氣系統特點，未來將會實現運載火箭快速測試發射。