О структурно-содержательном уровне электрических испытаний космических аппаратов

ной химической реакции от температуры выражается законом Вант-Гоффа, согласно которому при нагревании аммиака на каждые 10 °С скорость реакции увеличивается в среднем в 2-4 раза.

Термостарение - это ускоренные ресурсные испытания тепловых труб, в результате которых должен достигнут режим работы ТТ, соответствующий заданным эксплуатационным параметрам. На первых этапах производства ТТ выдерживали в течении 60 суток при комнатной температуре. Химическая реакция аммиака с внутренней поверхностью алюминиевых ТТ с выделением неконденсирующегося газа прекращалась за 60 суток (т60), и выходные параметры ТТ в дальнейшем оставались стабильными, например, 50 Вт/°С (передача тепла от испарителя к конденсатору при перепаде температур между ними 1°С).

Время разработки и производства космических аппаратов со сроком активного существования не менее 15 лет не должно превышать 28 месяцев. Существующие стенды для испытаний ТТ не отвечают требованиям современного массового производства тепловых труб.

Для решения этой задачи на ОАО «ИСС» был создан стенд для ускоренных ресурсных испытаний тепловых труб, который обеспечивает перепад температур между испарителем и конденсатором ТТ, и составляет 80 °С (353,15 К).

Известно [2], что коэффициент ускорения ресурсных испытаний определяется по формуле

где Ку - коэффициент ускорения при старении; Рп, РТ2 - давление аммиака в ТТ при температуре хранения и при испытаниях, Па; Т1 - температура хранения ТТ, К; Т2 - температура при испытаниях ТТ, К; Е - энергия активации реакции, Дж/кмоль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль-К.

Для расчета коэффициента ускорения ресурсных испытаний были взяты следующие значения параметров:

Т = 22 °С = 295,15 К; РТ1 = 0,9134 МПа;

Т2 = 80 °С = 353,15 К; РТ2 = 3,315 Мпа;

Е = 8,22-106 Дж/кмоль; R = 8,314-103 Дж/кмоль-К. При данных параметрах коэффициент ускорения испытаний на термостарение имеет следующее значение:

I 8.22-106 1 _ 1 )

К _ 3,315 _ |295,15 ^ 8.134-103 2 95,15 3 5 3,15) _ 5747

у 0,9134*^353,15* ' '

Зная значение коэффициента ускорения ресурсных испытаний, вычисляем следующий срок проведения УРИ:

тр = Т60 / Ку = 60 / 5,747 ~ 10 суток.

Проведенные испытания ТТ на стенде показали, что рассчитанный тр при указанных условиях эксперимента обеспечивает достижение требуемых эксплуатационных характеристик ТТ по ТУ.

R. A. Kashirov, G. I. Ovechkin, A. V. Lekanov, V. V. Dvirniy, V. V. Ilinyh JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

WORKING OUT OF THE AUTOMATIC COMPLEX OF CONTROL FOR THE STAND OF THE ACCELERATED LIFE TESTS OF HEAT PIPES

The monitoring method of the heat pipes quality applied in communication satellites, produced in OJSC Information Satellite Systems is shown. The method is based on carrying out of tests of thermoageing. This method is applied in the course of manufacturing of heat pipes and confirms stability of their technical parametres and conformity to the set requirements.

© KamnpoB P. A., OBeHKHH r. H., .HeKaHOB A. B., flBHpHHH B. B., HJILHHLIX B. B., 2010

УДК 629.78.054

С. Г. Кочура

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

О СТРУКТУРНО-СОДЕРЖАТЕЛЬНОМ УРОВНЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Предложена новая интерпретация ряда вопросов структурно-содержательного построения и определения целей электрических испытаний космических аппаратов связи.

Электрические испытания (ЭИ), необходимые для подтверждения исправности объекта испытаний (ОИ), можно представить в виде дерева, корень которого соответствует всей совокупности испытаний объекта, а ветви - локальным испытаниям, направленным на проверку отдельных его частей.

Можно сформулировать два подхода в направлен-нии прохождения дерева целей (ДЦ), основанных на анализе причинных связей: прямой анализ и анализ с обратным порядком.

Анализ с прямым порядком (снизу вверх) начинается с определения критичных состояний ОИ, т. е. по-

Испытания и эксплуатация ракетно-космической техники

строения дерева состояний (ДС), по которому в прямом направлении прослеживаются возможные причины возникновения этих состояний. При этом рассматривается ряд определенных последовательностей событий и составляются соответствующие сценарии -дерево тестов (ДТ), позволяющее определить критические состояния ОИ. Анализ с обратным порядком (сверху вниз) начинается с определения перечня наиболее вероятных отказов, т. е. построения дерева отказов (ДО), по которому в обратном направлении прослеживаются возможные причины возникновения отказов.

Выбор того или иного подхода к построению ДЦ является компетенцией инженера-испытателя, но для этого он должен иметь соответствующий инструментарий. В качестве такого инструментария предложено использовать графические блоки в виде логических знаков (ЛЗ) и графических символов (ГС) событий, охватывающих весь состав логически связанных элементов ОИ и позволяющих представить ЭИ в виде графической модели. ЛЗ (операторы) объединяют события в соответствии с их причинными взаимосвязями посредством логических выражений, основанных на правилах булевой алгебры. ГС описывают события, происходящие с ОИ, в результате которых последний меняет свое состояние. События с точки зрения их реальности подразделяются на две категории: условно детерминированные события (УДС) и вероятностные события (ВС). К УДС относятся события, проявления которых достаточно детерминировано при выполнении определенных условий. Они анализируются на начальном этапе, а их присутствие служит показателем глубины и уровня детализации данного исследования. ВС, характеризующие состояния элементов данной системы, обуславливают разрешающую способность ДЦ с определенной долей вероятности. Для того чтобы получить количественные результаты с помощью ДЦ, ВС должны представлять события, для которых имеются достаточные статистические данные. Каждое событие (УДС или ВС) происходит в определенном элементе ОИ и требует принятия соответствующих мер: замены, ремонта, перевода в более щадящий режим работы и т. п.

С точки зрения топологии событие может быть инициирующим, промежуточным или конечным. Инициирующие события располагаются в начале ДЦ, конечные - на его вершинах, а промежуточные - между инициирующими и конечными событиями.

ДС применяется для определения вариаций и последовательности развития событий, приводящих к отказу. Вероятность каждого сценария проявления отказа рассчитывается с учетом вероятности критичного и конечного состояний ОИ. При построении ДС используются соответствующие правила прямой логики. При этом следует иметь в виду, что ДС не дает окончательных численных решений, но позволяет априорно убедиться в соответствии технического состояния ОИ требованиям технических условий. Кроме того, рассмотрев все варианты ДС и оперируя численными данными по вероятностям отказов, можно получить спектр возможных состояний ОИ и соответ-

ствующие им вероятности. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности более обоснованного формирования приоритетных направлений испытаний ОИ и предупреждения причин возможных отказов за счет целенаправленного повышения контролеспособности испытательных тестов.

В основе ДО лежит логико-вероятностная модель причинно-следственных связей возможных неисправных состояний ОИ. Анализ признаков отказов позволяет определить последовательность и комбинации событий, приведших к неисправности ОИ. Таким образом, ДО представляется в виде многоуровневой графо-логической структуры причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания критичных событий в обратном порядке. Для получения максимального эффекта при поиске отказов разработан ряд эвристических правил построения ДО.

При построении ДТ необходимо обеспечить максимальный охват тестами всех совокупностей возможных состояний ОИ согласно предложенным правилам. Для идентификации критичных состояний ОИ необходимо определить контролируемые параметры и установить пределы их изменения (допуска). Для определения критериев обнаружения отказов выбирают такие наборы входных воздействий, при которых контролируемые параметры гарантированно свидетельствуют о переходе ОИ из исправного состояния в неисправное. Детальный анализ критических ситуаций, характеризуемых конечным числом сочетаний и значений изменяемых переменных, позволяет сформировать свой набор тестов для каждой группы состояний ОИ. Нахождение однозначного соответствия между критичными состояниями ОИ и отказами его элементов обеспечивает обоснованное покрытие тестами всего поля идентифицированных состояний ОИ. Применение ДТ позволяет контролировать структуру испытательных тестов, их необходимость и достаточность.

На основе предложенного подхода возможно обоснованное предсказание критичных состояний ОИ, что позволяет рационально организовать во времени и пространстве все необходимые для подтверждения исправности ОИ испытательные процедуры. Данный подход не только обнаруживает нештатные и критичные состояния, но и является конструктивным, так как позволяет провести (в случае необходимости) усовершенствование или радикальную модификацию ОИ. Кроме того, он позволяет исследовать влияние отклонения отдельных контролируемых параметров от допустимых уровней на качество функционирования ОИ с точки зрения возникновения критических событий, переводящих ОИ из исправного состояния в неисправное.

Предложенной подход является оптимальным по всем основным показателям и может быть рекомендован в качестве базового при подготовке и проведении наземных электрических испытаний бортовой аппаратуры и КА в целом.

По всем изложенным аспектам в докладе дана исчерпывающая информация с логико-математическим обоснованием.

S. G. Kochura

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk STRUCTURAL COMPREHENSIVE LEVEL OF SPACECRAFTS ELECTRICAL TESTS

The new interpretation of a number ofproblems of structural comprehensive building and defining of electrical testing purposes of communication spacecrafts is offered.

© Konypa C. r., 2010

УДК 658.5.012.011.56

С. Г. Кочура, Н. А. Кузнецов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Железногорск

А. А. Носенков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россиия, Красноярск

О СОЗДАНИИ МОБИЛЬНЫХ РАБОЧИХ МЕСТ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Сформулированы проблемы модернизации инструментальных средств для электрических испытаний малогабаритных космических аппаратов (КА) и предложены подходы эффективного построения мобильных рабочих мест испытаний на примере КА «Гонец».

Современные, в том числе малые, КА связи отличаются от своих предшественников возросшими в разы сроками активного существования, энерговооруженностью, пропускной способностью, оснащенностью бортовыми вычислительными средствами. Все это стало возможно благодаря успешному внедрению в космическое приборостроение новых наукоемких технологий и более совершенных образцов микроэлектроники. Платой за достигнутые показатели качества КА стало многократное усложнение бортовых интерфейсов (БИ) и значительное увеличение объемов информационного трафика в каналах обмена данными между модулями бортовой аппараты (БА) космического аппарата, а также между самим КА и наземным оборудованием. На этом фоне достаточно четко проявилась проблема наземных технологических средств испытаний (ТСИ) КА, в первую очередь электрических испытаний. Она заключается в том, что ТСИ не успевают модернизироваться вслед за изменением БА и БИ. И это отставание начинает приобретать хронический характер. Как следствие, снижается качество проверок КА на заводе-изготовителе (ЗИ) и возрастает риск потери функциональных возможностей КА в процессе штатной эксплуатации.

Общепринятый подход полагает, что каждое рабочее место (РМ) для испытания КА оснащается всем необходимым оборудованием, которое затем сдается заказчику и эксплуатируется в течение всего жизненного цикла как единый комплекс ТСИ. Такой подход регламентируется государственными стандартами по разработке наземного испытательного оборудования.

В частности, комплексы государственных военных стандартов «Мороз 6» и «Климат 7» однозначно определяют порядок разработки, приемки и ввода в эксплуатацию ТСИ. Несмотря на то, что идея создания унифицированных ТСИ КА является прогрессивной и находится в русле современных мировых тенденций, ее практическая реализация показала, что требуемого уровня мобильности и оперативности при создании унифицированных РМ электрических испытаний малогабаритных КА только за счет унификации ТСИ добиться весьма проблематично.

Доработка или модернизация ТСИ всегда ведет к привлечению значительных дополнительных ресурсов (финансовых, временных, человеческих). В тех случаях, когда востребованный ресурс в данный момент отсутствует или не достаточен для полноценной реализации проекта, решающую роль может сыграть технология проектирования и производства ТСИ. Проектирование ТСИ в соответствии с открытыми стандартами на базе унифицированных модулей и приборов, поддерживающих технологию Plug&Play, требует существенно меньших ресурсов.

В настоящее время использование открытых международных стандартов является общепринятым подходом при проектировании контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) и контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), но, тем не менее, это не снимает остроту рассматриваемой проблемы. Использование унифицированных модулей в составе КПА (КИА) позволяет заметно сократить стоимость и время изготовления этой аппаратуры, но полностью исключить производственную составляющую (изготовление и