№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2011
УДК 629.7.018 + 629.7.017.1
© 2011 г. БЕЛОВА В.В.
КОНТРОЛЬ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО МОДУЛЯ МКС НА ЭТАПЕ КОМПЛЕКСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
Рассматривается задача контроля единичного показателя надежности системы средств обеспечения теплового режима полномасштабного изделия малого исследовательского модуля Международной космической станции при наземной экспериментальной отработке на этапе комплексных электрических испытаний. Для подтверждения надежности по результатам комплексных электрических испытаний предлагается подход, определяемый структурной схемой надежности технической системы и иерархией управляющих воздействий в модели управления объектом контроля.
Введение. Срок активного существования космического аппарата (КА) определяет объем при его электрических испытаний (ЭИ). При этом проверяется взаимодействие системы во всех штатных режимах, работа резервных устройств, дублирование во всех возможных сочетаниях приборов. В испытаниях выявляются дефекты производственного характера и конструкторские дефекты, которые не могли быть определены при конструкторско-доводочных испытаниях. Основным методом, применяемым при проведении комплексных ЭИ (КЭИ) при наземной подготовке изделия, является задание управляющих воздействий (УВ) и контроль реакций систем изделия (оценка поведения контролируемых параметров). Последовательность задания УВ выбирается так, чтобы была обеспечена проверка функционирования аппаратуры во всех предусмотренных режимах. Так как на наземные испытания выделяется ограниченный ресурс бортовых приборов (до 10% от общего ресурса), при проведении ЭИ важна их автоматизация. В настоящее время системы автоматизированной подготовки и управления КЭИ широко применяются на практике. В большинстве этих систем используется принцип слежения за фактическим состоянием КА. Основным компонентом автоматизированных испытательных систем (АИС) является специализированный программный комплекс, который состоит из прикладного языка описания испытаний, редактора и интерпретатора этого языка. На РКК "Энергия" для КЭИ применяется подобный программный комплекс ПРИС (ПРограмма ИСпытаний ) и язык испытаний Диполь.
Цель КЭИ — проверка работоспособности систем изделия. Задачи КЭИ — проверка прохождения команд на исполнительные механизмы и контроль работы датчиков, регистрирующих выполнение заданных операций. Объем КЭИ реализуется через последовательное решение частных задач, определяемых видом и этапом испытаний. Цель и задачи КЭИ достигаются выполнением всех установленных этапов испытаний: этап 1 — ЭИ на контрольной испытательной станции завода экспериментального машиностроения; этап 2 — электрические испытания на техническом комплексе (ТК); этап 3 — подготовка изделия на стартовом комплексе (СК). Необходимость введения этапов обусловлена требованиями общего технологического плана подготовки изделия и особенностями эксплуатации изделия на заключительных этапах подготовки. КЭИ предусматривают следующие виды испытаний: защитные операции
изделия; проверочные включения систем изделия (ПВ); комплексные испытания систем изделия (КИ); совместные испытания с другими изделиями, входящими в состав орбитальной станции (только на этапе 1 испытания проводятся на комплексном стенде (КС) МКС); заключительные операции перед отправкой на ТК.
В качестве показателя надежности (ПН) [1] сложной системы при ее принципиальной избыточности (аппаратной, временной, информационной) выступает эффективность выполнения целевой задачи. При оценке вероятности безотказной работы задается состав функций, определяющих безотказное состояние, и период времени, для которого должна быть оценена вероятность выполнения этих функций. Для этого показателя в качестве отказа принимается событие, заключающееся в потере хотя бы одной из функций, которое может быть вызвано как отказом одного элемента, так и несколькими отказами резервных элементов.
Для экспоненциального закона распределения времени безотказной работы элементов системы [2]
= ехр (-1}) ,
где Х1 — интенсивность отказов; рг(}) — вероятность безотказной работы (ВБР) г элемента за время ?, количественный показатель безотказности [2]; время } определяется длительностью испытаний.
Задача контроля ПН в классической постановке дана в работе [3]. Контрольными называются такие испытания, цель которых — проверка соответствия изделия (характеристик и параметров) заданным требованиям технических условий [1]. Эти испытания заканчиваются решением о приемке либо браковке изделия. Они базируются на том или ином решающем правиле, точность которого задается приемочным Я и браковочным уровнями заданного показателя, а достоверность определяется рисками поставщика а и потребителя Р (при двухуровневом методе контроля надежности).
Основным направлением развития современных методов оценки и контроля надежности КА является концепция оценки надежности по техническому состоянию [4]. В рамках этой концепции в задаче рассматриваются контрольные испытания, при которых демонстрацию заданного уровня надежности считают достигнутой при условии, что во время испытаний не наблюдалось ни одного отказа. Так как ошибка в планировании контрольной процедуры не может быть выявлена в результате испытаний, то корректность планирования непосредственно определяет достоверность заключения о соответствии изделия (системы) заданному требованию [5].
Задача планирования объема безотказных испытаний при заданных требованиях к ВБР системы определяется программой обеспечения надежности, комплексной программой экспериментальной отработки и программой — методикой КЭИ.
Задача оценки ПН в настоящей постановке задачи отражает эффективность контроля технического состояния (определяется принятой системой контроля в АИС) [3]: для ПН необходима наилучшая точечная оценка (несмещенная, состоятельная эффективная). Точность результата характеризуется доверительными границами Я, Я, а достоверность — доверительной вероятностью у. Выполняются соотношения
р {я < я < Я} = у
или р{Я > Я}= уь р {Я < Я}= у2,
где Я = ф(91,92,..., 9(-,..., 9п), 9,-, г = 1,п - ПН; Я — нижняя доверительная граница Я;
Я — верхняя доверительная граница Я; Я — функция надежности [2].
Постановка задачи. Разработка программ—алгоритмов КЭИ технической системы (ТС) полномасштабного изделия по критерию максимальной надежности при ограничениях: на время испытаний, на объем испытаний, на ресурс бортовых приборов, метод контроля и средства испытаний.
Рис. 1. Общий вид Российского сегмента МКС с малым исследовательским модулем № 2 (МИМ2): ФГБ — функциональный грузовой блок; СМ — служебный модуль; СО1 — стыковочный отсек № 1; Союз ТМА — транспортный пилотируемый корабль "Союз"; Прогресс М(М1) — транспортный грузовой корабль "Прогресс"
Математически задача сводится к построению плана испытаний по критерию максимальной ВБР и является задачей нелинейного программирования с целевой функцией, заданной алгоритмически [6]
тах Р,+1(хь Х2, хз,..., х,),
х
где х = (х1, х2, х3..., х,); Р0 — начальное значение ВБР системы; Р, — ВБР системы на I этапе отработки; Р1 + ^ — ВБР системы в конце отработки; Р^ — Р0.
Значения Р, рассчитываются методом структурных схем [7].
Задача контроля безотказности ТС полномасштабного изделия на этапе КЭИ решается методом непрерывного допускового контроля [8], где реальная функция надежности Я аппроксимирована прямоугольником (параметрической нижней и верхней границами).
Малый исследовательский модуль № 2
10 ноября 2009 г. с космодрома Байконур был осуществлён запуск специализированного транспортного грузового корабля—модуля "Прогресс М-МИМ2" с малым исследовательским модулем "Поиск" (МИМ2). Новый модуль предназначен для доосна-щения российского сегмента (РС) МКС специализированным отсеком и средствами для организации внекорабельной деятельности в процессе эксплуатации, проведения научных исследований, создания дополнительного порта для стыковки и функционирования в составе станции пилотируемых и грузовых кораблей. Общий вид РС МКС с МИМ2 показан на рис. 1.
Рис. 2. Функциональная схема Системы управления СОТР МИМ2: ЭНА1 — электронасосный агрегат № 1 (основной); ЭНА2 — электронасосный агрегат № 2 (резервный); БАП-85 — блок автоматических переключателей; УКН-85 — усилитель-коммутатор нагревателя; АТ1 — жидкостный электронагреватель; ДТЖ1 — датчик температуры жидкости; ТОУ — термоэлектрическое охлаждающее устройство; В1,В2 — циркуляционные вентиляторы; В3 — переносной вентилятор; БОВ-91 — блок отключения вентиляторов; СУБА МИМ2 — система управления бортовой аппаратурой МИМ2; ГР — гидроразъем; СМ — служебный модуль; ТПК — транспортный пилотируемый корабль; А1, А2, А3, А4, А5 — платы управления
Система средств обеспечения теплового режима МИМ2 (СОТР) включает гидравлический контур, циркуляцию теплоносителя, в котором осуществляют два электронасосных агрегата (ЭНА1, ЭНА2), работающие в режиме "холодного" резерва. Насос ЭНА1 работает постоянно.
Жидкостный электронагреватель (ЖЭН) АТ1 используется для подогрева теплоносителя в контуре и включается автоматически по сигналу от датчика температуры жидкости ДТЖ1.
Циркуляционные вентиляторы В1 и В2 предназначены для создания направленного движения воздуха внутри МИМ2, работают одновременно, т.е. в "горячем" резерве. Вентилятор воздуховода В3 предназначен для подачи воздуха из служебного модуля в изделия, пристыкованные к МИМ2 со стороны стыковочного узла.
Термоэлектрическое охлаждающее устройство (ТОУ) предназначено для охлаждения воды, подаваемой в рубашку охлаждения скафандра космонавта при подготовке и после окончания операции "ВЫХОД" и нахождении космонавтов в отсеке.
Система управления средствами обеспечения теплового режима (СУ СОТР) предназначена для управления агрегатами, обеспечивающими совместно с другими средствами необходимый тепловой режим изделия. СУ СОТР обеспечивает в процессе эксплуатации изделия: подачу питания на агрегаты системы терморегулирования (СТР), автоматическое управление ЭНА, автоматическое управление ЖЭ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.