运载火箭地面一体化测发控系统设计

现役运载火箭各分系统的测发控系统各自独立,存在资源浪费,兼容性差、信息传递低效等问题;随着测控技术发展和火箭电气系统需求牵引,新一代运载火箭地面测试、发射与控制在通用化、集成化、智能化等方面提出了更高的要求;通过梳理一体化设计的功能,提出一种运载火箭地面测发控系统的体系架构,整合传统运载火箭控制、测量、总控网等分系统的测发控共性需求,在统一供配电、有线测控、无线调制解调、数据处理与分析4个功能层面进行设计,包括系统组成、交互关系、重要单机(软件)的设计及其关键技术应用;该设计在某型号完成了原理性试验和关键技术验证,结果表明系统通用性强、集成度高、信息架构合理高效,能够在确保可靠性安全性的情况下,简化操作、提高效率、降低成本。     

运载火箭测发控技术未来发展与展望

工业电子、测试、测控、仪表、大数据、云平台等技术的发展,为运载火箭测发控技术的发展提供了先进的技术途径;运载火箭箭上电气系统一体化设计,火箭快速测发、健康管理、子级独立测试、异地远程测试发射支持等需求,给测发控系统研制及更新换代提出更高的要求;通过对运载火箭地面测控系统供配电、有线测控、无线测控、数传通信、测发控软件5个组成部分的演变及发展方向进行了论证分析,并提出了后续测发控系统技术发展的规划路线;同时结合未来运载火箭的发展需求和目前测发控系统现状提出了测发控系统后续发展的可实施途径;最后提出顶层规范技术路径;从型号牵引转变为装备化研制;规范型谱产品研制、箭上地面同步发展的测发控系统设计新思路;为未来运载火箭测发控系统研制提供方向。     

运载火箭一体化综合测控技术研究

新一代运载火箭对测发控系统的自动化、智能化,以及未来产品化的测试数据管理和批量并行测试需求提出了更高的要求,本文以运载火箭地面测控一体化及信息综合管理系统为背景,对火箭的组件、部段级批量并行测试及整箭测发控技术进行了研究,提出了分布式实时综合测控技术,将动力、测量、控制等多个分系统以及部段测试统一到本系统中,对系统数据传输的实时性和可靠性进行了研究。搭建了基于上述新型测发模式的联动试验系统,包括前端分布式节点系统、后端统一测发系统及远端云服务支持管理系统等,对一体化综合测控技术进行了验证。     

基于国产网络设备的火箭地面测发控网络平台设计

高可靠的测试网络作为运载火箭远距离测发控的基础平台,是实现运载火箭地面远距离测试发控的重要技术保障;通过对运载火箭地面测发控网络架构深入研究,采用国产商用网络设备搭建原型平台、开展原理性验证试验,经过反复试验,不断改进技术方案,解决了冗余热备网络协议选用、冗余故障切换、故障切换实时性、网络可靠性等技术难题,提出了基于国产化设备的网络架构设计方案;对网络架构的工作原理、可靠性、实时性、安全性进行了详细分析;建立的国产化高可靠网络架构,不仅能够应对复杂的火箭测试现场,使网络平台具有更好的可靠性、实时性、扩展性和灵活性,更进一步提高了网络的安全性;设计的国产化网络平台架构可用于运载火箭地面测发控网络使用。     

基于PC104总线的运载火箭实物智能仿真系统

航天是高风险的行业,质量是航天的生命、是发射成功的保障,所以在地面对其进行全面仿真以检测相关的发射设备是非常重要的.对于航天运载火箭实物智能仿真系统是航天各型号地面测发控系统重要分支系统,是用以检测地面测发控设备功能正确性以及箭地通讯口功能的重要硬件系统,更为地面测试发控软件调试提供硬软件环境及调试平台.实例提出基于PC104嵌入式结构下加入FPGA智能仿真技术方案,构建了系统,历经了某大型运载型号近二十几发运载火箭发射成功的全部过程的验证,结果表明,其准确、全面地仿真了运载火箭箭载各装置的功能和参数,逼真仿真箭载计算机及遥测接口、箭地通讯接口的功能,并加入了冗余箭机的仿真.使系统获得了良好的控制性、覆盖性、通用性、使用性和可视性,为测试软件调试建立了仿真平台,由于设计精简,技术成熟,消除了一度失效,避免了自身故障,保证了系统的可靠性.     

小型化低成本运载火箭测控设备设计研究

随着商业航天和型号发射任务愈加密集,总体单位对小型化低成本运载火箭地面测发控设备的需求更加迫切,提出了运载火箭测控设备小型化低成本设计思路,通过选择高集成化、多通道、相对体积小的功能板卡或元器件,合理排布器件,最大化利用机箱内部空间,采用虚拟表头、指示灯、按钮丰富软件功能和显示界面,提高软件自动化程度达到测控设备小型化设计。成熟度高、质量稳定的商业货架产品、国产化产品通过降额设计和合理冗余设计能达到低成本效益的同时不影响其可靠性。     

长征六号运载火箭动力测发控系统仿真测试平台的设计

针对长征六号运载火箭动力测发控系统射前仿真测试需求,结合短周期快速发射及方舱操作的特点,设计了一种仿真测试平台;该测试平台使用电气信号模拟动力配气台阀门、压力传感器及箭体连接器硬件接口信号,形成硬件接口层;采用软件模拟配气台工作原理,仿真箭体连接器通断,并模拟基地加注间通讯系统与动力测发控系统进行信息交互,形成软件模型层;硬件接口层与软件模型层之间通过RS422总线和PC104总线连接,实现仿真测试平台的模块化和组合化设计;该仿真测试平台为长征六号运载火箭动力测发控系统提供了闭环测试环境;实际情况表明,该仿真测试平台可覆盖动力测发控系统的全部工作状态,满足短周期快速发射的测试需求,提高了动力测发控系统仿真测试的效率。     

低温火箭自主故障诊断和发射控制

低温火箭的加注和发射控制流程比较复杂,测发技术方案对火箭的测发效率、发射成本以及任务的可靠性和安全性有着重要影响,面对日益增加的航天发射任务,先进的测试发射技术已成为提升火箭竞争力的重要发展方向。针对正在研制的面向商业发射市场的新型低温运载火箭,为提高火箭测试发射效率和本质安全性,对自主故障诊断和发射控制技术开展了系统性研究,采用功能和层次抽象模型,建立了一体化地面测控设备的软硬件层次关系和“一键”式发射控制软件的架构设计方案;提出低温动力系统自动发射流程的层次设计模型以及故障诊断策略和诊断方法,为低温火箭一体化自主测发控系统的工程研制奠定了技术基础。     

基于SpringBoot的运载火箭信息交互指挥平台

为满足新一代运载火箭地面测发控系统通用化需求,减少平台研发、测试和维护成本,设计并实现了一种基于SpringBoot的运载火箭信息交互指挥平台,平台集成了信息交互、参数监测、数据判读及存储等功能,为指挥和判读人员提供了一种高效、便捷的工作方式;平台在满足业务需求的基础上,实现了软件自动化和国产化,减少了软件部署、移植的人工成本;经过试验表明该平台能够适应某系列运载火箭测发控系统的测试流程,实现了运载火箭地面数据的监测和判读,为测发控类软件一体化设计提供了一定的参考价值。     

一种高可靠的运载火箭测发控设备

为满足运载火箭对测发控设备的通用化及高可靠的要求,对运载火箭测发控设备的设计方案进行了研究;整体设备采用通用机箱加标准化模块的设计思路,背板采用自定义的机内接口,基于业务信息和管理信息异构的设计思想,通过背板上冗余的CAN总线及RS485总线实现业务和管理信息的分离,以及管理总线对业务总线的异构备份,机箱及标准化模块通过读取背板信息确认当前插槽及模块类型,实现模块的灵活布置,采用模块热备和总线热备两级热备方案,以及自定义的内部通信协议,经过测试实现了测发控设备在各类故障模式下的正常工作,冗余切换延时小于500 ms,该设备已于某新型低温液体运载火箭上成功应用,经过实际应用满足运载火箭测发控系统的要求,后续可应用于其他运载火箭的相关领域。     

运载火箭测发控软件的中间件技术应用

由于不同型号硬件平台和软件平台的多样性,跨型号大规模融合应用系统通常要求在拥有多种软硬件平台(异构平台)的分布式环境下运行。借助中间件(Middleware)技术改进软件重用形式,提高软件重用程度,以实现支持分布式应用有效开发、部署、运行和管理的目的。本文在对现有火箭测发控系统软件的子系统功能聚类和程序架构分析基础上,开发基于中间件模型的通用火箭测发控系统软件。     

适用于野外环境的无线测发控系统设计与实现

针对飞行器在野外发射时,对测发控系统提出设备部署时间短、发控距离远、待命时间长和具备安控指令上行功能的需求,设计了一种适用于野外环境的无线测发控系统,通过将常规测发控系统的地面前端设备与器载设备进行一体化设计,简化了器地间电气接口,提高了地面设备的部署速度和可靠性;通过扩频无线上行链路和调频无线下行链路使测发控系统具备1km以上无线测发控距离和最长100km安控指令上行距离且上行链路与常规安控链路兼容;通过对器载数据链和飞控计算机的改进设计,使飞行器具备在发射场长时间低功耗休眠和唤醒后快速发射的能力;通过对地面数据链的改进设计,使其在满足无线指令发送和遥测数据接收需求的同时,兼具对于野外环境的适应能力;设计了多级器载火工品和发动机点火回路的安全管制机制,保证了飞行器在存储、运输和测试过程中的安全性;经过飞行试验,验证了无线测发控系统满足飞行器在野外环境的测发控需求。     

火箭发动机试验通用自动测试系统研究

为满足不同类型火箭发动机的地面试验对测试的需求,在对火箭发动机地面试验中的各种测试行为进行分析的基础上,提出了火箭发动机自动测试系统(ATS)软件平台与硬件平台相分离的思想,并建立了基于虚拟仪器技术和数据库技术的火箭发动机通用自动测试系统;同时对系统的硬件模型、软件模型以及软件的数据库模型进行了介绍;该系统的特点是可通用性、高可靠性和易操作性,能满足多种类型的火箭发动机地面试验中的测试需要,并已成功应用于多种火箭发动机地面试验.     

基于VSS及SSM的运载火箭地面测发控网络系统设计

运载火箭地面测发控网络是传输地面信息的中枢,对此网络的要求是高效和可靠。但是,随着新一代火箭的研制及应用,对实时性的要求越来越高,系统内数据量的激增,现有火箭网络指标满足不了新一代火箭对地面网络的需求。提出一种基于VSS及SSM新技术的地面测发控网络,通过应用VSS技术,虚拟切换,简化环路架构及路由协议,提高网络自愈时间,通过采用SSM技术及组播地址设计,避免组播无用叠加,极大地降低对交换机CPU资源消耗,保证交换网络传输正常。     

基于数字孪生的火箭测试与发射过程健康管理技术研究

为了解决运载火箭对地面测试与发射过程中对数据综合分析能力,飞行过程的故障诊断和预测能力,以及故障处理措施的快速决策等能力的迫切需求,提出一种基于数字孪生技术的火箭测试与发射过程健康管理系统设计方案;该方案通过建立运载火箭测试与发射阶段数字孪生模型,实现对火箭测试和发射过程的天地镜像仿真,依托数字孪生模型,对运载火箭健康管理功能进行了设计和优化;利用真实火箭和数字孪生火箭的信息交互,可有效实现火箭测试过程数据分析、飞行过程协同诊断,以及故障处理决策支持等功能;该系统提高了火箭发射的可靠性,为火箭可靠飞行提供了技术保障;同时,该技术在运载火箭健康管理上的应用也面临一些关键技术还需要进一步突破和发展.     

运载火箭箭上电气系统基础架构研究

运载火箭箭上电气系统主要用于完成飞行控制、参数测量以及故障检测等功能;借鉴航空IMA平台和汽车平台的思路,提出了运载火箭电气系统"1+4+N"的架构,其中"1"代表一套通用电气系统平台,"4"代表"综合电子架构+能源管理架构+总线通信架构+软件应用架构"的电气系统基础架构,"N"表示满足基础架构规范要求的各类可扩展组件;文章首先根据我国运载火箭的发展需求和技术特点,分析了电气系统功能划分,并给出了电气系统平台和基础架构的定义,结合国外先进运载火箭的电气系统架构发展现状,分析了运载火箭电气系统平台的各个发展阶段,最后归纳总结了未来运载火箭电气系统总体特征。