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。     

适用于新型运载火箭的快速测试发射技术研究

运载火箭测试发射系统对数据处理能力、数据通信能力的要求越来越高,提高发射效率、缩短测试时间、优化测试流程是航天发射任务长期的需求;为了适应新型运载火箭快速测试发射的需求,提高我国地面测试发射系统整体水平,在借鉴和继承国内外成熟型号地面测试发控系统优秀设计思想的基础上,概要介绍了新型运载火箭测发控网络的特点,提出了一种适用于新型运载火箭地面测试发射系统框架和快速测试发射工艺流程,给出了最少发射条件的建议,为新型运载火箭机动快速发射测试方法和测试流程的制定提供了参考依据。     

测发控系统前置测控软件热备冗余研究

前置测控软件是运载火箭地面测发控系统中的重要组成部分,主要负责试验和发射中运载火箭的地面部分数据的采集和显示以及控制,具有实时性强、可靠性高、数据量大和接口关系复杂等特性;针对目前航天发射呈现任务高密度常态化,试验次数增多,对前置测控软件的可靠性需求提高的问题,研究了基于心跳信号的热备冗余系统,通过设置主备两份软件以及互相之间心跳信号通信的方式,在主份软件故障情况下,可实现软件冗余系统自主切换,提升了在试验过程中前置测控软件和地面测发控软件系统的整体可靠性,保证了软件在运载火箭在测试和发射试验中的稳定性,为未来运载火箭地面测发控系统软件可靠性研究提供了思路;     

一种智能化控温设备设计与实现

热控系统作为飞行器上重要服务保障措施,担负着器上结构、设备在正常工作温度范围内工作的重要责任;为了保障设备工作温度,需采取相应的热控措施;其中,智能化控温设备作为热控措施关键单机,是热控系统成功与否的关键;根据目标飞行器外部环境特点及内部设备自身热耗情况,完成了飞行器上热控系统设计及研究,重点开展并完成了智能化控温设备的软硬件设计;结合目标飞行器具体要求,利用解耦思路细化把控温设备分解为若干个功能不同的模块,后将细化分解后的若干功能模块采用总线方式进行融合设计,实现了预期性能和功能;通过地面原理试验及后续飞行试验验证,该设备具有高精度控温能力（控温精度±0.5℃）,且可满足多回路同时控温,满足使用要求。     

面向液体运载火箭的测发训练系统设计

针对运载火箭测发训练手段落后、单一的现状和运载火箭测发控系统装备化使用需求,突破火箭全真等效技术、交互式电子手册技术(IETM)、测发控故障注入技术等关键技术,基于某型号液体运载火箭构建实战化、实物化测发训练系统,通过岗位人员快速高效的培训考核,达到测发控岗位技术要求,具备运载火箭测发控参试能力,使参试人员由操作型向试验工程型转变,加快人才培养,提高发射场综合试验能力和发射成功率。     

基于数传电台的靶弹测控系统设计

以数传电台为核心器件设计了一型适用于靶弹的测控系统;该测控系统由弹载数传设备和数传地面站组成,可以下传靶弹飞行状态信息同时上传用于控制靶弹自毁的安控指令;对弹载数传设备结构及采编器软件和硬件,数传地面站电气结构,收发控制器软件流程进行了详细设计;数传地面站采用时分多址的通信模式进行设计,可以实现4台地面站在不同的传输时隙内上传安控指令;该设计方法用于4台数传地面站沿着靶弹飞行航迹接力布站时,可保证4台数传地面站同时发送安控指令而不会相互干扰,该方法增加了数传地面站测控范围和工作可靠性;经过对工程样机的实物测试表明,该型靶弹测控系统实现了4台地面站对靶弹进行测控的功能.     

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。     

测发控系统方舱结构研究

把航天装备送入空间的快速发射,对测发控系统提出了便捷、移动要求;目前现役运载火箭测发控系统状态是系统复杂、难以移动,已不适应当前航天装备快速送入空间的发展,为此提出一种新型移动式测发控系统方舱结构模式;该模式采取了遵循设备集成原则,通过使用方舱、线缆铺设、人机工程优化等先进设计理念与方法来实现测发控系统快速、可移动的要求,同时解决了该系统原先存在多方面存在的问题;通过长期对系统方舱结构的研究工作,研发出通过采用“设备集成、线缆集中铺设、人机工程优化、方舱结构为平台”等先进技术的新型移动快速测发控系统方舱结构系统,为实现系统快速、可移动要求提供了技术基础;该系统经过工程使用,实现了新一代运载火箭快速简易测发控的目标。     

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.     

基于MOS管的箭载时序控制器设计与实现

针对新一代运载火箭对箭载关键电子产品智能化、小型化、通用化的要求,设计了一种基于MOS管的时序控制器;介绍了硬件及软件设计方案,在硬件电路设计中采用了安全性设计措施;阐述了时序控制器在不同状态下,通过自定义高速串行总线接收飞控计算机指令,控制火工品引爆、电磁阀通断,以及实现电磁阀的节能使用;在测试及飞行过程中,可以进行时序状态的回采测试,通过串行总线反馈给飞控计算机进行健康管理;在回路阻值测试中,能够确保火工品在绝对安全环境下,进行火工品回路的电阻值测试;该时序控制器参加了单机的环境试验、系统综合试验及运载火箭的飞行试验,时序回采参数满足火箭飞行时序的要求,产品工作正常,确保了运载火箭飞行试验的圆满成功。     

C波段无线网络通信技术及在飞行试验遥测中应用构想

在分析国内外C波段无线网络通信研究进展基础上,结合现行飞行试验遥测中遇到的技术瓶颈,提出了将C波段无线网络通信技术应用于飞行试验遥测中的构想,建立基于C波段的无线网络的空地一体化遥测网络体系。C波段空地网络化遥测链路的建立,扩展遥测数据传输可用频段的同时增加上行通道,建立机载网络系统与地面监控网络的网络通信链路,为未来空天地一体化遥测网络的建立建立技术基础;同时利用通用的网络管理流程,对整个测试资源动态配比,提高试飞效率。     

基于激光退偏振特性的过冷水测量系统设计

飞机机体积冰对飞机飞行安全危害严重,引起飞机机体积冰最重要的因素是环境中存在过冷水。目前主要通过受感器结冰情况来进行结冰探测,无法进行提前预警。因此远距离探测过冷水含量对提前预警飞机积冰和提高飞机飞行安全性具有重要意义。应用偏振光照射在球形粒子和非球形粒子上的不同退偏振特性的原理进行过冷水的测量。通过与谐振式结冰信号器对比飞行试验验证,该系统可对过冷水进行远距离探测,可在飞机进入积冰环境前,提前根据过冷水含量向飞行员提供积冰预警,从而提高飞机飞行安全性,填补了国内机载远距离积冰预警领域的空白。     

刹车控制单元便携式检测设备的设计与实现

在飞机地面试验台进行刹车试验时,或者在外场飞机起飞前进行检查、大修厂的飞机维修时,防滑刹车控制单元的性能检测设备必不可少。针对飞机预测及健康管理(PHM)提出的维修保障困难问题,于开放的、面向对象的PHM体系结构,提出了一种便携式飞机刹车系统检测设备,结合其关键系统展开设计。此设计包含了飞机PHM体系结构设计及相关环节的技术实现,并将传统测试的相关测试设备小型化轻量化,集成在一拉杆箱内,加以一体化和良好的散热设计,使得设备方便运输携带,且具有一定抗强冲击力和震动的特性,有很高的安全性、可靠性,并具备故障定位等智能化检测能力,可满足外场检测的恶劣测试环境,提高飞机检修效率。     

某型挂架的便携式仿真测试设备的设计与实现

飞机挂架在飞机和悬挂物之间起着承上启下的联接作用;飞机挂架的性能不仅直接影响到飞机的飞行性能和飞行安全,还是悬挂物正常定位、安全投放的重要保证;论文简述了飞机挂架的构造,并根据GJB1188标准,设计并实现了飞机挂架的便携式测试设备;设备具有体积小、重量轻、携带方便等优点;能够模拟座舱相关操作功能,能完成挂架的部件级测试以及整机联试,对挂架进行半实物仿真,适合外场使用;经使用验证,设备性能全面、稳定,具有一定的实用性和推广价值.     

面向PHM的民机飞行数据分析及应用研究进展

针对现代飞机装备在可靠性、安全性、维修保障性和成本等方面存在的问题,探究了飞行数据在民机故障预测与健康管理领域的最新技术发展及应用。介绍了民机飞行数据采集和译码原理,针对民机智能运维应用场景,结合机器学习和数字孪生等技术,重点介绍了围绕机载系统健康监测与预测维修、发动机状态监控与寿命管理等应用场景的数据分析与建模方法,并结合实际工程问题给出了数据分析应用案例。开发的具有自主知识产权的民机飞行数据译码和智能化分析工具,可面向不同用户需求、不同机型开展客户化开发与部署,实现了民机的飞行安全监控和故障预警,可为民航运输安全、运营、保障等需求提供数字化、智慧化的关键理论与技术支撑。     

小型无人机地面式发射控制系统设计

介绍了小型无人机地面式发射控制系统的组成、工作原理、软件设计以及关键技术实现,可以完成实现无人机状态的综合显示,单架无人机的发射控制,三架无人机的短间隔连续发射,四架无人机的发射前准备流程,系统自身的发控流程自检,无人机的地面供电控制,为无人机装订航路和安控区域,发送无人机发射前的检查指令并显示反馈数据,控制发动机开车,火箭点火,以及其他发射控制保障。飞行试验结果表明,该系统在多架次无人机的发射控制中,具有操作简单,快速部署的 优越性,提高了多机地面发射控制的效率和减轻了地面保障人员的工作负担,该系统具有明显优势。     

舰基遥测综合解调控制系统设计

遥测实时监控是保障试飞安全、提高试飞效率的重要手段。针对舰上特殊的试飞环境限制,现有遥测系统不能适应其任务需求,为完成某型号飞机舰上试飞任务,需要对现有遥测接收系统进行改进,以应对特殊试飞科目下对遥测信号的需求。采用跟踪接收机模块,并开发相应的解调模块,对系统设备进行远程控制解决了远距离数据传输的信号衰减问题;对遥测系统的自动温度控制大大提高了系统设备的环境适应性;通过接口转换实现模拟图像的网络输出、接收机模块和天线的网络串口转换,简化了信号接口类型,降低了信号传输的难度;从而实现小型化的舰基遥测综合解调控制系统设计。