導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)采用雙組元統(tǒng)一推進(jìn)分系統(tǒng)，對(duì)該推進(jìn)分系統(tǒng)的控制都要通過推進(jìn)分系統(tǒng)中的推進(jìn)電路盒來完成.

在導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中有A、B兩個(gè)完全獨(dú)立功能的分支，每個(gè)分支分別擁有1路24V二次電源和6路10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路.在正常工作模式下，A分支24V電源僅為A分支的6路10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路供電，B分支24V電源僅為B分支的6路10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路供電.

當(dāng)推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)生雙重故障，且故障分別發(fā)生在兩個(gè)分支中，為了確保衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)能夠正常工作，可通過執(zhí)行故障遙控切換指令實(shí)現(xiàn)推進(jìn)分系統(tǒng)重組功能，即A分支24V電源可同時(shí)為A分支和B分支的12路10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路供電，B分支24V電源亦可同時(shí)為A分支和B分支的12路10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路供電，將故障的模塊隔離，使用正常模塊工作，使當(dāng)前衛(wèi)星的推進(jìn)分系統(tǒng)重新組合為一套完整的推進(jìn)分系統(tǒng)，從而提高了推進(jìn)分系統(tǒng)的故障應(yīng)對(duì)能力.

1 推進(jìn)分系統(tǒng)故障模式

以導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)推進(jìn)電路盒產(chǎn)品為中心，對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)進(jìn)行了故障模式影響和危害度分析(FMECA)，梳理出了故障發(fā)生率較高的幾種故障模式，包括10N推力器電源模塊故障、10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊故障及10N推力器模塊故障.

10N推力器電源模塊故障為推進(jìn)電路盒中A分支或B分支24V電源發(fā)生故障后無法正常輸出或無法正常為A分支或B分支10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路供電，導(dǎo)致系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的一路10N推力器無法正常工作，此分支推力器失效；

10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊故障為推進(jìn)電路盒中A分支或者B分支某一路的10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路因元器件失效等原因無法正常工作，導(dǎo)致系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的一路10N推力器無法正常工作，此分支推力器失效；

10N推力器模塊故障為推進(jìn)分系統(tǒng)中A分支或B分支某一路的10N推力器電磁閥因自身故障(驅(qū)動(dòng)線圈斷路、短路等)無法正常工作，造成此分支推力器失效.

在以往的高軌道衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)中，A分支10N推力器電源模塊僅為A分支的10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊及10N推力器模塊供電，B分支10N推力器電源模塊僅為B分支的10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊及10N推力器模塊供電，當(dāng)A分支或B分支10N推力器電源模塊發(fā)生故障時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的A分支或B分支的6個(gè)10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊及10N推力器模塊將完全失效，衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)一個(gè)分支的10N推力器功能喪失.當(dāng)A分支或B分支某一方向的10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊或10N推力器模塊發(fā)生故障時(shí)，則B分支或A分支此方向的10N推力器模塊失去備份.當(dāng)A分支或者B分支10N推力器電源模塊與另一分支某一方向的10N推力器驅(qū)動(dòng)模塊或10N推力器模塊同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，則衛(wèi)星此方向的10N推力器模塊將完全失效.

2 故障狀態(tài)下的重組技術(shù)的工作原理

故障狀態(tài)下的重組技術(shù)通過對(duì)推進(jìn)分系統(tǒng)24V電源模塊、10N推力器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路模塊及10N推力器模塊進(jìn)行故障隔離和資源再分配，重新組建成一套完整的10N推力器推進(jìn)分系統(tǒng).

推進(jìn)分系統(tǒng)故障狀態(tài)下的重組技術(shù)使衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)成為一種可重構(gòu)的衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)，從而在推進(jìn)分系統(tǒng)獨(dú)立分支的組件中發(fā)生故障的情況下，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)分系統(tǒng)的功能重組.

推進(jìn)分系統(tǒng)具有A、B兩個(gè)分支，當(dāng)推進(jìn)分系統(tǒng)中的兩個(gè)獨(dú)立分支無故障時(shí)，利用其中一個(gè)分支A或B即可獨(dú)立完成推進(jìn)分系統(tǒng)的功能，其中，每個(gè)分支中配備有一個(gè)電源模塊、n個(gè)推力器驅(qū)動(dòng)模塊和n個(gè)與推力器驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)的推力器模塊.

當(dāng)正在工作的A分支發(fā)生故障時(shí)，則控制系統(tǒng)啟動(dòng)B分支并關(guān)閉A分支，利用B分支完成推進(jìn)分系統(tǒng)的功能；

當(dāng)A和B分支同時(shí)發(fā)生故障，則控制系統(tǒng)分別對(duì)A、B分支中的各個(gè)模塊進(jìn)行檢測.若A、B分支的不同模塊發(fā)生故障，則控制系統(tǒng)在A、B分支中選取可正常工作的一個(gè)電源模塊、m個(gè)正常的推力器驅(qū)動(dòng)模塊和m個(gè)正常的推力器模塊建立工作連接，形成推進(jìn)分系統(tǒng)的功能重組，m個(gè)推力器模塊選取自A、B兩個(gè)分支中共2n個(gè)推力器模塊之中，m

在A和B分支同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，控制系統(tǒng)優(yōu)先選取屬于一個(gè)分支中的m個(gè)推力器模塊，若一個(gè)分支系統(tǒng)中可正常工作的推力器模塊不足m個(gè)時(shí)，則在另一個(gè)分支中選取剩余數(shù)量的正常工作的推力器模塊，組成共m個(gè)推力器模塊；若屬于一個(gè)分支的推力器模塊的故障被排除，則重新啟用復(fù)原的推力器模塊，關(guān)閉已經(jīng)選用的屬于不同分支的推力器模塊.

3 故障狀態(tài)下的重組技術(shù)的特點(diǎn)

與以往的推進(jìn)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，改進(jìn)了原有推進(jìn)分系統(tǒng)中單分支單一工作模式，實(shí)現(xiàn)了雙分支電源模塊、推力器驅(qū)動(dòng)模塊及推力器模塊的組合多元化，使衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)的電源模塊、推力器驅(qū)動(dòng)模塊及推力器模塊實(shí)現(xiàn)交叉?zhèn)浞荩岣吡诵l(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)能力.具體表現(xiàn)在：

衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)推力器模塊可由A、B雙分支二次電源交叉供電，實(shí)現(xiàn)了電源模塊的供電.

當(dāng)A、B分支某一路推力器模塊出現(xiàn)非推進(jìn)劑泄漏故障或推進(jìn)劑閥門關(guān)不死的故障時(shí)，可通過重組技術(shù)將這一路的推力器模塊斷開，停止使用，用另一分支相對(duì)應(yīng)的推力器模塊替代工作，實(shí)現(xiàn)了推力器模塊的復(fù)用.

當(dāng)因上述故障發(fā)生后斷開的推力器模塊的故障被排除時(shí)，可通過重組技術(shù)中的恢復(fù)功能，將被斷開的推力器模塊重新接通使用，恢復(fù)推進(jìn)分系統(tǒng)初始狀態(tài)，在系統(tǒng)重組后，即可實(shí)現(xiàn)故障排除后原推進(jìn)分系統(tǒng)某分支功能的復(fù)原.

4 故障模式下推進(jìn)分系統(tǒng)重組技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

推進(jìn)分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中有A、B兩個(gè)功能完全獨(dú)立的分支，其中A分支由一路電源模塊、n個(gè)推力器驅(qū)動(dòng)模塊及與n個(gè)推力器模塊組成，B分支亦由一路電源模塊、n個(gè)推力器驅(qū)動(dòng)模塊及與n個(gè)推力器模塊組成.A、B分支的電源模塊、推力器驅(qū)動(dòng)模塊及推力器模塊完全獨(dú)立，當(dāng)A、B分支上述模塊發(fā)生不同類雙重故障時(shí)，且故障不在同一分支中時(shí)，可通過推進(jìn)分系統(tǒng)重組功能將A、B分支的各個(gè)模塊進(jìn)行重組，組成一個(gè)功能完整的新分支進(jìn)行工作.

圖1 故障狀態(tài)下重組技術(shù)方案示意圖

可重構(gòu)的衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)如圖1所示.下面以n=m=6進(jìn)行說明，但具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，同樣可考慮在n>m的配置情況，其中m代表能滿足衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)正常工作的推力器模塊數(shù)量.

(1)故障模式1

控制系統(tǒng)通過檢測發(fā)現(xiàn)A分支電源模塊故障和B分支推力器模塊故障.此時(shí)控制系統(tǒng)執(zhí)行故障重組指令，完成A分支功放(推力器驅(qū)動(dòng)模塊和推力器模塊)到B分支電源模塊的切換，處理步驟如下：

1)執(zhí)行地面控制，推力器模塊控制端無控制脈沖輸入；

2)接通B分支電源, 斷開A分支電源；

3)關(guān)閉B分支自鎖閥;

4)斷開推力器1B～6B；

5)將A分支功放切換到B分支電源；

6)打開A分支自鎖閥；

7)恢復(fù)星上系統(tǒng)自主控制.

(2)故障模式2

控制系統(tǒng)通過檢測發(fā)現(xiàn)B分電源模塊故障和A分支推力器模塊故障，此時(shí)執(zhí)行故障重組指令，完成B分支功放到A分支電源模塊的切換，處理步驟如下：

1)執(zhí)行地面控制，推力器模塊控制端無控制脈沖輸入；

2)接通A分支電源，斷開B分支電源；

3)關(guān)閉A分支自鎖閥；

4)斷開推力器1A～6A；

5)將B分支功放切換到A分支電源；

6)打開B分支自鎖閥；

7)恢復(fù)星上系統(tǒng)自主控制.

(3)故障模式3

控制系統(tǒng)通過檢測發(fā)現(xiàn)A、B分支中的電源模塊均正常，但故障發(fā)生在A、B兩個(gè)分支的推力器模塊中.此時(shí)執(zhí)行系統(tǒng)重組功能的條件是推力器模塊發(fā)生故障不是推進(jìn)劑泄漏的故障或推進(jìn)劑閥門關(guān)不死的故障，且A、B兩個(gè)分支中出現(xiàn)故障的推力器模塊的代號(hào)不同，處理步驟如下：

1)執(zhí)行地面控制，推力器模塊控制端無控制脈沖輸入；

2)利用推進(jìn)分系統(tǒng)遙控指令首先斷開故障的推力器模塊，然后保留每個(gè)分支中1A至6A(和1B至6B)中能完成控制功能的6個(gè)推力器模塊，組成一個(gè)混合分支；

3)恢復(fù)星上系統(tǒng)自主控制.

(4)故障模式4

當(dāng)A分支電源正常，B分支電源有故障，故障發(fā)生在A、B兩個(gè)分支的推力器模塊中.此時(shí)執(zhí)行系統(tǒng)故障重組功能的條件是推力器模塊故障不是推進(jìn)劑泄漏的故障或推進(jìn)劑閥門關(guān)不死的故障，且A、B兩個(gè)分支種出現(xiàn)故障的推力器模塊代號(hào)不同，處理步驟如下：

1)執(zhí)行地面控制，推力器模塊控制端無控制脈沖輸入；

2)接通A分支電源，斷開B分支電源；

3)將B分支功放切換到A分支電源；

4)利用推進(jìn)分系統(tǒng)遙控指令首先斷開故障的推力器模塊，然后保留每個(gè)分支中1A至6A(和1B至6B)中能完成控制功能的6個(gè)推力器模塊，組成一個(gè)混合分支；

5)恢復(fù)星上系統(tǒng)自主控制.

(5)故障模式5

當(dāng)B分支電源正常，A分支電源有故障，故障發(fā)生在A、B兩個(gè)分支的推力器模塊中，此時(shí)執(zhí)行系統(tǒng)故障重組功能的條件是推力器模塊故障不是推進(jìn)劑泄漏的故障或推進(jìn)劑閥門關(guān)不死的故障，且A、B兩個(gè)分支種出現(xiàn)故障的推力器模塊代號(hào)不應(yīng)相同，處理步驟如下：

1)執(zhí)行地面控制，推力器模塊控制端無控制脈沖輸入；

2)接通B分支電源，斷開A分支電源；

3)將A分支功放切換到B分支電源；

4)利用推進(jìn)分系統(tǒng)遙控指令首先斷開故障的推力器模塊，然后保留每個(gè)分支中1A至6A(和1B至6B)中能完成控制功能的6個(gè)推力器模塊，組成一個(gè)混合分支；

5)恢復(fù)星上系統(tǒng)自主控制.

5 故障狀態(tài)下的重組技術(shù)的推廣應(yīng)用

本推進(jìn)分系統(tǒng)故障狀態(tài)下的重組技術(shù)可推廣應(yīng)用于采用雙組元推進(jìn)分系統(tǒng)的衛(wèi)星中，使衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)的電源模塊、推力器驅(qū)動(dòng)模塊及推力器模塊實(shí)現(xiàn)交叉?zhèn)浞荩瑥亩岣咝l(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)的故障應(yīng)對(duì)能力.

此技術(shù)目前已經(jīng)成功應(yīng)用于導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)中， 16顆導(dǎo)航衛(wèi)星均成功發(fā)射，為衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)出現(xiàn)在軌故障時(shí)實(shí)現(xiàn)故障定位、故障地面復(fù)現(xiàn)及后續(xù)飛行任務(wù)保障預(yù)案的制定及實(shí)施提供支持，并為任務(wù)的成功完成做出貢獻(xiàn).

6 結(jié)束語

導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)故障狀態(tài)下的重組技術(shù)的成功研制及應(yīng)用提高了導(dǎo)航衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)及同類產(chǎn)品的的故障應(yīng)對(duì)能力，提高了整星的可靠性.該技術(shù)可推廣應(yīng)用于其他衛(wèi)星分系統(tǒng)，為后續(xù)衛(wèi)星的可靠性設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ).

參 考 文 獻(xiàn)

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