Особенности экспериментальной отработки и обеспечения надежности КА мониторинга, связи и навигации.

Назначение экспериментальной отработки

Экспериментальная отработка КА мониторинга, связи и навигации предназначена для:

-выбора или уточнения технических решений по конструкции, техническим характеристикам и функционированию КА с учетом назначения и особенностей целевой аппаратуры;

-квалификации аппаратуры бортовых систем и бортового программного обеспечения;

-отработки конструкторской, технологической и эксплуатационной документации.

Экспериментальная отработка предназначена в основном для всех вновь создаваемых, модернизируемых и дорабатываемых изделий, а также заимствуемых изделий, для которых изменены условия функционирования и эксплуатации. С целью обеспечения выполнения в полном объеме требований, предъявляемых техническим заданием, необходимый и достаточный объем и методология экспериментальной отработки отдельных бортовых систем и КА в целом определяется соответствующим разработчиком на основании действующей нормативно-технической документации и исходя из заданных режимов функционирования и условий эксплуатации, а также новизны разработки. Экспериментальная отработка КА и его бортовых систем, как правило, проводится последовательно, в соответствии со стадиями создания.

Условия проведения испытаний должны охватывать весь диапазон заданных требований по режимам функционирования, условиям эксплуатации, транспортировки и хранения (с учетом возможностей испытательного оборудования) и обеспечивать получение результатов с высокой степенью достоверности. Испытания должны быть ориентированы на максимально полное выявление ненадежных элементов, а также критичных условий их работы (проведение ресурсных испытаний, проверка работоспособности при имитации нештатных и аварийных ситуаций и физическом моделировании отказов, определение запасов работоспособности по основным параметрам). Должен быть проведен детальный анализ причин каждого выявленного дефекта, разработка и внедрение мероприятий по их полному устранению. Все доработки, произведенные с целью устранения замечаний, выявленных при наземной отработке, должны полностью исключать возможность повторения подобных замечаний при эксплуатации. Оценка результатов экспериментальной отработки должна проводиться с учетом степени соответствия условий испытаний КА и его бортовых систем условиям его целевого применения. Критерием завершенности экспериментальной отработки КА и его бортовых систем является подтверждение выполнения всех требований технического задания, например, подтверждение:

- реализации заданных значений параметров и характеристик КА;

- способности выполнения бортовыми системами всех предусмотренных техническими заданиями функциональных задач;

- соответствия требованиям по обеспечению надежности несущей способности (стойкости) конструкции и радиоэлектронной аппаратуры к эксплуатационным нагрузкам и внешним воздействиям;

- способности парирования аппаратурой и агрегатами последствий расчетных нештатных ситуаций;

-отсутствия не устраненных конструктивных отказов, а также экспериментальное подтверждение эффективности и достаточности мероприятий по предотвращению повторного проявления отказов, обнаруженных при испытаниях.

Содержание экспериментальной отработки

Типовые работы при экспериментальной отработке КА мониторинга, связи и навигации и его бортовых систем на всех этапах создания КА включают:

-исследования;

-автономная отработка аппаратуры;

-стыковочные испытания;

-комплексная отработка бортовых систем и КА в целом.

Необходимость исследований определяется разработчиком аппаратуры, если принимаются новые технические решения.

Автономную отработку проходят все виды вновь разработанной или дорабатываемой аппаратуры, а также аппаратуры, заимствуемое с других КА без доработки, но к которым предъявляются более жесткие требования в части условий эксплуатации или требований надежности. По завершении автономной отработки проводится квалификация, включающая испытания для подтверждения соответствия параметров изделий требованиям технического задания. Образцы заимствуемой и дорабатываемой аппаратуры проходят квалификационные испытания. Необходимость дополнительных испытаний аппаратуры на радиационную стойкость определяется по результатам расчетов. Автономная отработка программного обеспечения проводится на наземных комплексах отладки при автономных испытаниях технических средств, для которых оно предназначено, и в отдельных случаях - на совместимых вычислительных средствах общего назначения. Комплексная отработка программного обеспечения проводится с использованием наземных комплексов отладки на стадии наземных комплексных испытаний.

Типовой перечень испытаний КА мониторинга, связи и навигации включает:

-проектно-конструкторское макетирование;

-вибродинамические испытания, включая испытания на синусоидальные вибрации, акустические и ударно-импульсные испытания;

-испытания на функционирование;

-тепловые испытания и испытания на термоциклирование;

-радиотехнические испытания, испытания на электромагнитную совместимость и электростатический разряд.

Для проведения таких испытаний на уровне КА изготавливаются соответствующие макеты и стенды.

Для проверки возможности практической интеграции КА с РН и подтверждения работоспособности их механических интерфейсов и отработки процессов разделения предусматриваются квалификационные испытания макета КА совместно с элементами космической головной части (КГЧ).

На летном образце КА проводятся;

-комплексные электрические испытания в контрольно-испытательной станции (КИС);

-акустические испытания (без включения аппаратуры);

-тепловые контрольные испытания и термоциклирование;

-испытания в безэховой камере на электромагнитную совместимость и электростатический разряд, а также испытания радиолинии);

-чистовые электрические испытания;

-совместные испытания с наземным комплексом управления (НКУ).

Предварительный цикл электрических испытаний, а также акустические и тепловакуумные испытания проводятся с технологическим макетом целевой аппаратуры. Далее проводится окончательная интеграция КА и его дальнейшие испытания в летной конфигурации.

Акустическим испытаниям подвергается КА с технологическим макетом целевой аппаратуры для подтверждения отсутствия или выявления скрытых случайных производственных дефектов и для проверки вновь образованных связей после сборки КА.

Во время контрольных тепловых испытаний должны быть выполнены испытания на соответствие характеристикам, как минимум, один раз на каждой из предельных температур. Во время термоциклирования проводится оценка запасов по перегреву и переохлаждению КА относительно максимальных и минимальных температур соответственно, полученных при контрольных тепловых испытаниях.

Перед испытаниями КА в безэховой камере проводится замена технологического макета целевой аппаратуры на летный экземпляр.

Заключительные испытания КА включают:

-определение массовых характеристик, определение положения центра масс;

-проверку характеристик функционирования системы энергоснабжения при заряде-разряде аккумуляторных батарей;

-подтверждение функционирования подвижных элементов конструкции;

-испытания ДУ на герметичность в вакуумной камере;

-юстировку (подтверждение юстировки);

Совместные испытания КА с НКУ проводятся с целью отработки программного обеспечения НКУ в части управления и контроля бортовыми системами КА и отработки наземного тракта передачи информации земными станциями и центром управления полетом.

В основу обеспечения высокой надежности КА мониторинга, связи и навигации и их систем должен быть положен системный подход, предусматривающий комплекс мероприятий, реализующих принципы обеспечения требуемого уровня надежности и качества.

К основным принципам можно обеспечения требуемого уровня надежности можно отнести:

- «встраивание» свойства надежности в процессе создания КА по сквозному циклу «проектирование – производство – экспериментальная отработка»;

- обеспечение гарантированного уровня надежности КА по сквозному циклу «проектирование – производство – эксплуатация»;

- последовательное снятие неопределенности при обеспечении и оценке показателей надежности с учетом обобщения предыдущих разработок.

Принцип «встраивания» свойства надежности в процессе создания бортовых систем и агрегатов КА состоит в реализации комплекса методов обеспечения надежности на основе средств моделирования, проектирования, изготовления, экспериментальной отработки и испытаний. Реализация данного принципа позволяет решить вопросы поиска и выбора как оптимальной стратегии создания высоконадежных бортовых систем КА, так и оптимальных методов максимального исключения внутренних неисправностей на различных иерархических уровнях бортовых систем.

Принцип обеспечения гарантированного уровня надежности КА по сквозному циклу «проектирование – производство – эксплуатация» состоит в сравнении и выборе стратегий обеспечения надежности на базе гарантированных значений показателя их эффективности при имеющемся объеме информации. Реализация данного принципа позволяет решить вопросы по выбору наиболее эффективных структурных построений бортовых систем, оптимальных объемов экспериментальной отработки и испытаний в процессе изготовления, программ обеспечения надежности и др.

Использование практической гарантии и вероятностных показателей опирается на опыт принятия повторяющихся решений при создании бортовых систем рассматриваемых КА.

Общность и конструктивность предложенного комплекса мероприятий заключается в нахождении удовлетворительных решений основной задачи обеспечения надежности – выбрать стратегию создания, при которой достигаются наилучшие характеристики надежности по сквозному циклу «проектирование – производство – экспериментальная отработка - испытания».

Общая схема проведения исследований и решения проблемы обеспечения надежности бортовых систем и КА в целом рассматривается комплексно, начиная с проблем надежности элементной базы и до уровня бортовой системы или КА по сквозному циклу «проектирование – производство – экспериментальная отработка - испытания».

Например, решение проблемы срока активного существования бортовых систем с требуемым уровнем надежности на данном этапе времени видится на пути разработки, дальнейшего развития и внедрения ряда следующих подходов, методов и средств создания высоконадежной микроэлектронной аппаратуры:

- широкое внедрение методов моделирования и оценке надежности вновь разрабатываемых отказоустойчивых структур различного иерархического уровня;

- разработка и внедрение новых методов испытаний СБИС, конструктивно-технологических единиц различного иерархического уровня в форсированных режимах, методов оценки, прогнозирования и контроля гарантированных уровней надежности;

- разработка и внедрение в процесс производства бортовых систем эффективных методов производственно - технологических испытаний, обеспечивающих повышение надежности по всем характеристикам одновременно

и других подходов.