由于空間中的空間碎片數(shù)目日益增多,航天器受到空間碎片撞擊的概率不斷增大,從而導(dǎo)致航天器有很高的概率因空間碎片的撞擊而失效。由于在空間碎片環(huán)境中,衛(wèi)星整星的失效往往是由于部組件被撞擊受損而導(dǎo)致的,因此,為了提高衛(wèi)星在空間碎片環(huán)境中的生存能力,需要找到衛(wèi)星中的重要部組件,并對其進(jìn)行合理布局,提高整星在空間碎片環(huán)境中的生存能力。本文主要研究了基于可靠性分析的衛(wèi)星布局優(yōu)化方法。在本文中主要進(jìn)行了兩個方面的工作,第一個方面是通過對衛(wèi)星進(jìn)行可靠性分析找出衛(wèi)星中的薄弱環(huán)節(jié)以及對衛(wèi)星任務(wù)成敗至關(guān)重要的部組件;另一方面是建立了空間碎片環(huán)境下航天器部組件布局優(yōu)化模型,并進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的分析研究:利用傳統(tǒng)的故障樹分析法以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法對已經(jīng)建立的衛(wèi)星失效模型進(jìn)行分析,從中可以計(jì)算出各個底事件的相對概率重要度,以及各個根節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率,這兩個值都可以很好的描述衛(wèi)星中各個部組件的重要程度,從而確定衛(wèi)星中的薄弱環(huán)節(jié)。針對傳統(tǒng)故障樹只能進(jìn)行二態(tài)情況分析這一缺點(diǎn),以模糊理論為基礎(chǔ)建立了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。以模糊理論為基礎(chǔ)建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以很好的處理多態(tài)故障情況,對故障狀態(tài)有更加準(zhǔn)確而細(xì)致的描... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SSN截至2020年2月編目在冊的空間碎片數(shù)量[4]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-圖1-2歐空局“哨兵-1A”在軌遭遇碎片撞擊導(dǎo)致功能下降[5]如果航天器的防護(hù)結(jié)構(gòu)被擊穿，則會對航天器內(nèi)部部組件造成不利影響，此時需要對航天器內(nèi)部的部組件的受損情況進(jìn)行詳盡分析。在航天器系統(tǒng)的組成中，有些部件對航天器任務(wù)的成功至關(guān)重要，而另一些則不然，比如存在備份的飛輪與陀螺等機(jī)構(gòu)。在這種情況下，需要對航天器內(nèi)部的部組件的布局進(jìn)行合理的優(yōu)化，在保證任務(wù)實(shí)施的情況下，將非重要的部組件放置于外側(cè)，從而提高任務(wù)的成功概率。1.2國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析1.2.1可靠性分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可靠性分析作為一種衛(wèi)星評估方法有十分重要的應(yīng)用價值[7]。其常用的分析方法有故障樹分析法以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法。我國衛(wèi)星的可靠性分析仍然沿用上世紀(jì)七、八十年代的方法，存在分析結(jié)果準(zhǔn)確率不高、相對保守的缺陷，已經(jīng)不再適合我國衛(wèi)星研制的需要，因此對于新的可靠性分析方法的探索、研究和應(yīng)用已經(jīng)勢在必行[8]。在目前的故障樹分析法的研究進(jìn)展中，主要有以下幾種類型的故障樹：傳統(tǒng)的故障樹分析方法、模糊故障樹分析[9]、以及T-S故障樹分析[10]。傳統(tǒng)的故障樹分析方法(FaultTreeAnalysis，F(xiàn)TA)是一種對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析的有效工具，在衛(wèi)星可靠性分析過程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[11]，但是由于傳統(tǒng)的故障樹具有二態(tài)性質(zhì)的不足，因而宋華等人提出了T-S故障樹分析法[10]。T-S故障樹分析法解決了傳統(tǒng)故障樹中只能描述二態(tài)故障、難以描述故障機(jī)理等不足等缺點(diǎn)。NASA在上世紀(jì)60年代，在故障診斷的基礎(chǔ)上，對航天器設(shè)備增加了故障預(yù)測技術(shù)[12]。在目前的研究中，為了利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理，進(jìn)行了故障樹向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)化[13]，也可以將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)與故障樹結(jié)合起來進(jìn)行

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-析，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-3MetOp衛(wèi)星[24]以防護(hù)費(fèi)用及失效風(fēng)險(xiǎn)組成的生存力S(Survivability)作為優(yōu)化目標(biāo)，即：1fICCSNC(1-5)其中，fN表示失效數(shù)，ICCC表示生命周期費(fèi)用，包括發(fā)射、制造費(fèi)用（含防護(hù)費(fèi)用）。在英國學(xué)者的計(jì)算過程中，采用了遺傳算法作為主要的優(yōu)化算法[25]，也為本文優(yōu)化算法的選取提供了思路。中國空間技術(shù)研究院的載人航天總體部的周奉香[26]研究了設(shè)備外形與布局優(yōu)化之間的關(guān)系，闡述了航天器的總體布局應(yīng)該在符合任務(wù)需求的情況下，找到合理的布局方式。文中給出了幾種典型的布局方式，為本文之后的研究提供了借鑒。大連理工大學(xué)的孫治國[27]也進(jìn)行了相應(yīng)的布局研究。在他的研究中，他不但考慮了內(nèi)部部組件之間的相容性以及空間的約束問題，另一方面，還考慮了內(nèi)部部件之間的性能約束條件。例如整星的平衡性、慣性等方面，也為本文之后的研究提供了借鑒。除此之外，李瑞等[28]在飛機(jī)座艙操縱裝置空間優(yōu)化方面的研究，以及張曉燕等[29]對微小衛(wèi)星的模態(tài)分析，還有彭燦等[30]在載人航天器中有關(guān)熱控布局的研究都對本文在布局優(yōu)化上的研究有借鑒意義。從崔鋒哲[31]以及黃振東[32]等的研究中可以知道，協(xié)同進(jìn)化這一方法也可以應(yīng)用于研究中，為之后的研究提供了一種研究思路。國防科技大學(xué)的秦政[33]也對空間碎片環(huán)境下的布局問題做了一定的研究，但是其對衛(wèi)星中各個部組件的重要程度并未進(jìn)行詳盡分析，由此得出的布局方案并不是十分完備。1.2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述簡析綜合近年來國內(nèi)外對航天器在空間碎片環(huán)境中可靠性方面的研究以及優(yōu)化方面的研究，可以得到如下結(jié)論：首先，空間碎片環(huán)境中的航天器優(yōu)化設(shè)計(jì)國內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了大量的研究工作，

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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[2]考慮空間碎片影響的航天器風(fēng)險(xiǎn)評估與設(shè)備布局設(shè)計(jì)[D]. 秦政.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
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本文編號：3391378