航天器預(yù)測與健康管理技術(shù)研究

羅榮蒸 孫波 張雷 劉鶴

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

1 引言

航天器飛行任務(wù)復(fù)雜度高、運(yùn)行環(huán)境惡劣，對系統(tǒng)可靠性和安全性都有極高的要求，實(shí)時監(jiān)控、提前預(yù)警和自主智能管理將是未來航天器的主流發(fā)展方向。

預(yù)測與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技術(shù)是一項(xiàng)根據(jù)系統(tǒng)歷史狀態(tài)和環(huán)境因素，評估當(dāng)前健康狀態(tài)、確定未來故障發(fā)生時間、計(jì)算有效壽命，以降低系統(tǒng)故障風(fēng)險、保證可靠性的通用技術(shù)［1］。PHM 系統(tǒng)一般需要完成故障檢測、故障鑒定與隔離、故障預(yù)測、健康評估和決策建議等功能［2］。

PHM 技術(shù)是在美國國防部（DoD）和美國國家航空航天局（NASA）的大力推動下不斷發(fā)展、成熟起來的［3］，其發(fā)展過程可大致分為可靠性分析、故障分析與預(yù)測、綜合診斷與系統(tǒng)監(jiān)控、綜合系統(tǒng)故障預(yù)測和健康管理5個階段，起源要追溯到20 世紀(jì)50年代和60年代可靠性理論、環(huán)境試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)以及質(zhì)量方法的誕生；70年代出現(xiàn)了診斷故障源和故障原因的技術(shù)，PHM 技術(shù)的發(fā)展已初露端倪；從80年代后期至90年代，綜合診斷技術(shù)在美國航空航天研究領(lǐng)域盛行［4］，NASA 也于90年代初期適時提出了飛行器健康監(jiān)控（Vehicle Health Monitoring，VHM）的概念［5］；20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，NASA 引入了綜合系統(tǒng)健康管理（Integrated Vehicle Health Management，IVHM ）的概念，以支持新一代可重復(fù)使用運(yùn)載器（Reusable Launch Vehicle，RLV）的高性能要求［6］。進(jìn)入21世紀(jì)，各領(lǐng)域的PHM 系統(tǒng)相繼問世，推動著PHM 技術(shù)日益成熟并向?qū)嵱没较虬l(fā)展。

本文概述了PHM 基本結(jié)構(gòu)和通用方法，隨后總結(jié)了星地閉環(huán)的航天器PHM 體系結(jié)構(gòu)和各個功能層級的關(guān)鍵技術(shù)，并對我國航天器PHM 技術(shù)的發(fā)展提出了建議?！?br>