航天器預測與健康管理技術研究

羅榮蒸 孫波 張雷 劉鶴

（北京空間飛行器總體設計部，北京 100094）

1 引言

航天器飛行任務復雜度高、運行環境惡劣，對系統可靠性和安全性都有極高的要求，實時監控、提前預警和自主智能管理將是未來航天器的主流發展方向。

預測與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技術是一項根據系統歷史狀態和環境因素，評估當前健康狀態、確定未來故障發生時間、計算有效壽命，以降低系統故障風險、保證可靠性的通用技術［1］。PHM 系統一般需要完成故障檢測、故障鑒定與隔離、故障預測、健康評估和決策建議等功能［2］。

PHM 技術是在美國國防部（DoD）和美國國家航空航天局（NASA）的大力推動下不斷發展、成熟起來的［3］，其發展過程可大致分為可靠性分析、故障分析與預測、綜合診斷與系統監控、綜合系統故障預測和健康管理5個階段，起源要追溯到20 世紀50年代和60年代可靠性理論、環境試驗和系統試驗以及質量方法的誕生；70年代出現了診斷故障源和故障原因的技術，PHM 技術的發展已初露端倪；從80年代后期至90年代，綜合診斷技術在美國航空航天研究領域盛行［4］，NASA 也于90年代初期適時提出了飛行器健康監控（Vehicle Health Monitoring，VHM）的概念［5］；20世紀末到21世紀初，NASA 引入了綜合系統健康管理（Integrated Vehicle Health Management，IVHM ）的概念，以支持新一代可重復使用運載器（Reusable Launch Vehicle，RLV）的高性能要求［6］。進入21世紀，各領域的PHM 系統相繼問世，推動著PHM 技術日益成熟并向實用化方向發展。

本文概述了PHM 基本結構和通用方法，隨后總結了星地閉環的航天器PHM 體系結構和各個功能層級的關鍵技術，并對我國航天器PHM 技術的發展提出了建議。……