載人航天器在軌測試標準實施應用軟件設計

尹玉梅 郭晉媛 谷瀚天 王維鑫

1.北京空間科技信息研究所；2.中國空間技術研究院

航天器在軌測試是航天器從運載火箭起飛開始至交付使用之前在主動段、轉移軌道段以及位置定點后對航天器功能和性能指標開展的一系列測試。通過在軌測試可全面獲取航天器在經歷發射直至入軌以后各種工作狀態下的功能和性能指標參數。相關測試數據一方面將用于確認航天器的功能、性能是否滿足研制要求；另一方面將用于確認航天器與測控系統、應用系統等的接口協調性和匹配性。載人航天器的任務特點與衛星有兩個不同點：一是載人航天器沒有交付用戶使用的階段；二是載人航天器全程均為任務階段，沒有專門的在軌測試階段。針對這兩個特點，載人航天器在軌測試的目的是為了在任務使用前提前驗證關鍵功能性能是否正常，從而能更可靠地完成相應任務，并不是為了交付用戶。

現階段，我國載人航天器主要包括載人飛船、貨運飛船以及空間站。由于不同載人航天器的功能和任務不同，其在軌測試條件、測試項目、測試時機和測試方法要求等存在一定的差異。目前與之配套的相的標準主要有GJB 9098.9-2017《航天器在軌測試方法 第9 部分：載人飛船》、GJB 9098.11-2020《航天器在軌測試方法 第11 部分：空間站》、GJB 9098.12-2020《航天器在軌測試方法 第12 部分：貨運飛船》3 項，共同構成我國載人航天器在軌測試方法，有效規范和指導了我國載人航天器在軌測試工作。標準的生命和價值在于實施應用，而如何保證標準“好用”也是標準實施的重要內容。

一、載人航天器在軌測試特點及標準實施應用現狀

1.載人航天器在軌測試特點

載人飛船是用于天地往返運輸人員和物資的載人航天器，既可留軌觀測，又可作為交會對接飛行器，滿足天地往返的需求。載人飛船在軌測試是對在軌運行的載人飛船功能和性能進行的驗證性測試，其目的是為了在任務使用前驗證關鍵功能性能是否正常，從而能更可靠地完成交會對接、?？亢头祷厝蝿?。

貨運飛船作為貨物運輸平臺，其在軌測試是通過平臺在軌測試，對貨運飛船交會對接、推進補加等設備進行狀態確認和檢查，以更可靠地完成任務。部分飛船搭載的有效載荷和上行貨物具備在軌測試能力，通過有效載荷和貨物接口在軌測試，對貨運飛船與搭載有效載荷、上行貨物間供電、信息接口等進行測試和監測。

空間站在軌運行期間，由載人飛船往返運送航天員完成乘組輪換，由貨運飛船完成物資補給和廢棄物下行?？臻g站在軌測試是在特定時機進行的以確認空間站在軌功能、性能指標與任務要求符合性的測試?？臻g站屬于長期在軌自主飛行、長期有人照料的空間飛行器，在軌飛行過程中長期處于長管模式的自主運行階段，需要利用在軌測試對平臺功能進行檢查。同時，空間站需要支持交會對接任務和航天員在軌駐留任務，在執行任務前，需要對執行任務的功能（包括交會對接功能和航天員駐留支持功能）進行在軌測試，以便能夠順利開展后續任務。

由于載人飛船、貨運飛船和空間站的任務不同，其在軌測試項目、測試時機和測試周期/頻率都存在差異，特別是空間站后續長期處于運行階段，定期巡檢是其顯著特點之一。在后續空間站運行階段，載人飛船、貨運飛船需要與空間站多次進行交會對接，執行相應任務，并形成組合體狀態進行相應的在軌測試，需要在執行關鍵任務/操作時，對多平臺進行在軌測試。各載人航天器在軌測試狀態主要可以分為空間站自身測試、貨運飛船自身測試、載人飛船自身測試、貨運飛船與空間站組合體狀態測試、載人飛船與空間站組合體狀態測試。在載人航天器在軌測試項目匹配方案設計時可以考慮各類型的組合關系。

2.載人航天器在軌測試標準實施應用現狀

在載人航天器在軌測試任務具體實施前，首先由載人航天器系統（載人飛船、貨運飛船和空間站系統）根據每次任務應用場景，根據3 項國軍標內容進一步細化，明確相應在軌測試目的、在軌測試項目及測試方法等，制定專門的在軌測試指令；其次將在軌測試指令以特定的數據格式/形式導出傳遞給測控通信系統；最后由測控通信系統在形成相關操作指令后注入載人航天器執行在軌測試操作。在執行在軌測試過程中，載人航天器在軌測試數據實時輸入到專用數據處理設備。在整個載人航天器在軌測試工作中，存在大量的重復性工作，且自動化程度不高，中間過程易于出錯，效率不高。

二、載人航天器在軌測試標準實施應用軟件功能設計

本文根據載人航天器在軌測試工作實際需求，選擇基于標準內容開展“軟件設計”，作為在軌測試標準實施應用重要工具手段。

1.軟件應用時機

載人航天器在軌測試標準應用軟件應用時機如下。在軌測試具體操作實施前，輔助載人航天器系統依據具體任務應用場景，利用軟件模塊，智能匹配生成載人航天器在軌測試項目匹配方案（包括任務應用場景—測試時機—測試條件—測試目的—測試項目及方法等）。在軌測試結束后總結，利用本軟件“一鍵生成”在軌測試報告。經驗知識分享，利用本軟件學習標準內容以及以往有價值的在軌測試及數據分析經驗信息。

2.軟件實現功能

以載人飛船、貨運飛船、空間站在軌測試等3 項國軍標內容為核心，與載人航天器在軌測試工作深度融合，載人航天器在軌測試標準實施應用軟件可實現如下功能。一是建立載人飛船、貨運飛船和空間站在軌測試項目“模塊集合”，針對載人航天器不同的任務應用場景，實現在軌測試項目多模塊配置（手動+自動），快速生成相應載人航天器在軌測試智能匹配方案，規范在軌測試工作內容及流程，將繁瑣復雜工作進一步簡化，降低出錯率，提高與測控通信系統間數據傳遞效率。二是針對當前載人航天器在軌測試大量重復性工作，建立文件模板（如測試報告），實現一鍵調用，提高在軌測試工作效率。三是建立載人航天器在軌測試工作經驗分享庫，有利于經驗知識固化、傳遞、共享和利用。四是建立標準內容解讀功能，可作為標準宣貫平臺，面向特定人群，以更加靈活高效的方式開展標準宣貫，進而促進標準貫徹實施。載人航天器在軌測試標準實施應用軟件在具體工作中的應用示意見圖1。

圖1 載人航天器在軌測試標準實施應用軟件在軌測試工作中應用示意

3.載人航天器在軌測試智能匹配方案設計

堅持“模塊化+可配置”的思路，根據前述分析載人飛船、貨運飛船和空間站3 類載人航天器任務特點，結合載人航天器在軌測試3 項國軍標具體內容，將任務應用場景、測試時機、測試條件、測試目的、測試項目及對應測試方法等劃分為多個模塊（最小單元），見表1。

表1 模塊集合及模塊（最小單元）示例

將模塊進行相關配置，組合調用后可匹配形成若干載人航天器在軌測試項目匹配方案（見圖2）。根據載人航天在軌測試5 類狀態，給出空間站自身測試、貨運飛船自身測試、載人飛船自身測試、貨運飛船與空間站組合體狀態測試和載人飛船與空間站組合體狀態測試等5 類匹配方案的模板樣例。

圖2 載人航天器在軌測試項目匹配方案示意圖

4.載人航天器在軌測試報告生成設計

載人航天器在軌測試報告應包括測試項目、測試時間、測試時機、測試條件、測試目的、測試方法、測試結果、測試結論等內容（見圖3），其中，測試時間、測試結果需由專用設備導入相關數據。測試結論是將載人航天器在軌測試結果導入，并由專業技術人員對數據進行分析，與研制總要求進行對比分析，給出相應結論。

圖3 載人航天器在軌測試報告生成原理

5.數據交換功能設計

軟件對載人航天器在軌測試數據進行采集，并提供數據輸入和輸出功能，如載人航天器在軌測試項目匹配方案和在軌測試報告輸出功能；載人航天器在軌測試數據輸入功能等。

6.知識共享功能設計

軟件知識共享功能包括“標準內容解讀”，對載人航天器在軌測試標準等3 項國軍標的重要內容進行解讀，便于標準貫徹實施及方便軟件使用者隨時學習標準內容。另外，對前期典型的在軌測試經驗，進行總結和分享，如在軌數據分析方法，在軌測試項目建議等，給操作人員提供一定的參考指導。

三、結束語

本文以已發布的載人航天器在軌測試方法相關國軍標內容為核心，針對載人飛船、貨運飛船和空間站不同任務應用場景、測試目的、測試時機、測試條件、測試項目及方法等進行“模塊化+可配置”設計，實現載人航天器在軌測試智能匹配方案功能；針對當前載人航天器在軌測試涉及大量重復性工作，建立測試報告模板，實現測試報告生成功能。該設計不僅可以促進相關標準的應用實施，還可利用信息化手段，高效指導標準使用人員，對于提高標準應用效益具有重要意義。