《航天器故障预测与健康管理技术》

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针对航天器全寿命周期高可靠安全运行、自主健康管理需求,开展航天器天地一体化健康管理总体架构,故障诊断预测指标体系与评估方法,系统健康状态评估、故障和寿命预测等技术研究,构建航天器寿命预测与健康管理技术应用验证平台,形成未来航天器设计、测试与运行管理过程中的健康管理解决方案,为中国航天器的健康管理工作提供高性能、高可用性、高可扩展性和高安全性的技术平台,为新一代航天器应用健康管理技术打下坚实的技术基础。

该项目的主要技术创新点如下:

1)针对中国航天器长寿命、高可靠安全运行等重大需求,首次提出了航天器层次化、星地一体化的故障预测与健康管理体系架构,并以导航卫星为对象进行了体系设计,填补了国内导航卫星健康管理体系设计技术的空白,提升了导航卫星的测试与管理精确化水平。

2)针对航天器自身运行状态自感知能力不足、故障特征缺失等问题,提出了基于深度学习的航天器异常状态检测技术,构建基于自主特征学习的航天器典型单机健康基线库,提升了航天器健康管理能力。

3)针对航天器在轨故障预测准确率低的问题,综合利用机器学习与深度学习技术,首次建立了一套针对航天器的故障预测模型集,大幅提高了单机及整星的故障与寿命预测准确率。

4)针对多星组网效能提升、即将到寿航天器延寿分析等需求,首次提出了航天器多级健康状态评价体系,实现了从航天器整体健康水平的定性判断(有无故障)到精细量化(健康指数、健康等级)的重大转变。

5)针对航天器健康管理技术验证问题,首次提出建立适用于航天器健康管理系统的仿真与试验验证方法及平台工具,兼备故障注入与故障趋势注入功能,填补了中国航天器健康管理验证技术的空白。

该项目研究成果迄今已经成功应用于多个系列卫星的多个卫星型号的系统设计、地面测试与在轨管理阶段,每年可为国家创造上亿元的经济效益,而且有助于加速实现中国空间领域技术发展,具有重大的战略意义。其中:

1)项目成果应用于北斗二代导航、北斗三号导航、载人航天系列航天器地面测试过程及在轨运行管理,卫星故障检测率提高了30%以上,故障隔离类提高35%以上,故障分析与决策人力投入降低了20%以上;

2)项目提炼出来的较为通用的预测、诊断方法库算法库以及共性平台技术,为民用客机、轨道交通装备等中国高速交通工具领域提供一体化的健康管理服务,并已经在国产大型客机C919的首飞试飞过程中得到应用,从而为国产飞机的运行保驾护航;

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