載人航天出版工程 運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)最佳實(shí)踐
定 價(jià):98 元
- 作者:宋征宇 胡海峰 劉繼忠著
- 出版時(shí)間:2019/11/1
- ISBN:9787515917221
- 出 版 社:中國(guó)宇航出版社
- 中圖法分類(lèi):V475.1
- 頁(yè)碼:1冊(cè)
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16K
火箭研制充滿(mǎn)挑戰(zhàn),航天發(fā)射風(fēng)險(xiǎn)常在,重復(fù)性故障時(shí)有發(fā)生。因此,需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),以避免發(fā)生付出生命代價(jià)的故障。
他山之石,可以攻玉。該書(shū)結(jié)合載人航天工程運(yùn)載火箭控制任務(wù)需求,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)原理與工程實(shí)踐相結(jié)合,創(chuàng)新性地采用“經(jīng)驗(yàn)一基本原理一應(yīng)用分析”的寫(xiě)作模式,就控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證與確認(rèn)等方面的實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)。該書(shū)期望在抽象概括的經(jīng)驗(yàn)原理和詳細(xì)具體的分析案例之間做好平衡,通過(guò)簡(jiǎn)潔而啟發(fā)性的介紹,使讀者真正汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),進(jìn)而減少或避免該類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生。該書(shū)相關(guān)技術(shù)歷經(jīng)工程任務(wù)應(yīng)用驗(yàn)證,內(nèi)容具有較強(qiáng)的工程價(jià)值。
該書(shū)是國(guó)內(nèi)第一部總結(jié)運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)實(shí)踐的圖書(shū),適合從事運(yùn)載火箭總體和控制系統(tǒng)研制的科研人員、工程技術(shù)人員閱讀,也可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生和本科生的參考教材。
進(jìn)入21世紀(jì),航天技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展,每年火箭的發(fā)射數(shù)量也大幅度地增加,但航天發(fā)射仍然是一件高風(fēng)險(xiǎn)的事件。造成這種高風(fēng)險(xiǎn)的原因,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先,航天技術(shù)的成熟度與其他行業(yè)相比,仍處在一個(gè)相對(duì)較低的水平。“地球是人類(lèi)的搖籃,但人類(lèi)不可能永遠(yuǎn)生活在搖籃中”,人類(lèi)首先要解決在地球上的生存問(wèn)題,然后才會(huì)逐步考慮進(jìn)入太空,進(jìn)入太空所涉及的技術(shù)比一般地面的工程技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)更大,為此工程師研發(fā)了許多先進(jìn)的技術(shù)。這些技術(shù)越先進(jìn),說(shuō)明其得到廣泛應(yīng)用的場(chǎng)合越少,其技術(shù)的成熟度也相對(duì)較低,非常容易發(fā)生故障。其次,空間環(huán)境條件復(fù)雜、惡劣,不確定因素眾多,這增加了航天飛行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的難度。例如,上升段飛行中大量級(jí)的振動(dòng),白天與夜晚交替的極限高溫與低溫條件、嚴(yán)酷的輻射環(huán)境,以及未知的空間環(huán)境等,這些對(duì)設(shè)計(jì)人員均是挑戰(zhàn)。再次,在地面試驗(yàn)中難以真實(shí)地模擬飛行中的工況。這一方面是由于空間環(huán)境不確定因素多,另一方面,即使在一定程度上了解這些因素,也因手段或設(shè)施的限制而難以開(kāi)展驗(yàn)證。例如,火箭箭體結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性,在地面試驗(yàn)中就無(wú)法模擬雙端自由狀態(tài)下的條件。這些都影響了地面試驗(yàn)驗(yàn)證的有效性。
除了技術(shù)因素外,還有一些其他因素會(huì)對(duì)安全產(chǎn)生顯著的影響。航天技術(shù)目前僅掌握在少數(shù)國(guó)家和機(jī)構(gòu)手中,并沒(méi)有像其他工業(yè)(例如汽車(chē)等)技術(shù)形成廣泛的應(yīng)用,從事這項(xiàng)工作的人員相對(duì)較少,這影響了航天技術(shù)的發(fā)展。此外,航天界似乎并沒(méi)有真正地吸取過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),重復(fù)性的問(wèn)題還是時(shí)有發(fā)生。這些通過(guò)實(shí)踐獲取的知識(shí),沒(méi)有能夠被系統(tǒng)性地進(jìn)行總結(jié)。事實(shí)上,由于故障案例往往非常具體且零散,系統(tǒng)總結(jié)的難度也較大,而成功的經(jīng)驗(yàn)也由于容易被忽視而導(dǎo)致“成功之后的失敗”。
本書(shū)是作者結(jié)合數(shù)十年的工程經(jīng)驗(yàn),期望形成較為全面而實(shí)用、針對(duì)運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的“最佳實(shí)踐”。運(yùn)載火箭的控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的故障,曾經(jīng)是火箭飛行失敗的主要原因。而隨著控制技術(shù)的快速發(fā)展及控制設(shè)備整體水平的提高,以及在經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)方面有效的總結(jié)和舉一反三,控制系統(tǒng)的故障率呈顯著下降的趨勢(shì);這不僅在國(guó)外,在國(guó)內(nèi)也成為非常明顯的趨勢(shì)?刂葡到y(tǒng)還逐漸被要求能夠在其他系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下,盡可能適應(yīng)或者彌補(bǔ)損失。因此,對(duì)控制系統(tǒng)最佳實(shí)踐的總結(jié),有利于火箭的其他分系統(tǒng)借鑒參考。
世界各國(guó)的航天界均非常重視最佳實(shí)踐,各國(guó)所遵循的標(biāo)準(zhǔn),可以理解為最佳實(shí)踐的總結(jié)和提煉。中國(guó)航天界針對(duì)產(chǎn)品在系統(tǒng)級(jí)測(cè)試至飛行中暴露出來(lái)的故障而制定的“故障歸零五條標(biāo)準(zhǔn)”,是對(duì)國(guó)際航天界的重大貢獻(xiàn),且已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)!肮收蠚w零五條標(biāo)準(zhǔn)”中的舉一反三,就是要求全體設(shè)計(jì)和管理隊(duì)伍要針對(duì)某具體問(wèn)題的原因查找是否也存在于自身負(fù)責(zé)的項(xiàng)目中。在美國(guó),NASA以及空軍均有經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)(lessons learned)和最佳實(shí)踐(best practice)的總結(jié),有些總結(jié)是隨著新案例的出現(xiàn)而持續(xù)增加的,也有一些是針對(duì)某個(gè)具體項(xiàng)目而進(jìn)行的專(zhuān)項(xiàng)總結(jié);美國(guó)的航天公司也有類(lèi)似的管理方法。此外,歐洲空間局(ESA)、日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)等也都有相應(yīng)的質(zhì)量檢查活動(dòng)。盡管如此,在大多數(shù)的總結(jié)中,或者問(wèn)題十分具體,使得讀者難以觸類(lèi)旁通;或者是高度提煉的描述,難以形成啟發(fā)性的思考和共鳴。
本書(shū)共分為5章。在第1章的概述中,主要對(duì)世界范圍內(nèi)航天發(fā)射失效問(wèn)題的分布和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,并簡(jiǎn)要介紹了國(guó)外同行在最佳實(shí)踐方面所開(kāi)展的工作和部分成果。從近年來(lái)的各種故障案例看,火箭的整體可靠性在提升,控制系統(tǒng)的故障比例也逐漸下降;但低層次問(wèn)題,例如極性錯(cuò)誤等,仍時(shí)有發(fā)生。由于控制系統(tǒng)的重要性,這些低層次質(zhì)量問(wèn)題也可能造成任務(wù)徹底失敗,因此值得關(guān)注。
第1章 概述
1.1 航天發(fā)射的風(fēng)險(xiǎn)
1.1.1 失效原因和失效模式
1.1.2 世界范圍內(nèi)失效問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)和趨勢(shì)
1.2 國(guó)外最佳實(shí)踐的研究成果
1.2.1 美國(guó)航天機(jī)構(gòu)和企業(yè)的研究成果
1.2.2 歐洲空間局的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)系統(tǒng)
1.2.3 日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)控制與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
第2章 航天系統(tǒng)工程技術(shù)
2.1 航天系統(tǒng)工程簡(jiǎn)介
2.1.1 系統(tǒng)工程的基本概念及其在GNC中的應(yīng)用
2.1.2 GNC技術(shù)在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用
2.2 基于模型的系統(tǒng)工程
2.2.1 MBSE的基本概念
2.2.2 MBSE的實(shí)現(xiàn)
2.3 商業(yè)航天的挑戰(zhàn)
2.4 中國(guó)航天系統(tǒng)工程的實(shí)踐
2.4.1 雙五條歸零
2.4.2 載人航天運(yùn)載火箭軟件工程化實(shí)踐
參考文獻(xiàn)
第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程
3.1.1 需求的分解
3.1.2 設(shè)計(jì)迭代
3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要素
3.2.1 最佳實(shí)踐
3.2.2 基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)控制
3.3 案例分析
3.3.1 迭代制導(dǎo)對(duì)故障的適應(yīng)性
3.3.2 姿控系統(tǒng)的魯棒性設(shè)計(jì)
3.3.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)
第4章 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)
4.1 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的基本流程
4.2 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的基本要素
4.2.1 最佳實(shí)踐
4.2.2 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮
4.2.3 面向制造的設(shè)計(jì)
4.3 案例分析
4.3.1 抗干擾設(shè)計(jì)
4.3.2 瞬態(tài)過(guò)程的控制
4.3.3 潛通路的分析
4.3.4 工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)
第5章 驗(yàn)證與確認(rèn)
5.1 驗(yàn)證與確認(rèn)的基本流程
5.2 驗(yàn)證與確認(rèn)的基本要素
5.2.1 最佳實(shí)踐
5.2.2 產(chǎn)品檢查/檢驗(yàn)
5.2.3 像飛行一樣測(cè)試
5.3 案例分析
5.3.1 試驗(yàn)方案的確定
5.3.2 數(shù)據(jù)的分析
參考文獻(xiàn)
附錄 NASA GNC最佳實(shí)踐
參考文獻(xiàn)