低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法

技术领域

本发明涉及载人航天器在轨管理领域，尤其涉及一种低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法。

背景技术

载人航天器属于长期在轨自主飞行、短期或中期有人照料的载人空间飞行器。载人航天器入轨完成平台初始状态设置后，需对平台开展专项在轨测试，对平台入轨后的工作状态进行评估，评估完成后转入长管自主飞行；根据任务规划，后续还需开展交会对接任务、航天员在轨驻留任务以及推进补加等任务，由于这些任务的执行时间距离入轨测试的时间较长，在任务执行前需对任务相关的功能进行专项在轨测试，评估执行后续任务的能力，以便顺利开展后续任务；同时载人航天器在轨长期处于长管模式的自主运行阶段，为确保平台在轨安全稳定运行，需要通过在轨测试定期对平台功能进行检查及状态确认。而且，载人航天器需在轨开展多次交会对接及推进补加任务，其在完成一次任务后，将转入长管模式，等待进行下一次任务，因此需要分阶段进行多次在轨测试。

现有的航天器在轨测试方法主要用于各类卫星，如遥感卫星、通信卫星等，即卫星入轨后按照测试大纲和测试细则对卫星平台和载荷开展功能和性能测试，但卫星完成在轨测试并评估卫星状态正常的情况下即交付用户进行使用，后续一般不再进行在轨测试。

载人航天器在轨测试模式和其它卫星相比有很大的不同，其开展在轨测试是为了执行下阶段的任务，为下阶段的任务能否开展提供依据，需在不同飞行阶段进行多次在轨测试。同时载人航天器由于功能复杂，且在轨需完成的任务模式较多，其对在轨测试需求的频度、测试内容随着任务模式的变化而有所不同，现有卫星的在轨测试方法已无法适应并满足载人航天器在轨开展各种飞行任务的需求。

当前常用的航天器在轨测试方法主要应用于卫星中，一般在卫星入轨后对平台和载荷开展一次在轨测试，确认其功能、性能是否满足要求。现有的技术手段存在以下几个问题：①载人航天器在不同飞行阶段需开展多次在轨测试，如入轨初期的平台测试、每次交会对接任务前的测试、长管期间的定期测试等，需在轨测试的频度较卫星大大增加，现有的卫星在轨测试方法难以适应并满足载人航天器多次开展在轨测试的需求；②载人航天器在轨需完成的任务模式及种类比较多，如需与载人飞船、货运飞船开展多次交会对接任务，需与货运飞船开展多次推进补加任务，需支持航天员多次开展在轨驻留任务等，在每次任务前均需通过在轨测试对平台状态进行评估，以确认是否可以执行后续任务，且不同飞行阶段、不同任务类型下进行在轨测试的项目存在差异，现有的卫星在轨测试方法难以适应载人航天器不同任务类型对在轨测试的需求。

现有的在轨测试方法主要应用于卫星中，而载人航天器的在轨工作模式较卫星存在较大差别，因此现有的卫星在轨测试方法难以适应载人航天器的在轨任务需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种针对低轨长寿命载人航天器不同飞行阶段以及执行不同任务中需要开展多次在轨测试的测试方法。

为实现上述目的，本发明提供一种低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法，包括以下步骤：

a.对航天器进入飞行轨道后进行的在轨测试；

b.对航天器开展交会对接及补加任务前进行的在轨测试；

c.对航天器自主飞行期间进行的在轨测试。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中，对航天器进入飞行轨道后进行在轨测试的项目包括：中继跟踪功能测试、帆板发电能力测试、空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、机动阵切换测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试、舱门检漏功能测试及偏航180度功能测试。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，对航天器开展交会对接及补加任务前进行在轨测试的项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，对航天器开展交会对接及补加任务前进行的在轨测试包括：

航天器与载人飞船交会对接前的在轨测试，测试项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试；

航天器与货运飞船交会对接前的在轨测试，测试项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、对接机构功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试。

根据本发明的一个方面，在所述c步骤中，对航天器自主飞行期间进行在轨测试的项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中，对航天器进入飞行轨道后进行在轨测试的时间为5～6天，平均每天完成3～4个在轨测试项目，每个在轨测试项目的测试时间为两个飞行圈次以上。

根据本发明的一个方面，在所述b步骤中，对航天器开展交会对接及补加任务前进行两次测试项目相同的在轨测试，每次测试时间为1天。

根据本发明的一个方面，在所述c步骤中，对航天器自主飞行期间进行在轨测试的周期为2～3个月一次，每次测试的时间为1天。

根据本发明的低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法可以满足载人航天器各飞行阶段开展在轨测试的需求，可以对载人航天器进行多次在轨测试；可以针对载人航天器每次所需开展任务的特点，有针对性的制定测试项目，确保后续任务的顺利开展；可以针对测控条件不固定、测控资源有限等问题，灵活调整测试顺序和测试时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示根据本发明的低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法的流程图。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，附图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

低轨长寿命载人航天器主要由姿轨控功能、推进及补加功能、数据管理功能、测控通信功能、环热控功能、发电及供配电功能、乘员支持功能、仪表和照明功能、空间技术试验功能及对接机构功能等组成，其中用于支持交会对接任务、推进补加任务及航天员驻留任务的具体功能，如空空通信、微波应答机通信、对接机构控制、仪表显示与照明、图像话音、医监设备、载人环境控制、压气机等仅在执行相应任务期间才加电工作，自主飞行期间处于断电状态。其它维持航天器在轨自主飞行的基本功能，如姿轨控、发电及供配电、数据管理、测控通信、环热控及载荷试验支持等一直处于加电工作状态。对载人航天器进行在轨测试的目的主要是对任务实施期间的相关功能和平台基本功能提前进行状态确认，进行在测试时将任务所需的相关设备加电并对其工作状态进行确认，同时对维持航天器在轨自主飞行的基本功能也进行确认评估。

针对载人航天器的任务特点，本发明按照载人航天器的飞行阶段确定其在轨测试项目，每个测试项目设计为独立的模块，同时各测试项目的具体实施程序进行模块化设计，模块程序执行时间可进行调整，以适应每次进行在轨测试时测控条件的变化，同时每次的测试顺序可根据测控条件进行调整。以下按照飞行阶段对载人航天器的在轨测试具体方法进行说明。

图1示意性表示根据本发明的低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法的流程图。如图1所示，根据本发明的低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法包括以下步骤：

a.对航天器进入飞行轨道后进行的在轨测试；

b.对航天器开展交会对接及补加任务前进行的在轨测试；

c.对航天器自主飞行期间进行的在轨测试。

在本发明中，上述测试步骤中的b步骤和c步骤不分先后顺序，。具体测试顺序可根据实际飞行任务开展。

在本发明中，载人航天器发射入轨完成初始状态设置后，需要开展专项的在轨测试对航天器入轨后的飞行状态进行全面评估，以确认其各项功能、性能指标是否满足设计要求，是否满足执行后续任务的需求，该阶段开展的在轨测试项目覆盖所有任务阶段需进行测试的内容。

实际上，载人航天器入轨后进行测试的内容包括支持平台飞行的基本功能，以及支持交会对接、航天员驻留及推进补加任务的特定功能。支持航天器飞行的基本功能，由于其设备一致处于加电状态，因此无需特殊安排专项测试，由各相关的分系统对下行遥测数据进行判读，对功能、性能满足情况进行确认。对于支持后续任务的特定功能，安排专项测试项目，依次将相关设备加电工作，测试完成后将设备断电。

根据本发明的一种实施方式，在上述a步骤中，对航天器进入飞行轨道后进行的在轨测试项目包括：中继跟踪功能测试、帆板发电能力测试、空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、机动阵切换测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试、舱门检漏功能测试及偏航180度功能测试。其中，中继跟踪功能、帆板发电能力需入轨后尽早开展测试，因此也列为专项测试项目。

在本实施方式中，对航天器进入飞行轨道后进行在轨测试的时间为5～6天，平均每天完成3～4个在轨测试项目，每个在轨测试项目的测试时间为两个飞行圈次以上。在本实施方式中，测试的具体时间、项目及项目的测试时间可根据具体飞行任务的情况来调整。在以上测试项目的实施过程中，同时对支持航天器飞行的基本功能进行遥测判读，评估这些基本功能的在轨工作状态。此外，前述的飞行圈次是指航天器绕地球飞行整圈的次数，一般航天器绕地球飞行一圈大约需要1.5个小时。

实际上，被测试的载人航天器需与载人飞船和货运飞船分别开展交会对接任务，同时对接形成组合体后需开展航天员驻留任务或推进补加任务。在本发明中，在执行交会对接任务前需根据后续不同的任务需求安排相应的在轨测试内容。由于入轨后已经对整个航天器开展了全面的状态评估，因此交会对接任务前进行在轨测试的重点应为支持交会对接支持、推进补加及航天员驻留的功能，但在开展在轨测试期间同时对支持航天器在轨飞行的基本功能进行状态确认。

根据本发明的一种实施方式，在上述b步骤中，对航天器开展交会对接及补加任务前进行在轨测试的项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试。

在本发明中，根据上述测试项目，实际对航天器开展交会对接及补加任务前进行的在轨测试包括：

航天器与载人飞船交会对接前的在轨测试，测试项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试；

航天器与货运飞船交会对接前的在轨测试，测试项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、对接机构功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试。

由上可知，根据本发明的一种实施方式，载人航天器在与载人飞船交会对接前的在轨测试不开展推进补加功能测试。而载人航天器在与货运飞船交会对接前的在轨测试不开展仪表及照明功能测试和航天员医监功能测试。

在本实施方式中，考虑到交会对接任务的特殊性，在载人航天器与飞船交会对接前的阶段，需要在飞船加注前和发射飞船的火箭加注前对载人航天器各安排1次专项的在轨测试，每次测试时间为1天，具体时间可视测控条件进行调整，测试内容仅针对接下来要开展的任务。两次在轨测试的内容相同，测试顺序可根据测控条件进行调整。

实际上，载人航天器进行自主飞行时，根据任务规划，载人航天器在轨长期处于自主飞行状态，支持航天器飞行的基本功能在整个自主飞行过程中一直处于工作状态，为确认交会对接、推进补加及航天员驻留支持功能在该阶段是否状态正常，定期对这些功能进行专项的在轨测试。

根据本发明的一种实施方式，在上述c步骤中，对航天器自主飞行期间进行在轨测试的项目包括：空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试。

在本实施方式中，对航天器自主飞行期间进行在轨测试的周期一般为2～3个月开展一次，每次测试时间为1天，具体时间可视测控条件进行调整，测试内容应覆盖所有任务，即上述对航天器自主飞行期间进行在轨测试的所有功能测试项目(空空通信功能测试、微波应答机功能测试、推进补加功能测试、环热控功能测试、总线并网功能测试、高速图像话音测试、低速图像话音测试、仪表及照明功能测试、对接机构功能测试、航天员医监功能测试、并网供电功能测试及舱门检漏功能测试)均要测试。同时在进行在轨测试期间对航天器在轨飞行的基本功能进行状态确认。测试顺序可根据测控条件进行调整，自主飞行期间上述所有测试项目均安排测试。

在本发明中，上述所有相同测试项目的具体内容均相同，只是相应的测试项目的被测设备的加电时间不同，如对航天器开展交会对接及补加任务前进行的在轨测试和对航天器自主飞行期间进行在轨测试的测试时间少于对进入飞行轨道后进行在轨测试的测试时间，实际上就是各测试项目的被测设备的加电时间缩短，然后将测试内容压缩在1天之内完成。

在本发明中，各个测试项目的具体内容如下：

中继跟踪功能测试：对中继S链路、Ka链路及中继跟踪功能进行测试，并确定跟踪捕获门限。

帆板发电能力测试：根据下行遥测参数，对帆板在轨的发电能力进行评估和摸底，确认是否满足指标要求。

空空通信功能测试：将空空通信设备加电，对设备加电后的工作状态进行确认，并进行大小功率切换测试。

微波应答机测试：将设备加电后确认其工作状态是否正常。

推进补加功能测试：将压气机加电后，进行压气机抽气功能测试，对抽气过程中管路压力、温度等参数进行确认。

环热控功能测试：对热控的人活动区风机、控温点调整功能，以及环控的泵、载人环境控制功能等进行测试。

总线并网功能测试：将空间实验室与飞船通过1553B总线进行数据交换的设备加电，对其加电工作状态进行确认。

高低速图像话音测试：将图像、话音处理设备加电，地面根据下行的图像和话音质量对平台的高、低速图像话音功能进行确认。

仪表照明功能测试：将舱内的仪表设备、照明灯加电，并进行模式切换，通过下行遥测和舱内图像进行确认。

对接机构功能测试：将对接机构控制设备加电，确认其在轨工作状态。

机动阵切换测试：将帆板中的机动阵由供电功能切换为充电功能，对其工作状态进行确认。

航天员医监功能测试：将支持航天员在轨驻留的医监设备加电，确认其工作状态其下行航天员数据功能。

并网供电测试：对组合体期间提供飞船供电的设备工作状态进行确认。

舱门检漏功能测试：对密封舱舱门的密封性能进行检测，并确认设备工作状态。

偏航180度测试：对姿轨控功能控制平台转倒飞及与飞船对接功能进行测试评估。

根据本发明的低轨长寿命载人航天器的在轨测试方法，可以满足载人航天器各飞行阶段开展在轨测试的需求，可以对载人航天器进行多次在轨测试；可以针对载人航天器每次所需开展任务的特点，有针对性的制定测试项目，确保后续任务的顺利开展；可以针对测控条件不固定、测控资源有限等问题，灵活调整测试顺序和测试时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。