CC BY
14УДК 629.7.017.1
О РАСЧЕТЕ НАДЕЖНОСТИ СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ СМКА ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫМ МЕТОДОМ
А. Г. Пятков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: AnthonyWolfhound@gmail.com
Рассматривается вопрос анализа надёжности концепции сетевой архитектуры разрабатываемого сверхмалого космического аппарата SibCube. В работе поднимается проблема анализа структурно-сложных систем, описывается порядок формирования вероятностной функции, её получение на основе практической системы - SibCube.
Ключевые слова: надёжность, общий логико-вероятностный метод анализа, космическая техника.
TO ESTIMATE NANO-SATELLITE NETWORK ARCHITECTURE RELIABILITY WITH LOGICAL-AND-PROBABILISTIC METHOD
A. G. Piatkov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: AnthonyWolfhound@gmail.com
A question of reliability analysis of SibCube nano-satellite network architecture concept is considered in this paper. Also the problem of complex structure system analysis is raised by the author. There is a description of sequence of probabilistic function calculation on base ofpractical system - SibCube.
Keywords: reliability, logical probabilistic method of analysis, space technology.
Введение. Вопрос оценки надёжности актуален в общем случае для любой техники. Для аэрокосмической техники этот вопрос особо актуален как в связи с высокой стоимостью устройств, так и в связи с повышенными нагрузками и агрессивной внешней средой (космическое пространство). Применение особых материалов, использование специализированного космического оборудования, технологических решений (проектирование альтернативных, резервных подсистем и включение резервных компонентов в систему), разработка систем защиты от внешних факторов -способы повысить надёжность космических аппаратов. Но для понимания того факта, насколько эти решения позволили повысить надёжность, необходимо выполнить оценку надёжности системы до и после усовершенствования структуры системы. Существует ряд методов оценки надёжности, а также государственные и международные стандарты по ряду методов и особенностям их применения (ГОСТ Р 51901 5-2005, ГОСТ Р 51901.15-2005). У каждого метода есть свои преимущества и недостатки, ограничения, область допустимого применения [1]. Ключевую роль в определении подходящего метода оценки надёжности играет сам объект оценки, его особенности. Преимущественное большинство аэрокосмических систем являются многокомпонентными системами с резервными подсистемами и компонентами, большим набором штатных средств контроля, диагностирования и восстановления работоспособности (яркий пример структурно-сложной системы). Для таких систем сформулировать понятие отказа затруднительно: изначально
заложенны избыточная функциональность, дублирование компонентов и множественное влияние отказов подсистем.
Задача оценки надёжности. Практическим объектом исследования является разрабатываемый в СибГАУ сверхмалый космический аппарат (СМКА) SibCube [2]. Взаимодействие модулей СМКА SibCube реализуется через сетевой протокол SpaceWire. Все модули соединены межплатными соединениями так, что образуют единую бортовую локальную сеть.
Решение задачи надёжности для сложных систем требует применения специализированных подходов, методов или групп методов. В качестве специализированного метода предлагается использовать общий логико-вероятностный метод анализа надёжности. Логика вероятности позволяет определить вероятность осуществления сложного высказывания об истинности булевой функции.
Истинность булевой функции рассматривается в классическом виде как «ложь» или «истина», а вероятность осуществления сложного высказывания может находиться в промежутке [0;1] в зависимости от вероятности каждого события, которое описывается соответствующим высказыванием. Так, на основании анализа особенностей работы системы составляется логическая функция её работоспособности fX"b ..., хи) = 1, т. е. записанное на языке алгебры-логики уравнение, которое описывает признак работоспособного состояния. Переменные xi имеют значение 0 или 1 и представляют собой утверждение о работоспособности i-го элемента или состояния. Схематически процедура
Решетнеескцие чтения. 2015
формирования вероятностной функции представлена на рис. 1.
При оценке надёжности было рассмотрено взаимодействие модулей как набора компонентов (рис. 2), их структурное взаимодействие (рис. 3). Применение логико-вероятностного метода позволило провести оценку надежности текущей концепции сетевой архи-
тектуры разрабатываемого спутника [3], получить количественную характеристику значения безотказной работы на основе значения безотказной работы составляющих компонентов и сформировать рекомендации по совершенствованию структуры. В частности, это внесение функциональной избыточности в ряд модулей.
Рис. 1. Блок-схема процедуры формирования вероятностной функции логико-вероятностным методом
Рис. 2. Взаимодействие двух соседних модулей СМКА БЛСиЬе
Рис. 3. Граф 0;с информационных каналов СМКА «Б&СиЬе»
Таким образом, дальнейшее исследование решения задачи оценки надёжности сложной системы на примере СМКА SibCube целесообразно выполнять на основе применения логико-вероятностного метода с вариантами его модификации и дополнения.
Библиографические ссылки
1. Пятков А. Г. Методы анализа надёжности космических аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. (апрель 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 139-142.
2. «SibCube» - проект студенческого космического аппарата СибГАУ класса Cube SAT / Д. М. Зуев, А. Г. Пятков и др. // Вестник СибГАУ. 2014. № 4 (56). С. 160-166.
3. Пятков А. Г. О надёжности информационных каналов для концептуальной схемы БКУ // Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации : материалы XIV Междунар. науч.-практ. конф. (май
2015, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 147- 149.
References
1. Piatkov A. G. [Methods of space vehicles reliability analysis] Ма1вг1а1у XI Mezhdunar. nauch.prekt. konf. "Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki" [Materials XI Intern. Scientific. Conf "Relevant problems of aviation and space exploration"]. Krasnoyarsk, 2015, p. 139-142. (In Russ.)
2. Zuev D. M., Piatkov A. G. [«SibCube» project -CubeSat satellite of SibSAU student]. Vestnik SibGAU. 2014, no. 4, p. 160-166. (In Russ.)
3. Piatkov A. G. [About the reliability of information links for a conceptual schema of onboard control complex] Мaterialy XVI Mezhdunar. nauch.prekt. konf. "Molodezh'. Obshchestvo. Sovremennaya nauka, tekhnika i innovacii" [Materials XVI Intern. Scientific. Conf "LAPROCOM"]. Krasnoyarsk, 2015, p. 147-149.
© Пятков А. Г., 2015
УДК 629.78
СИСТЕМА МАГНИТНОГО ПЛАЗМЕННОГО ТОРМОЗА ДЛЯ НАНО- И МИКРОСПУТНИКОВ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНЫХ КАТУШЕК
Такая Инамори1, Рей Кавашима1, Нобутада Сако2, Пхонгсаторн Саисутярит3, Синити Накасука1
1 Токийский университет, Япония
2Кэнон электроникс, Япония
3Технологичекий нститут короля Монгкута, Таиланд E-mail: inamori@sapce.t.u-tokyo.ac.jp, takayainamori@gmail.com
Изложен новый способ торможения для наноспутников с помощью магнитных катушек. На спутниках установлены магнитные катушки для системы ориентации, которые могут быть использованы для торможения и, таким образом, не нуждаются в установке дополнительного оборудования.
Ключевые слова: нано- и микроспутники, магнитная катушка, система торможения, плазменный тормоз, космическая плазма.
MAGNETIC PLASMA DE-ORBIT SYSTEM FOR NANO- AND MICRO-SATELLITES USING
ELECTROMAGNETIC COILS
Takaya Inamori1, Rei Kawashima1, Phongsatorn Saisutjarit2, Nobutada Sako3, Shinichi Nakasuka 1
University of Tokyo, Japan 2Canon Electronics Inc., Japan 3King Mongkut's Institute of Technology, Thailand E-mail: inamori@sapce.t.u-tokyo.ac.jp, takayainamori@gmail.com
We propose a magnetic plasma de-orbit (MPD) system using magnetic torquers (MTQs) for inducing de-orbit of nano- and micro-satellites. The MPD system utilizes a drag force caused by the interaction between in-orbit space plasma and MTQs for attitude control. Because most nano- and micro-satellites utilize MTQs for their attitude control, no additional thrusters and structures for de-orbit will need to be installed. The present study assesses duration required for the MPD to achieve de-orbit using a plasma drag force model.
Keywords : Nano- and micro-satellites, MTQ, de-orbit system, magnetic plasma de-orbit, space plasma.
В последние годы было запущено много нано-(1-10 кг) и микроспутников (10-100 кг) для астрономических наблюдений и дистанционного зонди-
рования Земли. Главные преимущества данных спутников - низкая стоимость и короткие сроки разработки [1-3].
*Работа выполнена при поддержках KAKENHI (грант 15K18281).
