Логико-вероятностный анализ надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата Мушовец, Константин Владимирович

Введение к работе

Актуальность работы.

С недавнего времени одним из наиболее важных направлений развития отдельных отраслей и всего государства в целом стала космическая деятельность. Сегодня уже трудно представить себе поддержание конкурентоспособности на мировом рынке таких сфер деятельности, как военная и гражданская навигация, межевание в сельском хозяйстве, связь, вещание, контроль перемещения и эксплуатации транспортных средств без применения космических технологий. К тому же, как никогда актуальной стала задача исследования космического пространства.

Для достижения изложенных задач необходимо расширять возможности космических аппаратов, что неминуемо ведет к их усложнению, а, следовательно, требует постоянного повышения уровня контроля качества их производства и эксплуатации. Если для наземного комплекса управления можно применить выверенные алгоритмы построения центров обеспечения доступа, для которых разработано множество описательных международных стандартов, то в случае обеспечения надежности космического аппарата необходимо учесть особенности условий эксплуатации оборудования, входящего в его состав: безвоздушное пространство, отсутствие гравитации, мощное электромагнитное влияние космических тел и пр. Также важным условием является невозможность прямого доступа обслуживающего персонала в течение всего периода эксплуатации системы. Мониторинг состояния и управление оборудованием, размещенным на борту космического аппарата, обеспечивается лишь посредством получения телеметрии, анализа полученной информации и передачи соответствующих управляющих разовых команд.

Таким образом, обеспечение надежности обработки телеметрической информации является первостепенной задачей обеспечения эффективного функционирования космического аппарата. Своевременно проведенный анализ на всех этапах жизни системы позволит определить оптимальные пути достижения необходимого уровня надежности ее функционирования. Поэтому разработка эффективной методики анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата (далее по тексту - ТС КА) является актуальной научно-практической задачей.

Примером высокой значимости получения достоверной телеметрии могут послужить факты эксплуатации японского межпланетного зонда «Хаябуса», предназначенного для испытания электрореактивных двигателей и системы автономной навигации, который был запущен с космодрома Утниоура 9 мая 2003 года.

Сразу после старта один из четырех ионных двигателей показал нестабильную работу, вследствие чего был отключен из центра управления полетами. В ноябре 2003 года мощность двигателей была снижена, поскольку солнечные батареи были повреждены вспышкой на Солнце, лишив аппарат значительной части энергии. В течение 7 лет космический аппарат преследовала череда отказов оборудования. Однако своевременно полученная информация обо всех происшествиях позволила обеспечить выполнение поставленных задач.

Целью работы является повышение эффективности анализа надежности ТС КА.

Задачи. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. рассмотреть существующие методы анализа надежности технических систем и определить метод анализа, позволяющий учитывать влияния факторов, снижающих надежность исследуемого объекта;

2. обеспечить возможность применения выбранного метода анализа к ТС КА;

3. разработать универсальную модель, позволяющую проводить анализ надежности ТС КА с учетом факторов, снижающих надежность;

4. разработать методику анализа надежности ТС КА на основе универсальной модели;

5. провести апробацию разработанной методики анализа надежности ТС КА.

Методы исследования. В качестве основных методов исследования применялись методы системного анализа, теории надежности, теории массового обслуживания, теории математической логики, теории вероятностей, вычисления и имитационное моделирование на ЭВМ.

Научная новизна проведенных исследований и полученных в работе результатов заключается в следующем:

5. 1. предложена модификация аналитического общего логико-вероятностного метода (далее по тексту - ОЛВМ), отличающаяся добавлением этапа классификации вредоносных воздействий, которая позволяет сократить трудозатраты при построении структурно-функциональных схем;

   2. впервые разработана универсальная модель надежности ТС КА, основанная на применении модифицированного ОЛВМ, которая позволяет учитывать влияния вредоносных воздействий;

   3. разработана новая методика анализа надежности ТС КА, основанная на применении универсальной модели, которая позволяет определить вероятность безотказной работы системы и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента.

   Основные положения, выносимые на защиту:

   5. 3. 1. предложенная модификация ОЛВМ позволяет сократить трудозатраты при построении структурно-функциональных схем;

         2. разработанная универсальная модель надежности ТС КА позволяет учитывать влияния вредоносных воздействий;

         3. разработанная методика анализа надежности ТС КА позволяет определить вероятность безотказной работы системы и показатели значимости, положительного и отрицательного вкладов для каждого отдельного элемента.

         Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи исследования, разработаны основные положения программы и методики работ, собран, обработан и проанализирован теоретический материал, предложена модификация ОЛВМ, разработана Универсальная модель надежности ТС КА, разработана методика анализа надежности ТС КА, проведена апробация методики.

         Практическая значимость результатов. Результаты диссертационного исследования были использованы при создании программы для ЭВМ, предназначенной для расчета вероятности безотказной работы ТС КА и определения вклада элементов в вероятность безотказной работы в целом. Программные продукты, задействованные в реализации указанного средства, прошли экспертизу и зарегистрированы (№ сертификата 2012660386 и № сертификата 2012660385).

         Результаты работы использованы в ходе выполнения государственного контракта от 20.05.2010 г. № П757 «Анализ, моделирование и управление техногенными рисками элементов космических телекоммуникационных систем» при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках соглашения № 14.В37.21.0451«Исследование и разработка сетевой архитектуры бортового комплекса управления малого космического аппарата».

         Методика анализа надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата, разработанная в рамках настоящей работы, рекомендована ОАО «Информационные спутниковые системы» для отработки в процессе проектирования малых космических аппаратов класса «МИР» о чем свидетельствует справка о внедрении.

         Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры Безопасности информационных технологий Сибирского государственного аэрокосмического университета (г. Красноярск, 2009-2011), III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности информационных технологий» (г. Красноярск, 2009), X Международной научно - практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2010), I Международной научно-практической конференции «Технические науки - основа современной инновационной системы» (г. Йошкар-Ола, 2012), II Всероссийской конференции по проблемам информационной безопасности «Перспектива-2012» (г. Таганрог, 2012), IV Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» (г. Красноярск, 2012).

         Публикации по теме диссертации. Результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях, в том числе в 4 публикациях в изданиях из перечня ВАК. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.

         Имеются свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

         Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 102 наименования, 2 приложений. Общий объем работы составляет 115 страниц, в том числе 24 рисунка и 7 таблиц.

         Похожие диссертации на Логико-вероятностный анализ надежности бортовой информационной телеметрической системы космического аппарата

         

         Методико-алгоритмический аппарат (инструментарий) анализа и оценки системы обеспечения надежности и отказоустойчивости распределенной локальной компьютерной сетиАбдель-Вахед Мутаз Халед

         

         Система анализа надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной средыАмбросенко Николай Дмитриевич

         

         Функционально-структурные вероятностные модели в задачах анализа надежности микропроцессорных систем Даниленко Иван Николаевич

         

         Система анализа архитектурной надежности программного обеспеченияНовой, Александр Валерьевич

         Методы анализа надежности сложных технических систем с временной избыточностью инфраструктуры железнодорожного транспортаНовиков, Евгений Владимирович

         

         Методы и модели анализа надежности сложных технических систем с переменной структурой и произвольными законами распределения случайных параметров, отказов и восстановлений Гуров Сергей Владимирович

         

         Модельно-алгоритмическая поддержка анализа транзакционной надежности в системах обработки информации и управленияГаврилов Евгений Сергеевич

         

         Тензорный метод анализа надежности программного обеспечения систем управления и обработки информацииЗолотухин Вячеслав Викторович

         

         Агрегирование моделей анализа надежности и безопасности технических систем сложной структурыВикторова Валентина Сергеевна

         

         Математические методы анализа надежности сложных информационно-управляющих системНетес Виктор Александрович