Введение

Современные автономные космические миссии требуют высокой степени надежности и способности к самовосстановлению. Для достижения этих целей необходимо интегрировать управление неисправностями (УН) и системный инжиниринг на основе моделей (СИМ). Данная статья рассматривает, как этот подход был успешно применен в миссии NASA HelioSwarm.

Подход QSI

Одной из ключевых задач в разработке автономных космических систем является соединение управления состоянием системы (УСС) и управления неисправностями с процессом системного инжиниринга (СИ). УСС и УН представляют собой набор механизмов, обеспечивающих достижение целей миссии путем предотвращения сбоев или их выявления и устранения. Процесс СИ интегрирует элементы системы для достижения миссионных целей и играет важную роль на этапах проектирования, спецификации и верификации.

Несмотря на тесную связь между УСС, УН и СИ, традиционно эти процессы не были должным образом интегрированы. Часто УН внедряется только после проектирования системы, что приводит к тому, что УН становится лишь временным решением для устранения проблем, не учитывая возможности предотвращения сбоев. Применение различных наборов экспертов и знаний также может приводить к несогласованности в моделировании и анализе, что в свою очередь создает неэффективность на протяжении всего жизненного цикла миссии.

Команда QSI, получившая финансирование от NASA, интегрировала УСС и УН непосредственно в процесс СИ на ранних стадиях проекта, что позволяет оценивать дизайн УН в операционном контексте. Это позволяет проводить исследования альтернативных архитектур УН на этапе проектирования, что значительно повышает шансы на успех миссии.

Демонстрация HelioSwarm

Миссия HelioSwarm обещает изменить наше понимание турбулентности в солнечном ветре и взаимодействия Солнца с Землей. Она использует созвездие из одного центрального и восьми малых спутников, которые будут одновременно проводить многомасштабные измерения колебаний магнитного поля и потоков протонов в динамичной космической среде. Поскольку плазменная турбулентность передает энергию на различных масштабах, ее невозможно полностью понять, опираясь лишь на одно измерение или измерение на одном масштабе.

Связь с будущими миссиями NASA

С увеличением автономности в космических операциях, NASA стремится повысить надежность и устойчивость своих систем. Программа Artemis и грядущие глубококосмические научные миссии требуют внедрения новых технологий, которые позволят осуществлять автономные операции и управление неисправностями без вмешательства человека. Проектирование таких миссий требует многопрофильного подхода, который соединяет УН и СИМ, обеспечивая создание устойчивых и отказоустойчивых систем.

Заключение

Интеграция управления неисправностями и системного инжиниринга на основе моделей является важным шагом к созданию надежных и эффективных автономных космических миссий. Опыт, полученный в рамках проекта HelioSwarm, служит важной основой для будущих исследований и разработок в области космических технологий, позволяя NASA и другим организациям успешно справляться с вызовами, которые ставит перед ними космос.