载人航天器长期在轨危险事件分析方法及危险分析系统

摘要

本发明涉及一种载人航天器长期在轨危险事件分析方法及危险分析系统，分析方法包括以下步骤：a.确定载人航天器在轨运行过程中的危险事件，分析危险事件的后果状态和严重等级；b.对载人航天器进行功能分析，并根据危险事件对载人航天器的功能进行层级划分；c.识别能够导致危险事件的危险源；d.对每个危险源导致的危险事件的序列进行分析，确定危险事件的严重程度，并分析危险事件的故障后果的风险性；e.对风险性高的危险事件采用故障树分析法优先建立故障树进行再分析。根据本发明的分析方法识别了在轨运行过程中可能出现的严重危险，确保安全性控制措施的系统资源代价最小，实现了最大效能。

说明书

技术领域

本发明涉及航天器总体设计技术领域，尤其涉及一种载人航天器长期在轨危险事件分析方法及载人航天器危险分析系统。

背景技术

载人航天器在轨运行过程中首要任务是保障航天员的安全，随着载人航天器朝着复杂化、大型化和长期在轨飞行的方向发展，能够导致严重后果的危险源越来越多，若发生灾难性事故将造成人员伤亡和重大财产损失。在载人航天器的设计阶段就要开展危险源和危险事件的分析工作，通过对危险的控制和消除，保障航天器的安全性处于可接受的水平。

由于我国尚无大型载人航天器长期在轨运行的经验，虽然载人飞船和空间实验室的安全性设计经验和危险分析方法可供参考借鉴，但是由于在轨飞行时间、执行任务类型的巨大差别，将现有技术中的方法简单运用于大型载人航天器，可能产生如下问题：

1.无法识别和分析由于在轨维修操作造成的危险；

2.无法支持载人航天器长期运行过程中由于故障导致航天员撤离概率的定量计算；

3.由于飞行时间长，识别出的危险因素过多，需耗费大量的系统资源支持安全性控制措施。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种解决大型载人航天器长期在轨运行过程中的危险风险控制问题的载人航天器长期在轨危险事件分析方法，以及实现此分析方法的危险分析系统。

为实现上述发明目的，本发明提供一种载人航天器长期在轨危险事件分析方法，包括以下步骤：

a.确定载人航天器在轨运行过程中的危险事件，分析危险事件的后果状态和严重等级；

b.对载人航天器进行功能分析，并根据危险事件对载人航天器的功能进行层级划分；

c.识别能够导致危险事件的危险源；

d.对每个危险源导致的危险事件的序列进行分析，确定危险事件的严重程度，并分析危险事件的故障后果的风险性；

建立对危险事件的风险性评价矩阵表，同时确定危险事件发生频率的平点基准，分析两个危险事件同时发生的风险性；

e.对风险性高的危险事件采用故障树分析法优先建立故障树进行再分析；

将故障树分析法与可靠性分配法结合，计算故障树中基础事件或者顶事件的可靠度，然后对基础事件进行再分配。

根据本发明的一个方面，在所述d步骤中，分析危险事件的故障后果的风险性的过程包括：获得危险事件的严重度、危险事件的发生度和危险事件的难检度，根据所获得的结果，分别依照评点基准来进行评点；

在本发明中，平点基准可以参照GJB900A-2012《装备安全性工作通用要求》中的表3。

计算危险事件的严重度、发生度、和难检度三者相乘机得到的数值，从而作为关于每一个危险事件的关键性指数；以及

根据关键性指数，决定危险事件的优先级，从而确定用于加强管制的重点项目。

根据本发明的一个方面，在所述e步骤中，将可靠性分配法中的再分配法与故障树分析法结合，为故障树中的顶事件设定目标值，计算出故障树中基础事件的可靠度或者通过已知的基础事件的可靠度计算顶事件的可靠度。

为实现上述发明目的，本发明提供一种实现载人航天器长期在轨危险事件分析方法的载人航天器危险分析系统，包括：

系统分析模块，用于分析确定载人航天器在轨运行期间不同危险事件的后果状态；

功能层级划分模块，用于在载人航天器的功能分析的基础上，建立关于危险事件的最终后果状态的功能层级框图；

系统危险源识别模块，用于对能够导致严重后果状态的危险事件的危险源进行识别；

故障模式分析模块，用于对每个危险源导致的危险事件的序列进行分析，确定危险事件的严重程度，并分析危险事件的故障后果的风险性；

再分析模块，用于对风险性高的危险事件建立故障树并进行分析。

根据本发明的一个方案，综合考虑大型载人航天器在轨运行过程中可能出现的危险源所导致后果的严重程度并根据风险性等级进行故障树(FTA)再分析，从而识别了在轨运行过程中可能出现的严重危险，在数据积累的基础上，能够对危险发生概率进行定量分析，并且对导致危险后果的中间事件按照风险性系数进行分类，确保安全性控制措施的系统资源代价最小，实现了最大效能。另外，本发明的方案简单、易行，操作快速便捷，并且能够支持长期运营过程中的数据更新和再分析过程。

根据本发明的一个方案，采用安全系统工程的方法进行危险事件分析，可以全面系统地处理航天器总体的安全性，防止片面性和轻重倒置；通过分析，掌握系统的薄弱环节和风险，预测事故传播的可能途径，从而能有备无患；通过安全评价和优化技术，可以找出使各子系统达到最佳配合的方法，用较小的系统资源代价获得最佳的安全效果；促进安全性定性、定量分析所需的各项技术标准和有关数据，提高载人航天器安全性设计分析的能力。

根据本发明的一个方案，载人航天器危险分析系统中的各个模块分工明确，系统布置简单清晰，对于载人航天器在轨运行危险事件的分析准确，效率高。

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载人航天器长期在轨危险事件分析方法的流程图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的根据危险事件对载人航天器功能进行划分的功能层级框图。

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。

图1示意性表示根据本发明的载人航天器长期在轨危险事件分析方法的流程图。如图1所示，根据本发明的载人航天器长期在轨危险事件分析方法包括以下步骤：

a.确定载人航天器在轨运行过程中的危险事件，分析危险事件的后果状态和严重等级；

b.对载人航天器进行功能分析，并根据危险事件对载人航天器的功能进行层级划分；

c.识别能够导致危险事件的危险源；

d.对每个危险源导致的危险事件的序列进行分析，确定危险事件的严重程度，并分析危险事件的故障后果的风险性；

建立对危险事件的风险性评价矩阵表，同时确定危险事件发生频率的平点基准，分析两个危险事件同时发生的风险性；

e.对风险性高的危险事件采用故障树分析法优先建立故障树进行再分析；

将故障树分析法与可靠性分配法结合，计算故障树中基础事件或者顶事件的可靠度，然后对基础事件进行再分配。

在本发明中，是基于故障树分析法对大型载人航天器长期在轨运行过程中执行危险控制的。由上述可知，根据本发明的一种实施方式，本发明的载人航天器长期在轨危险事件分析方法具体包括：

步骤a：确定载人航天器在轨运行期间的危险事件，即确定载人航天器在轨运行期间不期望出现的故障后果状态。然后对载人航天器的危险事件的后果状态进行分析，并且对危险事件的严重等级进行分析。

步骤b：对载人航天器进行功能分析，并在载人航天器的功能分析的基础上，根据危险事件对载人航天器的功能进行层级划分。具体地，是建立关于所关注的危险事件的后果状态的功能层级框图，如图2所示。在本实施方式中，图2中的平台级包括控制系统、能源系统、信息系统、载人环境控制系统和热管理系统等。

步骤c：识别能够导致危险事件的危险源。具体地，在此步骤中是对能够导致严重后果的危险事件的危险源进行识别的。

步骤d：对由每个危险源导致的危险事件的序列进行分析，以确定危险事件的故障效应的严重程度，并分析每个危险事件的故障后果的风险性。此外，在此步骤中，还需建立对危险事件的风险性评价矩阵表，同时确定危险事件发生频率的平点基准，分析两个危险事件同时发生的风险性。

在本实施方式中，分析危险事件的故障后果的风险性的过程包括：获得危险事件的严重度、危险事件的发生度和危险事件的难检度，根据所获得的结果，分别依照评点基准来进行评点；

计算危险事件的严重度、发生度、和难检度三者相乘机得到的数值，从而作为关于每一个危险事件的关键性指数；以及

根据关键性指数，决定危险事件的优先级，从而确定用于加强管制的重点项目。

在本发明中，根据风险性指数可以决定所有危险事件故障模式的优先级，依此确定应加强管制的航天器上容易造成危险事件影响的重点项目。在本发明中，风险性指数是根据故障分析过程所得到的故障严重等级(严重度)、故障模式发生几率(发生度)及检测难易程度(难检度)的结果，分别依照评点基准加以评点，然后计算三者乘积所得到的数值，即每一危险事件故障模式的关键性指数(criticality index)，又称为风险优先数(risk priority number)。一般而言，风险性指数越高，表示该危险事件的故障模式或者失效模式越重要。

步骤e：对风险性高的危险事件采用故障树分析法优先建立故障树进行再分析；

将故障树分析法与可靠性分配法结合，计算故障树中基础事件或者顶事件的可靠度，然后对基础事件进行再分配。

根据本发明的一种实施方式，首先制定一个标准，当风险性指数达到标准即可停止分析。具体操作方法如下：

对于风险性高的危险事件，设定较高的可靠度数值，以保证其发生概率极低，这样可以认为其不会发生。在给定危险事件可靠性目标值的条件下建立可靠性分配模式，确定危险事件的可靠度。

将可靠性分配法与故障树分析法相结合的目的是为了简化事件之间的逻辑关系。

根据本发明的上述方法，通过本发明，综合考虑大型载人航天器在轨运行过程中可能出现的危险源所导致后果的严重程度并根据风险性等级进行故障树(FTA)再分析，从而识别了在轨运行过程中可能出现的严重危险，在数据积累的基础上，能够对危险发生概率进行定量分析，并且对导致危险后果的中间事件按照风险性系数进行分类，确保安全性控制措施的系统资源代价最小，实现了最大效能。另外，本发明的方案简单、易行，操作快速便捷，并且能够支持长期运营过程中的数据更新和再分析过程。

根据本发明的上述方法，采用安全系统工程的方法进行危险事件分析，可以全面系统地处理航天器总体的安全性，防止片面性和轻重倒置；通过分析，掌握系统的薄弱环节和风险，预测事故传播的可能途径，从而能有备无患；通过安全评价和优化技术，可以找出使各子系统达到最佳配合的方法，用较小的系统资源代价获得最佳的安全效果；促进安全性定性、定量分析所需的各项技术标准和有关数据，提高载人航天器安全性设计分析的能力。

此外，为实现上述方法，本发明还提供一种载人航天器危险分析系统。根据本发明的载人航天器危险分析系统包括：

系统分析模块，用于分析确定载人航天器在轨运行期间不同危险事件的后果状态；

功能层级划分模块，用于在载人航天器的功能分析的基础上，建立关于危险事件的最终后果状态的功能层级框图；

系统危险源识别模块，用于对能够导致严重后果状态的危险事件的危险源进行识别；

故障模式分析模块，用于对每个危险源导致的危险事件的序列进行分析，确定危险事件的严重程度，并分析危险事件的故障后果的风险性；

再分析模块，用于对风险性高的危险事件建立故障树并进行分析。

根据本发明的载人航天器危险分析系统，分工明确，系统布置简单清晰，对于载人航天器在轨运行危险事件的分析准确，效率高。

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。