榮 偉王 學(xué)賈 賀郭 奎

（1北京空間機(jī)電研究所，北京100076）

（2中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速所，綿陽(yáng)622662）

1 引言

載人飛船研制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，回收著陸系統(tǒng)是載人飛船的一個(gè)重要的組成部分，其主要任務(wù)是在正常返回及各種應(yīng)急救生的狀態(tài)下，通過(guò)減速裝置穩(wěn)定返回艙的姿態(tài)，減小返回艙的下降速度，最后通過(guò)著陸緩沖技術(shù)保證航天員以安全速度著陸?？梢?jiàn)在載人航天活動(dòng)的整個(gè)任務(wù)過(guò)程中，回收著陸系統(tǒng)的工作成敗直接關(guān)系到航天員的生命安全。因此必須要求該系統(tǒng)具有很高的可靠性。

由于回收著陸系統(tǒng)除了在正常返回狀態(tài)下要滿足其要求外，還要在各種應(yīng)急救生狀態(tài)下保證航天員以安全速度返回著陸，因此它應(yīng)具有適合于在多種狀態(tài)下的工作程序；此外，由于飛船返回艙在返回的過(guò)程中處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，而且回收著陸系統(tǒng)工作時(shí)高度較低，這就使得回收著陸系統(tǒng)在工作的過(guò)程中出現(xiàn)故障征兆的實(shí)時(shí)性差，外界無(wú)法采取營(yíng)救措施，因此，為了提高回收著陸系統(tǒng)工作的可靠性和安全性，對(duì)于回收著陸系統(tǒng)本身所有可以預(yù)見(jiàn)的故障均要有相應(yīng)的補(bǔ)救措施。這樣就使得回收著陸系統(tǒng)的工作程序和組成關(guān)系非常復(fù)雜，從而給回收著陸系統(tǒng)可靠性模型的建立和可靠性的準(zhǔn)確評(píng)估等問(wèn)題帶來(lái)了較大的困難。同時(shí)，回收著陸系統(tǒng)產(chǎn)品的種類較多，包括機(jī)械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、機(jī)-電結(jié)構(gòu)產(chǎn)品以及火工裝置、降落傘等，各產(chǎn)品的工作特點(diǎn)也不盡相同，同樣給單機(jī)產(chǎn)品和系統(tǒng)的可靠性評(píng)估帶來(lái)困難。

在“神舟號(hào)”飛船的研制過(guò)程中，為解決回收著陸系統(tǒng)在可靠性分析、驗(yàn)證、評(píng)估等方面的問(wèn)題，筆者及其相關(guān)課題組人員針對(duì)回收著陸系統(tǒng)的特點(diǎn)，開展了一些相關(guān)的可靠性研究工作，取得了一些有意義的研究成果。本文主要整理了“神舟號(hào)”飛船回收著陸系統(tǒng)可靠性研究方面所遇到的一些主要問(wèn)題及其研究情況，包括系統(tǒng)的可靠性建模、系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法、降落傘可靠性評(píng)估方法和驗(yàn)證方法、火工裝置可靠性評(píng)估方法及驗(yàn)證方法等。限于篇幅，本文只對(duì)這些問(wèn)題及其研究工作做概述性的介紹，具體的研究情況可查閱相關(guān)的參考文獻(xiàn)。

2 系統(tǒng)可靠性建模

2.1 問(wèn)題及特點(diǎn)分析

由于回收著陸系統(tǒng)的工作受高度和時(shí)間的限制，其工作過(guò)程是由一系列不可逆的按時(shí)序執(zhí)行的動(dòng)作所組成，每一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行都是在前一個(gè)動(dòng)作完成以后才進(jìn)行的。如果在中途出現(xiàn)故障，回收著陸系統(tǒng)的工作不可能暫停或恢復(fù)到原位重新開始，外界也無(wú)法采取營(yíng)救措施，因此為了提高回收著陸系統(tǒng)工作的可靠性，確保航天員的安全，采取了一系列冗余或備份措施。同時(shí)由于“神舟號(hào)”飛船采取冷備份降落傘減速系統(tǒng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致了回收著陸系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和各組成部件之間的邏輯關(guān)系較為復(fù)雜，其可靠性建模存在諸多難點(diǎn)[1-2]：

1）用于主降落傘減速系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)的兩種措施不同于并聯(lián)關(guān)系?！吧裰厶?hào)”飛船采用了主、備兩套降落傘減速系統(tǒng)來(lái)提高回收著陸系統(tǒng)的工作可靠性，其中備份降落傘減速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱備份傘系）作為主份降落傘減速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱主傘系）的冷備份。為此，設(shè)置了主傘包開關(guān)判別和速度判別兩種措施來(lái)監(jiān)測(cè)主傘系工作的狀態(tài)。由于主傘包開關(guān)判別只能監(jiān)測(cè)主傘開傘之前主傘系的工作狀態(tài)，而不能監(jiān)測(cè)主傘的工作狀態(tài)，速度判別措施則可根據(jù)下降速度判別整個(gè)主傘系的工作狀態(tài)。因此，兩種監(jiān)測(cè)手段的功能并不等效，不能作為并聯(lián)關(guān)系來(lái)對(duì)待。

2）主備降落傘減速系統(tǒng)間的關(guān)系有別于傳統(tǒng)的冷貯備關(guān)系。兩種狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置是一類多任務(wù)單元，對(duì)于不同的前端條件（輸入），具有不同的判別任務(wù)：a類任務(wù)，當(dāng)主傘系處于正常狀態(tài)時(shí)，主傘系狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的任務(wù)便是正確判斷出“主傘系正?！?；b類任務(wù)，當(dāng)主傘系處于失效狀態(tài)時(shí)，主傘系狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的任務(wù)是正確判斷出“主傘系失效”。同時(shí)也對(duì)應(yīng)著兩種不同的失效模式：a類誤判，誤發(fā)“主傘系失效”判斷—主傘系處于正常狀態(tài)而給出“主傘系失效”判斷，即“誤報(bào)主單元失效”；b類誤判，誤發(fā)“主傘系正常”判斷—主傘系處于失效狀態(tài)而給出“主傘系正?！迸袛?，即“漏報(bào)主單元失效”。以上主傘系狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的兩類失效模式將導(dǎo)致回收著陸系統(tǒng)走上不同的錯(cuò)誤流程。發(fā)生類失效時(shí)，將在主傘系處于正常狀態(tài)的情況下由于誤判而啟動(dòng)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換到備份傘系；發(fā)生類失效時(shí)，將在主傘系失效狀態(tài)未被正確判別的情況下不能及時(shí)轉(zhuǎn)入備份傘系。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)冷貯備系統(tǒng)可靠性模型的分析可知，傳統(tǒng)冷貯備系統(tǒng)是在假設(shè)a類任務(wù)完全可靠的基礎(chǔ)上，再考慮狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的b類任務(wù)可靠性和類失效，忽略了類失效，即忽略了“誤報(bào)主傘系失效”這種失效模式。因此，不宜簡(jiǎn)單地將主傘系統(tǒng)和備份傘系統(tǒng)作為并聯(lián)或傳統(tǒng)的冷貯備模型來(lái)對(duì)待。

3）程序控制器與時(shí)間控制器間的關(guān)系既有別于并聯(lián)關(guān)系又有別于冷貯備關(guān)系?！吧裰厶?hào)”飛船回收著陸系統(tǒng)采用了時(shí)間控制器作為程序控制器的備份，在程序控制器失效的情況下啟動(dòng)。然而由于時(shí)間控制器啟動(dòng)控制的回收著陸過(guò)程僅能使用主傘系進(jìn)行減速著陸。而由程序控制器啟動(dòng)控制的回收著陸過(guò)程可使用主傘系或備份傘系進(jìn)行減速著陸。因此，二者不能作為簡(jiǎn)單的貯備或并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行處理。

4）高度控制開關(guān)間的關(guān)系特殊?！吧裰厶?hào)”飛船為了提高回收著陸系統(tǒng)的可靠性，采用高度控制開關(guān)II作為高度控制開關(guān)I的開傘控制的備份，也就是說(shuō)當(dāng)高度控制開關(guān)I失效不能開傘時(shí)將通過(guò)高度控制開關(guān)II來(lái)控制開傘。然而，由于回收著陸系統(tǒng)的工作受高度的約束，不同高度控制開關(guān)啟動(dòng)開傘后，回收著陸系統(tǒng)的工作能力是不同的。高度控制開關(guān)I啟動(dòng)開傘后，系統(tǒng)還具有足夠的高度，使用主傘系或備份傘系進(jìn)行減速著陸，而高度控制開關(guān)II啟動(dòng)開傘后，系統(tǒng)只能使用主傘系進(jìn)行減速著陸。因此，二者也不能作為簡(jiǎn)單的貯備或并聯(lián)關(guān)系進(jìn)行處理。

5）兩種著陸緩沖裝置間的關(guān)系也不同于并聯(lián)關(guān)系?！吧裰厶?hào)”飛船同時(shí)采用了主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種著陸緩沖方法，以熱備份方式配置了著陸反推裝置和座椅緩沖裝置。然而二者所起的緩沖能力并不相同，且返回艙乘主用主傘和備份主傘的下降速度不一樣，使得著陸緩沖裝置的初始條件和效果也不一樣。當(dāng)返回艙乘備份主傘下降時(shí)著陸反推裝置必須工作才能保證航天員的安全著陸；而當(dāng)返回艙乘主用主傘下降時(shí)，只需著陸反推裝置和座椅緩沖裝置其中之一工作便能保證航天員的安全著陸，此時(shí)二者為并聯(lián)關(guān)系。因此，兩種著陸緩沖裝置間的關(guān)系也不是簡(jiǎn)單的并聯(lián)關(guān)系。

2.2 解決措施

通過(guò)上述回收著陸系統(tǒng)一些主要組成部件間關(guān)系特點(diǎn)的分析可知，“神舟號(hào)”飛船回收著陸系統(tǒng)的可靠性模型難以使用傳統(tǒng)的串并聯(lián)模型或貯備模型來(lái)描述?？紤]到回收著陸系統(tǒng)是一個(gè)具有嚴(yán)格邏輯順序運(yùn)行的系統(tǒng)，而事件樹方法是一種邏輯演繹法，它是在給定的一個(gè)初因事件的前提下，分析此初因事件可能導(dǎo)致的各種事件序列的結(jié)果。一般用于描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件序列，在分析復(fù)雜系統(tǒng)的重大故障和事故時(shí)，是一種非常有效的方法[3-4]。因此，可以利用事件樹方法在描述順序運(yùn)行系統(tǒng)方面的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于飛船回收著陸系統(tǒng)的可靠性建模。

首先根據(jù)事件樹的分析方法以及回收著陸系統(tǒng)各組成單元之間的邏輯關(guān)系，建立回收著陸系統(tǒng)的可靠性事件樹，獲取每一條令系統(tǒng)成功的路徑，從而建立回收著陸系統(tǒng)的可靠性框圖。然后在此基礎(chǔ)上，考慮到回收著陸系統(tǒng)各工作路徑具有互不相容的特性，且每條路徑上的事件序列均為串聯(lián)模型，因此，結(jié)合全概率法可以方便地建立回收著陸系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型?；厥罩懴到y(tǒng)可靠性建模的具體情況可以參見(jiàn)文獻(xiàn)[1-2，5]。

3 系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法

對(duì)回收著陸系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估有兩種方法：一種是收集整個(gè)系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估；另一種是利用系統(tǒng)各單機(jī)部件的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于系統(tǒng)與組件的可靠性模型進(jìn)行系統(tǒng)可靠性綜合評(píng)估。如果對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果有兩種情形：成功和失敗，獲得數(shù)據(jù)類型為成敗型數(shù)據(jù)，利用成敗型數(shù)據(jù)的可靠度置信下限計(jì)算方法，可評(píng)估系統(tǒng)的可靠性。然而，對(duì)于成敗型數(shù)據(jù)要求樣本量很大，而且進(jìn)行大量的系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)無(wú)論從工作量、試驗(yàn)工況的模擬、試驗(yàn)的組織實(shí)施，還是從試驗(yàn)費(fèi)用等各方面均是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)于回收著陸系統(tǒng)的可靠性評(píng)估，將主要基于單機(jī)部件可靠性數(shù)據(jù)信息，利用所建立的系統(tǒng)可靠性模型來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)估。

由于回收著陸系統(tǒng)產(chǎn)品的種類較多，包括機(jī)械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、機(jī)-電結(jié)構(gòu)產(chǎn)品以及火工裝置、降落傘等，各產(chǎn)品的工作特點(diǎn)及其可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布也不盡相同，包括了成敗型、單邊性能限型、雙邊性能限型、應(yīng)力-強(qiáng)度型和指數(shù)壽命等。而一般系統(tǒng)可靠性綜合評(píng)估方法主要針對(duì)于成敗型單元數(shù)據(jù)。因此，進(jìn)行系統(tǒng)綜合評(píng)估時(shí)，需要將非成敗型數(shù)據(jù)折算為成敗型數(shù)據(jù)。目前工程中常用的可靠性數(shù)據(jù)折算方法有點(diǎn)估計(jì)方差法、兩點(diǎn)法、點(diǎn)估計(jì)下限法和二階矩法等，對(duì)于高可靠性產(chǎn)品，這些折算方法的折算精度不夠高，折算前后置信分布誤差較大，且存在一定使用局限性。為了便于進(jìn)行回收著陸系統(tǒng)的可靠性評(píng)估，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有折算方法的研究，在此基礎(chǔ)上提出了基于多點(diǎn)優(yōu)化法進(jìn)行可靠性數(shù)據(jù)折算。該方法在原始置信分布上選取多個(gè)已知的折算控制點(diǎn)，并取這些位置點(diǎn)上的誤差平方和作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)而利用優(yōu)化算法求解使目標(biāo)函數(shù)最小的等效成敗型數(shù)據(jù)[6]。

4 降落傘可靠性評(píng)估方法及驗(yàn)證方法

4.1 問(wèn)題及特點(diǎn)分析

降落傘是飛船回收著陸系統(tǒng)的核心部分，直接關(guān)系到航天員的生命安全，要求具有很高的可靠性。由于從降落傘離開傘艙開始，經(jīng)傘繩、傘衣全部拉直至傘衣開始充氣最終達(dá)到物傘系統(tǒng)穩(wěn)定下降為止的一系列動(dòng)作或階段是一個(gè)非常復(fù)雜的工作過(guò)程，在整個(gè)降落傘工作過(guò)程中，影響降落傘可靠性和安全性的因素很多而且復(fù)雜，并且也很難用特征量來(lái)描述降落傘的可靠性，導(dǎo)致可靠性建模非常困難。因此，降落傘的可靠性評(píng)估一直是設(shè)計(jì)工作者迫切希望解決，而又至今仍未得到很好解決的難題。

降落傘工作過(guò)程一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)[7]：

1）受人為因素影響較多。由于降落傘是用柔性的紡織材料制成的，在制作過(guò)程中不像一般金屬和非金屬材料那樣規(guī)范、固定，其變形量比較大，生產(chǎn)中不太好控制。即使是同一個(gè)人用同一套圖樣在同批次加工中，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品也有不同之處。另外，降落傘開傘程序比較復(fù)雜，環(huán)節(jié)比較多，在包裝過(guò)程中要將連接帶、附件、降落傘傘繩和傘衣，按先出傘包的在后、后出傘包的在先的順序一一包入有限的傘包內(nèi)，確保開傘程序按規(guī)定的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。由于這些都是純?nèi)斯げ僮?，?duì)于同一個(gè)型號(hào)的包傘即使同一個(gè)人，每次包裝都可能不一樣，對(duì)于不同的人來(lái)說(shuō)更不可能相同。因此，降落傘本身的可靠性也受加工、包傘和裝配等多種不可定量的人為因素的影響。要單獨(dú)獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息非常困難。

2）受外界因素影響大。由于降落傘系統(tǒng)的工作一般是飛行試驗(yàn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，所以此前工作系統(tǒng)的好壞、誤差的積累大小都會(huì)直接影響到它能否正常工作。有時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)由于別的系統(tǒng)問(wèn)題，到降落傘系統(tǒng)工作時(shí)才能表現(xiàn)出來(lái)。例如降落傘沒(méi)有打開從表面看是回收著陸系統(tǒng)的問(wèn)題，但是如果彈道太低了，降落傘系統(tǒng)還沒(méi)有進(jìn)入工作程序航天器就可能著陸了，這種情況降落傘系統(tǒng)是無(wú)法工作的。如果彈道太高了，降落傘開傘后則可能由于速壓過(guò)大而被沖破。同樣如果航天器姿態(tài)不正常，造成了開傘通道不暢，也影響降落傘工作的可靠性。所以實(shí)際飛行彈道的偏差、開傘和脫傘指令的發(fā)出和傳輸、彈傘和脫傘火工裝置的工作、傘系和傘艙連接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、出傘通道的通暢、開傘時(shí)航天器的姿態(tài)等因素，都會(huì)影響降落傘系統(tǒng)工作的成敗。

3）可靠性特征量描述困難。對(duì)于降落傘工作可靠性來(lái)說(shuō)，除了降落傘系統(tǒng)本身要具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度水平外，降落傘開傘程序的控制是另一個(gè)非常重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如傘包出艙、傘繩和傘衣的拉直程序、傘衣充氣過(guò)程等，往往直接關(guān)系到其工作的成敗。這些環(huán)節(jié)如同前述的人為因素一樣，同樣是難以用特征量來(lái)描述其工作可靠性，相關(guān)數(shù)據(jù)信息的獲取也是非常困難的。

4.2 降落傘可靠性評(píng)估方法

針對(duì)降落傘的上述特點(diǎn)，在其實(shí)際工程研制過(guò)程中，一般均會(huì)通過(guò)一定數(shù)量的降落傘強(qiáng)度試驗(yàn)和系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證降落傘工作的可靠性。

首先，通過(guò)降落傘的強(qiáng)度試驗(yàn)分析降落傘的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度水平，這是確保降落傘可靠工作的一個(gè)基礎(chǔ)。不過(guò)，為了創(chuàng)造強(qiáng)度試驗(yàn)的條件，試驗(yàn)需設(shè)置專門的工況，一些相關(guān)的接口關(guān)系和實(shí)際飛行狀態(tài)中的初始條件（如：實(shí)際返回彈道、開傘和脫傘指令的發(fā)出和傳輸、彈傘和脫傘火工裝置的工作、傘系和傘艙連接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、出傘通道的通暢、開傘時(shí)返回艙的姿態(tài)等）在強(qiáng)度試驗(yàn)中有時(shí)就無(wú)法模擬和考核了。因此，在降落傘的研制過(guò)程中，除了其強(qiáng)度試驗(yàn)外，還需進(jìn)行一定數(shù)量的系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)以驗(yàn)證相關(guān)的接口關(guān)系和實(shí)際飛行狀態(tài)中的初始條件及其偏差等對(duì)降落傘工作的影響。

系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)主要是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、包裝和裝配的要求，模擬開傘動(dòng)壓或?qū)嶋H飛行工作程序進(jìn)行的空投試驗(yàn)或飛行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的成敗情況來(lái)驗(yàn)證降落傘工作的可靠性。

綜上所述，降落傘的強(qiáng)度試驗(yàn)和系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)是降落傘研制過(guò)程中最基本的兩類驗(yàn)證試驗(yàn)，兩者相輔相成，缺一不可。同樣，對(duì)于降落傘的可靠性評(píng)估也只有充分利用了兩類試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息才能合理地解決。

如前所述，由于降落傘的強(qiáng)度試驗(yàn)主要是驗(yàn)證降落傘的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。降落傘的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要表現(xiàn)在其承載能力上，降落傘所受的最大載荷出現(xiàn)在其開傘時(shí)的瞬間，其開傘載荷主要取決于開傘時(shí)氣流的動(dòng)壓力大小，因此可以用開傘時(shí)的氣動(dòng)壓力來(lái)表征降落傘工作時(shí)的應(yīng)力均值及其標(biāo)準(zhǔn)差。相應(yīng)地，也可通過(guò)降落傘強(qiáng)度空投試驗(yàn)獲取開傘時(shí)的動(dòng)壓力數(shù)值作為降落傘的強(qiáng)度信息。并假定強(qiáng)度試驗(yàn)信息是服從正態(tài)分布的。

而系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)主要是驗(yàn)證降落傘的包裝品質(zhì)、相關(guān)接口關(guān)系、開傘時(shí)的初始條件及開傘程序控制等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的可靠性難以用某些特征量來(lái)描述，因此，降落傘參加系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)的數(shù)據(jù)信息一般取為成敗型。

為了便于將降落傘的強(qiáng)度試驗(yàn)信息和系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)信息有效地融合起來(lái)，根據(jù)貝葉斯方法，先利用強(qiáng)度試驗(yàn)信息確定先驗(yàn)分布密度函數(shù)，再利用系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)結(jié)果確定后驗(yàn)分布密度函數(shù)。降落傘驗(yàn)前可靠度概率分布密度函數(shù)采用貝塔分布，其分布參數(shù)由強(qiáng)度試驗(yàn)信息確定。降落傘驗(yàn)后可靠度概率分布密度函數(shù)可根據(jù)Bayes公式，由驗(yàn)前可靠度概率分布密度函數(shù)和成敗型系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得?；隍?yàn)后可靠度概率分布密度函數(shù)便可計(jì)算可靠度的點(diǎn)估計(jì)及置信下限。詳細(xì)情況請(qǐng)參閱文獻(xiàn)[7，8]。

4.3 降落傘可靠性驗(yàn)證方法

根據(jù)前面所確定的降落傘可靠性評(píng)估方法，降落傘可靠性的驗(yàn)證方法如下：

1）進(jìn)行回收著陸系統(tǒng)工作過(guò)程的各種偏差仿真，確定減速傘和主傘的實(shí)際工作動(dòng)壓范圍，獲取開傘時(shí)動(dòng)壓的均值和方差；

2）以開傘動(dòng)壓為控制目標(biāo)，分別進(jìn)行若干次（鑒于降落傘的特點(diǎn)，一般取不小于5次）減速傘和主傘強(qiáng)度試驗(yàn)，確定減速傘和主傘的實(shí)際強(qiáng)度，獲取強(qiáng)度均值（一般為了考慮試驗(yàn)的安全性，避免空投試驗(yàn)時(shí)模型的損壞，開傘動(dòng)壓控制在實(shí)際工作動(dòng)壓的1.5倍以上即可）；

3）由于一般空投試驗(yàn)很難恰好控制在降落傘的強(qiáng)度水平，因此，可以通過(guò)對(duì)降落傘所用的主要織物材料及其縫合部進(jìn)行強(qiáng)度性能試驗(yàn)，確定織物材料的強(qiáng)度方差，以作為降落傘的強(qiáng)度方差；

4）根據(jù)給定的減速傘和主傘的可靠性指標(biāo)，通過(guò)前面的評(píng)估方法預(yù)估減速傘和主傘的系統(tǒng)級(jí)空投試驗(yàn)次數(shù)，然后進(jìn)行模擬減速傘和主傘開傘動(dòng)壓的系統(tǒng)空投試驗(yàn)；

5）根據(jù)所確定的可靠性評(píng)估方法和上述試驗(yàn)所獲取的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)減速傘和主傘的可靠性進(jìn)行評(píng)估。

5 火工裝置可靠性評(píng)估方法及驗(yàn)證方法

5.1 問(wèn)題及特點(diǎn)分析

在回收著陸系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程中，彈蓋開傘、脫減速傘、返回艙由單點(diǎn)轉(zhuǎn)換為雙點(diǎn)垂掛以及返回艙著陸后的脫主傘等執(zhí)行動(dòng)作均是由火工裝置來(lái)完成的。這些火工裝置工作的成敗直接關(guān)系到回收著陸系統(tǒng)工作的可靠性，是回收著陸系統(tǒng)的關(guān)鍵產(chǎn)品，要求具有很高的可靠性。

對(duì)于火工裝置的可靠性評(píng)估，一般可采用計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)估計(jì)可靠度的方法和用計(jì)量數(shù)據(jù)估計(jì)可靠度的方法[9]。但用計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估火工裝置的可靠度，則需要進(jìn)行大量的成敗型試驗(yàn)才能達(dá)到如此高的可靠性指標(biāo)要求。而對(duì)于載人飛船回收著陸系統(tǒng)的火工裝置來(lái)說(shuō)，其生產(chǎn)和使用批量均較小，在研制過(guò)程中進(jìn)行如此大量的試驗(yàn)，從進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)等方面來(lái)說(shuō)都是不可行的。因此對(duì)于火工裝置的可靠性指標(biāo)的評(píng)估需要采用計(jì)量數(shù)據(jù)的方法來(lái)進(jìn)行。根據(jù)文獻(xiàn) [9]，其評(píng)估方法是直接測(cè)量火工裝置的某種性能參數(shù)，然后根據(jù)樣本的觀測(cè)值按GB4882-85《數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和解釋、正態(tài)性檢驗(yàn)》作正態(tài)性檢驗(yàn)。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布后，按正態(tài)統(tǒng)計(jì)容許限計(jì)算產(chǎn)品的可靠度。在計(jì)算過(guò)程中，性能參數(shù)的容許上限或下限是事先給定的一個(gè)確定值。然而，在實(shí)際過(guò)程中，性能參數(shù)的容許上限或下限往往也是事先并不知道的，也不是一個(gè)常值，而是一個(gè)服從正態(tài)分布的數(shù)。因此，如果此時(shí)仍按文獻(xiàn)[9]的方法進(jìn)行可靠度計(jì)算就有些不太合理。

5.2 可靠性評(píng)估方法

對(duì)于傘艙蓋彈射分離裝置，由于其主要功能是給予傘艙蓋提供一定的分離速度，因此進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)可以根據(jù)傘艙蓋的分離速度來(lái)考慮。由于通過(guò)各種分析、計(jì)算和試驗(yàn)，回收著陸系統(tǒng)給傘艙蓋彈射分離裝置提出了一個(gè)最小分離速度的要求，因此，傘艙蓋分離裝置的可靠性評(píng)估完全可以根據(jù)GJB376-87《火工品可靠性評(píng)估方法》來(lái)進(jìn)行。即：首先通過(guò)試驗(yàn)獲取傘艙蓋的分離速度，并將其作為樣本觀測(cè)值。然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)的速度均值、標(biāo)準(zhǔn)差由給定的速度容許下限LL，按照式（1）計(jì)算單邊容許系數(shù)KL。最后，根據(jù)樣本數(shù)n、單邊容許系數(shù)KL、置信度γ查GB4885-85《正態(tài)分布完全樣本可靠度單側(cè)置信下限》求出傘艙蓋分離裝置的可靠度。

對(duì)于減速傘脫傘器、垂掛釋放器以及主傘脫傘器，由于其主要工作特點(diǎn)是通過(guò)藥盒所產(chǎn)生的高壓燃?xì)鈦?lái)推動(dòng)銷子或切刀，從而實(shí)現(xiàn)脫傘或垂掛轉(zhuǎn)換的功能。因此在進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)可以將其工作的燃?xì)鈮毫ψ鳛殛P(guān)鍵參數(shù)來(lái)考慮。由于對(duì)于這些火工裝置的壓力容許下限事先是沒(méi)有確定的，只能通過(guò)按完成規(guī)定功能的最小裝藥量的試驗(yàn)來(lái)測(cè)量，而所測(cè)得的結(jié)果也是一個(gè)服從正態(tài)分布的壓力參數(shù)。此時(shí)如果再采用上述評(píng)估方法就有些不太合適。其實(shí)通過(guò)對(duì)這些火工裝置的工作特點(diǎn)和文獻(xiàn)[9]計(jì)量方法的進(jìn)一步考察、分析，采用正態(tài)分布應(yīng)力和強(qiáng)度參數(shù)均未知情況下的可靠度評(píng)估方法將更合適些。也就是將按完成規(guī)定功能的最小裝藥量情況下所測(cè)得的工作壓力作為應(yīng)力，而將按實(shí)際工作狀態(tài)的裝藥量情況下所測(cè)得的工作壓力作為強(qiáng)度，這樣按照正態(tài)分布應(yīng)力和強(qiáng)度參數(shù)均未知情況下的可靠度評(píng)估方法所得到的可靠度即是這些火工裝置的工作可靠度。具體的計(jì)算公式參見(jiàn)文獻(xiàn)[10，11]。

5.3 火工裝置可靠性驗(yàn)證方法

對(duì)于傘艙蓋彈射分離裝置，由于其主要功能是給予傘艙蓋提供一定的分離速度，因此進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)可以根據(jù)傘艙蓋的分離速度來(lái)考慮，于是傘艙蓋彈射分離裝置的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)關(guān)鍵在于如何獲取傘艙蓋的分離速度。為了獲取傘艙蓋的分離速度，試驗(yàn)采用模擬實(shí)際的工作狀態(tài)安裝傘艙蓋和彈射分離裝置來(lái)進(jìn)行，通過(guò)高速攝像來(lái)獲取傘艙蓋的分離速度，并將其作為樣本觀測(cè)值，而所要求的傘艙蓋最小分離速度則作為分離速度參數(shù)的下限?！吧裰厶?hào)”飛船回收著陸分系統(tǒng)傘艙蓋彈射分離裝置的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)總共專門進(jìn)行了20次，通過(guò)所測(cè)得的結(jié)果，根據(jù)文獻(xiàn)[9]的評(píng)估方法進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明可靠度滿足其指標(biāo)要求。

對(duì)于減速傘脫傘器、垂掛釋放器以及主傘脫傘器，由于在進(jìn)行可靠性評(píng)估時(shí)是將其工作的燃?xì)鈮毫ψ鳛樘卣鲄?shù)來(lái)考慮的。于是減速傘脫傘器、垂掛釋放器以及主傘脫傘器的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)的主要目的就是如何獲取其工作燃?xì)鈮毫Αp速傘脫傘器、垂掛釋放器以及主傘脫傘器的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)主要是采用定容測(cè)壓的方法來(lái)進(jìn)行，即在專用的工裝上對(duì)產(chǎn)品的工作燃?xì)鈮毫M(jìn)行測(cè)量，首先將產(chǎn)品按實(shí)際工作狀態(tài)的裝藥量在專用的工裝上進(jìn)行定容測(cè)壓試驗(yàn)，將所測(cè)得的壓力作為樣本觀測(cè)值，然后按能夠完成規(guī)定功能的最小裝藥量的藥量裝配產(chǎn)品，在專用的工裝上進(jìn)行定容測(cè)壓試驗(yàn)，將所測(cè)得的壓力作為工作壓力參數(shù)。兩種狀態(tài)下的產(chǎn)品均專門進(jìn)行了一定數(shù)量的試驗(yàn)，通過(guò)所測(cè)得的結(jié)果，根據(jù)文獻(xiàn)[11]的評(píng)估方法進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明可靠度均滿足相應(yīng)的指標(biāo)要求[12]。

6 結(jié)束語(yǔ)

在“神舟號(hào)”飛船的研制過(guò)程中，為解決回收著陸系統(tǒng)在可靠性分析、驗(yàn)證、評(píng)估等方面的問(wèn)題，根據(jù)回收著陸系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，主要針對(duì)系統(tǒng)的可靠性建模、系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法、降落傘可靠性評(píng)估方法和驗(yàn)證方法、火工裝置可靠性評(píng)估方法及驗(yàn)證方法等方面，開展了一些相關(guān)的研究工作，取得了一些有意義的研究成果，且便于工程實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)也具有廣泛的適應(yīng)性和普遍性，可供其它型號(hào)的可靠性工作參考借鑒。

[1]王學(xué)，高普云，馮志剛，等.飛船降落傘系統(tǒng)的可靠性建模[J].宇航學(xué)報(bào)，2011，32（7）：1645-1649.

[2]榮偉.一種評(píng)估載人飛船回收著陸分系統(tǒng)可靠性的方法[J].航天器工程，2005，14（1）：43-47.

[3]萬(wàn)滌生.可靠性評(píng)定與分析[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[4]胡昌壽.航天可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[5]王學(xué).載人飛船回收著陸系統(tǒng)可靠性研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文，2010.

[6]王學(xué)，高普云，馮志剛，等.基于多點(diǎn)優(yōu)化法進(jìn)行可靠性數(shù)據(jù)折算[J].強(qiáng)度與環(huán)境，2010，37（2）：55-60.

[7]榮偉，郭奎，王學(xué)，等.航天器降落傘可靠性評(píng)估方法[C].中國(guó)宇航學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與環(huán)境工程專委員會(huì)2010年度學(xué)術(shù)研討會(huì)，安徽，2010.

[8]王學(xué)，馮志剛，高普云，等.降落傘可靠性評(píng)定及其試驗(yàn)量決策[J].宇航學(xué)報(bào)，2010，31（6）：1685-1689.

[9]GJB 376-1987.火工品可靠性評(píng)估方法[S].1987.

[10]榮偉，孫紹民.載人飛船回收系統(tǒng)火工裝置可靠性評(píng)估方法[J].航天器環(huán)境工程，2005，22（4）：223-225.

[11]何水清，王善.結(jié)構(gòu)可靠性分析與設(shè)計(jì)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1993.

[12]榮偉，郝芳.載人飛船回收著陸分系統(tǒng)火工裝置可靠性試驗(yàn)[J].航天器環(huán)境工程，2005，22（2）：109-111.