Приближенные оценки безотказности бортовой аппаратуры длительного функционирования Колобов а.Ю., Корчагин е.Н., Комарова м.Е.

(ФГУП «НПО им.С.А.Лавочкина)

Рассмотрены проблемы оценки вероятности безотказной работы космических аппаратов длительного функционирования (КАДФ) на этапах аванпроекта и эскизного проекта. Предложен метод приближенной оценки безотказности КАДФ на этих этапах.

An approximate evaluation of the reliability of on-board equipment of long-term operation. Kolobov A.J., Korchagin E.N., Komarova M.E.

The article is considered problems of assessment of probability of non-failure operation of spacecraft long-term functioning spacecraft at the stages of preliminary design. It proposed the method of the approximate evaluation of reliability spacecraft at these stages.

Бортовая аппаратура космических аппаратов (КА) относится к сложным техническим системам с различными типами резервирования: Традиционно при оценках безотказности радиоэлектронной аппаратуры (РА) КА используется экспоненциальный закон распределения вероятности, который дает хорошее подтверждение результатами эксплуатации при САС менее 3 - 5 лет.

Однако, результаты эксплуатации КА длительного функционирования (КАДФ) показали, что традиционные методики прогнозирования надежности, основанные на предположении о постоянстве интенсивности отказов в течение всего срока эксплуатации аппаратуры, дают завышенные результаты по безотказности и заниженные по долговечности.

В последнее время появился ряд публикаций (Стрельникова В.П., Федухина А.В., Пасько В.П. и др.) предлагающих для прогнозирования надежности РА длительного функционирования использовать методики, основанные на двухпараметрических законах распределения вероятности и учитывающие деградационные процессы в ЭРИ. Это значительно повышает адекватность прогнозных оценок надежности. Однако использование двухпараметрических законов распределения в инженерной практике сдерживают трудности при определении параметров закона распределения для конкретного изделия.

Особую трудность представляет предварительное прогнозирование надежности РА КА на этапах аванпроекта и эскизного проекта, когда облик составных частей КА окончательно не сформирован и отсутствуют исходные данные по перечням ЭРИ, картам рабочих режимом и другие исходные данные.

Попытки упрощенного прогнозирования безотказности РА на основе только количества ЭРИ с усредненными -характеристиками без учета структурной схемы надежности приводят к неадекватным оценкам, что можно показать на следующем примере.

Один из космических аппаратов научного назначения с САС 7 лет содержал 77530 единиц ЭРИ.

Оценки ВБР КА в зависимости от типа резервирования РА и качества ЭРИ (-характеристик) представлены ниже в таблице.

Тип резервирования
	10-10	10-9	10-8	10-7
Поканальное резервирование	0,95	0,17	0	0
Поэлементное резервирование	1	0,9998	0,98	0,23

Видно, что имеется очень большой разброс в оценках ВБР.

Оценка по аналогу, имеющему летную квалификацию, дала на этапе эскизного проектирования значение ВБР КА, равное 0,81.

Более адекватные результаты дает прогнозирование надежности РА с использованием результатов расчетов надежности изделий-аналогов. При этом следует учитывать отличия в сложности и САС аналога и проектируемого изделия. В случае РА для приближенного прогнозирования надежности можно использовать экспоненциальную зависимость.

В качестве критерия сложности, делая допущение о равной плотности упаковки ЭРИ, можно принимать массу РА. В этом случае приближенную оценку ВБР, разрабатываемого изделия (прибора), можно приближенно получить пересчетом ВБР аналога: где М₁, М₂ и Т₁, Т₂ – соответственно массы и САС аналога и разрабатываемого изделия.

Следует отметить, что для механических систем и устройств, а также конструктивных элементов и данный подход неприменим.

В последних исследованиях установлено, что увеличение интенсивности отказов при длительных сроках функционирования РА из-за деградационных процессов в ЭРИ может достигать до 50%. Игнорирование этого также значительно уменьшает достоверность оценок ВБР КАДФ. В качестве грубых предварительных оценок в ходе разработки аванпроекта или эскизного проекта предлагается при оценке безотказности РА учитывать деградационные процессы ЭРИ, заменяя неизвестную зависимость интенсивности отказов кусочно-линейной зависимостью с постоянными интенсивностями отказов в отдельные промежутки времени и используя при этом экспоненциальную зависимость:

В этом случае, например, при 40% степени деградации ЭРИ ВБР бортовой аппаратуры будет определяться по следующей формуле:

Р = е^-∙0,25t е^-1,1∙0,25t∙е^-1,2∙0,25t е^-1,3∙0,25t = е^-1,15t

Тогда если в результате оценок безотказности с использованием экспоненциального закона получена ВБР КА, равная Р₀=0,9, то уточненная оценка безотказности с учетом деградационных процессов составит Р_уточн = 0,885.