面向载人运载火箭的制造技术

面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余

【技术实现步骤摘要】
面向载人运载火箭的2
‑
3模复合冗余TTE通信网络拓扑结构


[0001]本专利技术涉及面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，属于载人运载火箭控制系统集成化

。

技术介绍

[0002]系统总线用于实现运载火箭电气系统级内
、
级间，以及箭地间各设备间的信息互联
。
随着运载火箭对控制精度
、
故障重构能力
、
数据记录规模等功能
、
性能要求的提升，电气系统设备间需要进行交互的数据量规模明显增加
。
传统的低速总线互联的方案很难适应大数据量通信需求，高速率
、
低时延
、
低抖动成为总线能够满足运载火箭实时控制和大容量信息传输的基本要求
。
一种可行的互联模式是，将
TTE(Time Triggered Ethernet)
作为全箭电气系统互联总线
。TTE
总线在传统的以太网通信基础上，扩展了时间触发通信能力，能够在全面继承既有以太网通信高带宽优点的基础上，实现电气系统要求的确定性
、
大容量实时通信行为，满足运载火箭系统互联需求
。
[0003]可靠性是包括电气系统在内的运载火箭需要考虑的一项基本问题
。
由于外界环境影响或者产品自身缺陷，运载火箭电气系统在飞行过程中会发生各种故障
。
一般需要通过相同功能部分的冗余设计来保证故障情况下的飞行任务成功率
。
对于
TTE
总线，一般采用双冗余或者三冗余链路拓扑，提升信息交互的可靠度水平
。
[0004]现有技术1：织女座运载火箭采用
TTE
总线用于实现箭上电气系统设备互联，具体拓扑结构图如下图1所示
。
全系统共配置两台冗余的交换机，遥测指令接收机
、GNSS
接收机
、
箭载计算机
、
惯性导航设备
、
载荷
(
一般为卫星
)、
各级推力矢量控制器
、
各级测量采编器等火箭控制
、
测量关键设备均采用双网口配置，分别连接到两台冗余交换机上，以避免
TTE
总线链路一度失效导致的系统通信故障
。
摄像机等非关键设备则采用单端口配置，连接到某一台交换机上
。
该方案可以满足总线一度故障后的电气系统关键设备可靠通信问题
。
但对于载人运载火箭，还需要遵循“一度故障可靠
、
二度故障安全”的设计理念，以最大程度保证航天员的生命安全
。
双冗余总线方案意味着部分二度故障情况下，如2台冗余的交换机均损坏时，设备间无法实现正常数据交互，不满足二度故障安全的设计需求，发生故障后易发生箭毁人亡的灾难性后果
。
[0005]现有技术2：如图2，美俄欧日加联合研发“深空之门”月球轨道空间站，由能源与推进模块
(PPE)、
居住模块
(HM)、
补给模块
(LR)、
多用途模块
(MPM)
等组成，空间站采用三冗余
TTE
总线作为电气系统标准接口，实现高可靠强实时通讯需求
。
[0006]三冗余
TTE
总线的应用，满足了载人航天对二度故障安全的高可靠性要求
。
但从电气系统角度考虑，设备本身也存在功能失效的情况
。
不参与飞行控制的部分设备可容忍这种功能失效现象，但诸如飞行控制计算机等核心控制设备必须通过三模冗余
、
三取二表决等方式识别和隔离一度故障
。
由于每个冗余功能模块需要各对应1个多端口的
TTE
终端节点，对于1台核心控制设备，包含的
TTE
终端节点数量为
3。
即单台设备设计3个冗余的功能模块，共对应3个终端节点
、9
组以太网链路，如图2所示
。
这种为保证通信可靠性设计的
TTE
通
信网络拓扑会导致全电气系统总线规模偏大，客观上对全箭电气系统减重
、
设备内部电缆连接和对外出线等结构
、
电路工程实现造成不利影响
。
[0007]现有技术3：美国将
TTE
网络作为猎户座
(Orion)
载人飞船的骨干网络，在双冗余总线网络基础上，增加非对称式交换机结构，从而获得更为充裕的冗余链路
。
其中如图3所示的交换机
6、7、8
为非对称交换机
。
[0008]该方案仅在局部解决了总线二度故障下的可靠通信问题
。
对于网络中对称冗余的交换机二度故障情况，如交换机
31、32
同时故障，仍然会导致通信链路的整体异常
。
因此，按方案不能完全实现二度安全的设计理念
。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，通过设计2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑，能够在保证载人运载火箭电气系统关键设备可靠性指标满足“二度故障安全”前提下，将系统总线电缆规模压缩至上述方案的
2/3
，能够有效降低
TTE
总线复杂度与联网设备设计难度，实现全箭电气系统减重目的
。
[0010]本专利技术的技术解决方案是：面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，包括多台上网设备和交换机设备；
[0011]上网设备为接入
TTE
总线的设备；每台上网设备均包括功能模块和
TTE
端节点，每个
TTE
端节点均引出至少两路冗余
TTE
接口；
[0012]每台交换机设备包括至少三个独立冗余的交换机模块，用于实现数据交互；
[0013]上网设备的
TTE
端节点以非对称方式与交换机设备之间进行双
TTE
接口
‑
三星型交换机模块的互联拓扑结构连接，实现各上网设备的功能模块之间的信息交互
。
[0014]进一步地，所述上网设备包括第一类上网设备
、
第二类上网设备和第三类上网设备；所述第一类上网设备
、
第二类上网设备和第三类上网设备的端节点配套个数分别为三
、
二
、
一
。
[0015]进一步地，所述双...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，其特征在于，包括多台上网设备和交换机设备；上网设备为接入
TTE
总线的设备；每台上网设备均包括功能模块和
TTE
端节点，每个
TTE
端节点均引出至少两路冗余
TTE
接口；每台交换机设备包括至少三个独立冗余的交换机模块，用于实现数据交互；上网设备的
TTE
端节点以非对称方式与交换机设备之间进行双
TTE
接口
‑
三星型交换机模块的互联拓扑结构连接，实现各上网设备的功能模块之间的信息交互
。2.
根据权利要求1所述的面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，其特征在于，所述上网设备包括第一类上网设备
、
第二类上网设备和第三类上网设备；所述第一类上网设备
、
第二类上网设备和第三类上网设备的端节点配套个数分别为三
、
二
、
一
。3.
根据权利要求2所述的面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，其特征在于，所述双
TTE
接口
‑
三星型交换机模块互联拓扑结构包括第一类上网设备与交换机设备间采用的互联拓扑结构；第一类上网设备与交换机设备间采用的互联拓扑结构为：每个
TTE
端节点的两个端口均分别通过线缆与交换机设备的任两个交换机模块的分别一个端口连接，不同
TTE
端节点的两个端口中仅允许有一个端口连接至同一个交换机模块
。4.
根据权利要求2所述的面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络拓扑结构，其特征在于，所述两
TTE
接口
‑
三星型交换机模块互联拓扑结构包括第二类上网设备与交换机设备间采用的互联拓扑结构；第二类上网设备与交换机设备间采用的互联拓扑结构为：每个
TTE
端节点的两个端口均分别通过线缆与交换机设备的任两个交换机模块的分别一个端口连接，不同
TTE
端节点的两个端口中仅允许有一个端口连接至同一个交换机模块
。5.
根据权利要求2所述的面向载人运载火箭的2‑3模复合冗余
TTE
通信网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：周虎，凌震，杨劲赫，胡海峰，韩峰，张硕，杨岫婷，邹茜薇，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：