sustainНадежностьDependability1729-26462500-3909RAMS Journal Limited liability company10.21683/1729-2646-2019-19-2-3-8sustain-316Research ArticleСТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКАSTRUCTURAL RELIABILITY. THE THEORY AND PRACTICEМетодология оценки надежности космических аппаратов при проектной и конструкторской проработкеMethod of dependability assessment of spacecraft in design and engineering studiesГечаВ. Я.GechaV. Ya.

Владимир Я. Геча – доктор технических наук, профессор, заместитель генерального директора

Москва

Vladimir Ya. Gecha, Doctor of Engineering, Professor, Deputy Director General

Moscow

vniiem@orc.ruБарбулР. Н.BarbulR. N.

Руслан Н. Барбул – старший научный сотрудник, заместитель генерального директора по качеству и надежности

Москва

Ruslan N. Barbul, Senior Researcher, Deputy Director General  for  Quality  and  Dependability

Moscow

vniiem@orc.ruСидняевН. И.SidniaevN. I.

Николай И. Сидняев – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой

Москва

Nikolay I. Sidniaev, Doctor of Engineering, Professor, Head of Department

Moscow

Sidn_ni@mail.ruБутенкоЮ. И.ButenkoYu. I.

Юлия И. Бутенко – кандидат технических наук, доцент

Москва

Yulia I. Butenko, Candidate of Engineering, Associate Professor

Moscow

iuliiabutenko2015@yandex.ruАкционерное общество «Научно-производственная корпорация «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» имени А.Г. Иосифьяна»РоссияA.G. Iosifian Research and Production Corporation Space Monitoring, Information, Control and Electromechanical SystemsRussian FederationАкционерное общество «Научно-производственная корпорация «Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы» имени А.Г. Иосифьяна»РоссияA.G. Iosifian Research and Production Corporation Space Monitoring, Information, Control and Electromechanical SystemsRussian FederationМосковский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation20191406201919238Copyright © Геча В.Я., Барбул Р.Н., Сидняев Н.И., Бутенко Ю.И., 20192019Геча В.Я., Барбул Р.Н., Сидняев Н.И., Бутенко Ю.И.Gecha V.Y., Barbul R.N., Sidniaev N.I., Butenko Y.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.dependability.ru/jour/article/view/316

В статье рассматриваются вопросы экслуатационной надежности космических систем (КС), эффективности сложных многоцепочных систем, использования резервирования при конструировании космических аппаратов (КА). Представлены методики прогнозирования надежности создаваемых устройств, проектирование устройств с заданной надежностью и сравнение надежности различных КС. С этой целью излагаются фундаментальные вопросы из теории надежности для проектирования КС, методы сбора и обработки данных о надежности аппаратуры по результатам эксплуатации и специальных испытаний на надежность. Разработаны методы, математические модели и проведен анализ структуры аппаратуры на этапе проектирования и при изготовлении. Приведены расчетные соотношения при различных видах резервирования в испытаниях, продления сроков эксплуатации блоков КА, основа которых – методология оценки остаточного ресурса. Систематизированы и изучены существующие методы анализа надежности. Изложены проблемы неопределенности информации по входным данным при расчетах классическими методами. Изучено влияние отклонения внешних воздействий от номинальных значений, непостоянность интенсивности отказов, нелинейный характер влияния внешних факторов на надежность. Исследован характер влияния внешних факторов на надежность и степень учета факторов в существующих методах. Отмечено, что качественные, организационно-технические (конструктивные и программные) требования по надежности, задаваемые в ТЗ для каждой стадии создания элементов КС в целом, должны выполняться и подтверждаться на соответствующей стадии работ. Представлены методики оценки ресурса технических объектов, среди которых важное место занимают методики, основанные на физических предпосылках расходования ресурса. Отмечена важность экономического аспекта исследования проблемы продления сроков эксплуатации КС.

The paper examines the matters of operational dependability of space systems (SS), efficiency of complex systems, use of redundancy in spacecraft (SC) design. It presents methods of predicting the dependability of designed devices, design of devices with desired dependability and comparison of dependability of various SS. For that purpose, the authors set forth the fundamentals of the dependability theory for SS design, methods of collection and processing of data of equipment dependability based on the results of operation and special dependability tests. Methods, mathematical models are developed, the equipment architecture at the stage of design and manufacture is analyzed. The paper also cites the design ratios for various tested types of redundancy, lifetime extension of SC units based on the residual operating life estimation method. The existing methods of dependability analysis are classified and examined. The authors outline the problems of ambiguity of information of the input data in case of classical computing. The effect of nominal deviations of the external effects, irregularity of the failure rate, non-linear nature of the effect of external factors on the dependability are examined. The paper also takes a look at the way the external factors affect the dependability and the degree to which such factors are taken into consideration in the existing methods. It is noted that the qualitative, technical and organizational (design and software) requirements for dependability in the technical specifications for each stage of elements and SS development, shall be observed and confirmed at the respective stage of activities. The paper presents the methods of estimation of technical item operating life with the focus on those based on the physical premises of operating life depletion. Attention is drawn to the importance of the economic aspect in the research dedicated to SS lifetime extension.

надежностьметодикиресурспроектированиекосмический аппаратоценка ресурсаdependabilitymethodsoperating lifedesignspacecraftoperating life assessmentReferencesГнеденко Б.В. Математические методы в теории надежности [Текст] / Б.В. Гнеденко, Ю.К. Беляев, А.Д. Соловьев. – М.: Наука, 1965. – 524 с.Gnedenko B.V., Beliaev Yu.K., Soloviev A.D. Matematicheskie metody v teorii nadezhnosti [Mathematical methods in the dependability theory]. Moscow: Nauka; 1965 [in Russian].Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учебное пособие [Текст] / Н.И. Сидняев. – М.: Издательство Юрайт, ИД Юрайт, 2011. – 399 с.Sidniaev N.I. Teoria planirovania eksperimenta i analiz statisticheskikh dannykh: uchebnoe posobie [Experimental design theory and statistical data analysis: study guide]. Moscow: Izdatelstvo Yurayt; 2011 [in Russian].Морозов Д.B., Чермошенцев С.Ф. Методика повышения надежности функционирования системы управления беспилотного летательного аппарата в полете при возникновении отказа в бортовой контрольно-проверочной аппаратуре [Текст] // Надежность. – 2019; – №19(1). – С.30-35.Morozov D.V., Chermoshentsev S.F. Method of improving the functional dependability of the control systems of an unmanned aerial vehicle in flight in case of failure in the onboard test instrumentation. Dependability 2019;1:….. DOI: 10.21683/1729-2646-2019-19-1…Сидняев Н.И. Модели и методы оценки остаточного ресурса изделий радиоэлектроники [Текст] / Н.И. Сидняев, Г.С. Садыхов, В.П. Савченко – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. –382 с.Sidniaev N.I., Sadykhov G.S., Savchenko V.P. Modeli i metody otsenki ostatochnogo resursa izdeliy radioelektroniki [Models and methods of estimation of the residual operating life of electronics]. Moscow: Bauman MSTU Publishing; 2015 [in Russain].Mоrris S.F. Use and application of MIL-HDBK-217 [Text] / S.F. Morris // Solid Slate Technology. – 1990. – Vol. 33. – No. 6. – Pp. 65-69.Mоrris S.F. Use and application of MIL-HDBK-217. Solid Slate Technology 1990;33(6):65-69.Сидняев Н.И. Математическое моделирование оценки надежности объектов сложных технических систем [Текст] / Н.И. Сидняев. // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2003. – № 4. – С.24-31.Sidniaev N.I. Matematicheskoe modelirovanie otsenki nadezhnosti obiektov slozhnykh tekhnicheskikh sistem [Mathematic simulation of dependability estimation of complex technical systems]. Problemy mashinostroenia i nadezhnosti mashin 2003;4:24-31 [in Russian].Вrennоm T.R. Should us MIL-HDBK-217 be 8888 [Text] / T.R. Brennom // IEEE Trans. Reliab. – 1988. – Vol. 37. – No. 5. – Pp. 474-475.Вrennоm, T.R. Should US MIL-HDBK-217 be 8888. IEEE Trans. Reliab. 1988;37(5):474-475.Сидняев Н.И. Обзор и исследование физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных РЛС [Текст] / Н.И. Сидняев // Физические основы приборостроения. – 2017. – Т. 6. – № 2(23). – С. 4-52.Sidniaev N.I. Obzor i issledovanie fiziki otkazov dlia otsenki pokazateley nadezhnosti radioelektronnykh priborov sovremennykh RLS [Overview and research of physics of failure for the estimation of the dependability indicators of today’s radar electronics]. Physical Bases of Instrumentation 2017;2(23):4-52 [in Russian].Барлоу Р. Математическая теория надежности [Текст] /Р. Барлоу, Ф. Прошан. – М.: Советское радио, 1969. – 488 с.Barlow R., Proschan F. Mathematical theory of reliability. Moscow: Sovetskoye radio; 1969.РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным [Текст]. – Введ. 1991-01-01. – М.: Гос. комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1990.RD 50-690-89. Metodicheskie ukazania. Nadezhnost v tekhnike. Metody otsenki pokazateley nadezhnosti po eksperimentalnym dannym [Guidelines. Dependability of technology. Methods of estimation of dependability indicators based on experimental data]. Moscow: State committee of the USSR for products quality management and standards; 1990 [in Russian].Сидняев Н.И. Факторы космической погоды, влияющие на бортовые элементы низкоорбитальных космических аппаратов [Текст] / Н.И. Сидняев, Л.А. Макриденко, В.Я. Геча, В.Н. Онуфриев / Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. Труды Четвертой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли». – М.: АО «Корпорация «ВНИИЭМ», 2016. – С. 90-10.Sidniaev N.I., Makridenko L.A., Gecha V.Ya., Onufriev V.N. Faktory kosmicheskoy pogody, vliaiushchie na bortovye elementy nizkoorbitalnykh kosmicheskikh apparatov [Factors of space weather affecting the airborne devices of low-orbiting spacecraft]. In: Electromechanical matters. VNIIEM studies. Proceedings of the Fourth International Science and Technology Conference Topical Issues of the Design of Space-Based Earth Remote Sensing Systems. Moscow: VNIIEM Corporation; 2016. p. 90-100 [in Russian].Похабов Ю.П. Что понимать под расчетом надежности уникальных высокоответственных систем при менительно к механизмам одноразового срабатывания космических аппаратов [Текст] // Надежность. – 2018; – №4. – С.28-35.Pokhabov Yu.P. What should mean dependability calculation of unique highly vital systems with regards to single-use mechanisms of spacecraft. Dependability 2018;18(4):28-35.Антонов С.Г., Климов С.М. Методика оценки рисков нарушения устойчивости функционирования программно-аппаратных комплексов в условиях информационно-технических воздействий [Текст] // Надежность. – 2017. – №17(1). – С.32-39.Antonov S.G., Klimov S.M. Method for risk evaluation of functional instability of hardware and software systems under external information technology interference. Dependability 2017;17(1):32-39.Сидняев Н.И. О современных подходах развития теории эффективности космических систем [Текст] / Н.И. Сидняев, В.Я. Геча, Р.Н. Барбул / Системы управления полным жизненным циклом высокотехнологичной продукции в машиностроении: новые источники роста: Всероссийская научно-практическая конференция (Москва, 18 апреля 2018 г.): материалы конференции / Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет). – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – С. 69-75.Sidniaev N.I., Gecha V.Ya., Barbul R.N. O sovremennykh podkhodakh razvitia teorii effektivnosti kosmicheskikh sistem [On the modern approaches of the space systems efficiency theory]. In: Sistemy upravlenia polnym zhiznennym tsiklom vysokotekhnologichnoy produktsii v mashinostroenii: novye istochniki rosta: Vserossiyskaia nauchno-prakticheskaia konferentsiia [Proceedings of the All-Russian Science and Practice Conference Complete Lifecycle Management Systems of High-Technology Engineering Products]. Moscow: Bauman MSTU Publishing; 2018. p. 69-75.Климов С.М., Поликарпов С.В., Федченко А.В. Методика повышения отказоустойчивости сетей спутниковой связи в условиях информационно-технических воздействий [Текст] // Надежность. – 2017. – №17(3). – С.32-40.Klimov S.M., Polikarpov S.V., Fedchenko A.V. Method of increasing fault tolerance of satellite communication networks under information technology interference. Dependability 2017;17(3):32-40.Колобов А.Ю., Дикун Е.В. Интервальные оценки безотказности единичных космических аппаратов [Текст] // Надежность. – 2017. – №17(4). – С.31-35.Kolobov A.Yu., Dikoun E.V. Interval estimation of reliability of one-off spacecraft. Dependability 2017;17(4):23-26.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.