载人航天器在轨测试标准实施应用软件设计

尹玉梅 郭晋媛 谷瀚天 王维鑫

1.北京空间科技信息研究所；2.中国空间技术研究院

航天器在轨测试是航天器从运载火箭起飞开始至交付使用之前在主动段、转移轨道段以及位置定点后对航天器功能和性能指标开展的一系列测试。通过在轨测试可全面获取航天器在经历发射直至入轨以后各种工作状态下的功能和性能指标参数。相关测试数据一方面将用于确认航天器的功能、性能是否满足研制要求；另一方面将用于确认航天器与测控系统、应用系统等的接口协调性和匹配性。载人航天器的任务特点与卫星有两个不同点：一是载人航天器没有交付用户使用的阶段；二是载人航天器全程均为任务阶段，没有专门的在轨测试阶段。针对这两个特点，载人航天器在轨测试的目的是为了在任务使用前提前验证关键功能性能是否正常，从而能更可靠地完成相应任务，并不是为了交付用户。

现阶段，我国载人航天器主要包括载人飞船、货运飞船以及空间站。由于不同载人航天器的功能和任务不同，其在轨测试条件、测试项目、测试时机和测试方法要求等存在一定的差异。目前与之配套的相的标准主要有GJB 9098.9-2017《航天器在轨测试方法 第9 部分：载人飞船》、GJB 9098.11-2020《航天器在轨测试方法 第11 部分：空间站》、GJB 9098.12-2020《航天器在轨测试方法 第12 部分：货运飞船》3 项，共同构成我国载人航天器在轨测试方法，有效规范和指导了我国载人航天器在轨测试工作。标准的生命和价值在于实施应用，而如何保证标准“好用”也是标准实施的重要内容。

一、载人航天器在轨测试特点及标准实施应用现状

1.载人航天器在轨测试特点

载人飞船是用于天地往返运输人员和物资的载人航天器，既可留轨观测，又可作为交会对接飞行器，满足天地往返的需求。载人飞船在轨测试是对在轨运行的载人飞船功能和性能进行的验证性测试，其目的是为了在任务使用前验证关键功能性能是否正常，从而能更可靠地完成交会对接、停靠和返回任务。

货运飞船作为货物运输平台，其在轨测试是通过平台在轨测试，对货运飞船交会对接、推进补加等设备进行状态确认和检查，以更可靠地完成任务。部分飞船搭载的有效载荷和上行货物具备在轨测试能力，通过有效载荷和货物接口在轨测试，对货运飞船与搭载有效载荷、上行货物间供电、信息接口等进行测试和监测。

空间站在轨运行期间，由载人飞船往返运送航天员完成乘组轮换，由货运飞船完成物资补给和废弃物下行。空间站在轨测试是在特定时机进行的以确认空间站在轨功能、性能指标与任务要求符合性的测试。空间站属于长期在轨自主飞行、长期有人照料的空间飞行器，在轨飞行过程中长期处于长管模式的自主运行阶段，需要利用在轨测试对平台功能进行检查。同时，空间站需要支持交会对接任务和航天员在轨驻留任务，在执行任务前，需要对执行任务的功能（包括交会对接功能和航天员驻留支持功能）进行在轨测试，以便能够顺利开展后续任务。

由于载人飞船、货运飞船和空间站的任务不同，其在轨测试项目、测试时机和测试周期/频率都存在差异，特别是空间站后续长期处于运行阶段，定期巡检是其显著特点之一。在后续空间站运行阶段，载人飞船、货运飞船需要与空间站多次进行交会对接，执行相应任务，并形成组合体状态进行相应的在轨测试，需要在执行关键任务/操作时，对多平台进行在轨测试。各载人航天器在轨测试状态主要可以分为空间站自身测试、货运飞船自身测试、载人飞船自身测试、货运飞船与空间站组合体状态测试、载人飞船与空间站组合体状态测试。在载人航天器在轨测试项目匹配方案设计时可以考虑各类型的组合关系。

2.载人航天器在轨测试标准实施应用现状

在载人航天器在轨测试任务具体实施前，首先由载人航天器系统（载人飞船、货运飞船和空间站系统）根据每次任务应用场景，根据3 项国军标内容进一步细化，明确相应在轨测试目的、在轨测试项目及测试方法等，制定专门的在轨测试指令；其次将在轨测试指令以特定的数据格式/形式导出传递给测控通信系统；最后由测控通信系统在形成相关操作指令后注入载人航天器执行在轨测试操作。在执行在轨测试过程中，载人航天器在轨测试数据实时输入到专用数据处理设备。在整个载人航天器在轨测试工作中，存在大量的重复性工作，且自动化程度不高，中间过程易于出错，效率不高。

二、载人航天器在轨测试标准实施应用软件功能设计

本文根据载人航天器在轨测试工作实际需求，选择基于标准内容开展“软件设计”，作为在轨测试标准实施应用重要工具手段。

1.软件应用时机

载人航天器在轨测试标准应用软件应用时机如下。在轨测试具体操作实施前，辅助载人航天器系统依据具体任务应用场景，利用软件模块，智能匹配生成载人航天器在轨测试项目匹配方案（包括任务应用场景—测试时机—测试条件—测试目的—测试项目及方法等）。在轨测试结束后总结，利用本软件“一键生成”在轨测试报告。经验知识分享，利用本软件学习标准内容以及以往有价值的在轨测试及数据分析经验信息。

2.软件实现功能

以载人飞船、货运飞船、空间站在轨测试等3 项国军标内容为核心，与载人航天器在轨测试工作深度融合，载人航天器在轨测试标准实施应用软件可实现如下功能。一是建立载人飞船、货运飞船和空间站在轨测试项目“模块集合”，针对载人航天器不同的任务应用场景，实现在轨测试项目多模块配置（手动+自动），快速生成相应载人航天器在轨测试智能匹配方案，规范在轨测试工作内容及流程，将繁琐复杂工作进一步简化，降低出错率，提高与测控通信系统间数据传递效率。二是针对当前载人航天器在轨测试大量重复性工作，建立文件模板（如测试报告），实现一键调用，提高在轨测试工作效率。三是建立载人航天器在轨测试工作经验分享库，有利于经验知识固化、传递、共享和利用。四是建立标准内容解读功能，可作为标准宣贯平台，面向特定人群，以更加灵活高效的方式开展标准宣贯，进而促进标准贯彻实施。载人航天器在轨测试标准实施应用软件在具体工作中的应用示意见图1。

图1 载人航天器在轨测试标准实施应用软件在轨测试工作中应用示意

3.载人航天器在轨测试智能匹配方案设计

坚持“模块化+可配置”的思路，根据前述分析载人飞船、货运飞船和空间站3 类载人航天器任务特点，结合载人航天器在轨测试3 项国军标具体内容，将任务应用场景、测试时机、测试条件、测试目的、测试项目及对应测试方法等划分为多个模块（最小单元），见表1。

表1 模块集合及模块（最小单元）示例

将模块进行相关配置，组合调用后可匹配形成若干载人航天器在轨测试项目匹配方案（见图2）。根据载人航天在轨测试5 类状态，给出空间站自身测试、货运飞船自身测试、载人飞船自身测试、货运飞船与空间站组合体状态测试和载人飞船与空间站组合体状态测试等5 类匹配方案的模板样例。

图2 载人航天器在轨测试项目匹配方案示意图

4.载人航天器在轨测试报告生成设计

载人航天器在轨测试报告应包括测试项目、测试时间、测试时机、测试条件、测试目的、测试方法、测试结果、测试结论等内容（见图3），其中，测试时间、测试结果需由专用设备导入相关数据。测试结论是将载人航天器在轨测试结果导入，并由专业技术人员对数据进行分析，与研制总要求进行对比分析，给出相应结论。

图3 载人航天器在轨测试报告生成原理

5.数据交换功能设计

软件对载人航天器在轨测试数据进行采集，并提供数据输入和输出功能，如载人航天器在轨测试项目匹配方案和在轨测试报告输出功能；载人航天器在轨测试数据输入功能等。

6.知识共享功能设计

软件知识共享功能包括“标准内容解读”，对载人航天器在轨测试标准等3 项国军标的重要内容进行解读，便于标准贯彻实施及方便软件使用者随时学习标准内容。另外，对前期典型的在轨测试经验，进行总结和分享，如在轨数据分析方法，在轨测试项目建议等，给操作人员提供一定的参考指导。

三、结束语

本文以已发布的载人航天器在轨测试方法相关国军标内容为核心，针对载人飞船、货运飞船和空间站不同任务应用场景、测试目的、测试时机、测试条件、测试项目及方法等进行“模块化+可配置”设计，实现载人航天器在轨测试智能匹配方案功能；针对当前载人航天器在轨测试涉及大量重复性工作，建立测试报告模板，实现测试报告生成功能。该设计不仅可以促进相关标准的应用实施，还可利用信息化手段，高效指导标准使用人员，对于提高标准应用效益具有重要意义。