北京理工軟件工程實踐：軟件工程實踐16a(已修改)
2025-10-12 17:08 本頁面
【正文】 北京理工大學(xué) 軟件工程實踐 湯銘端 中國航天科工集團公司 204所 第十六講 歐洲宇航局（ ESA）阿麗亞娜 5 501飛行失敗案例分析 阿麗亞娜 5 501飛行故障分析報告 說明 ? 分析和報告主要基于 ESA的報告 匯報分六個部分： ? 501飛行 ? 事故描述 ? 事故分析 ? 產(chǎn)生故障的原因 ? 501故障分析委員會的建議 501飛行 ? 阿麗亞娜 5的 501飛行：阿麗亞娜 5的首 次鑒定（ qualification)飛行 ? 這樣的飛行計劃安排三次 ? 飛行在 Guiana空間中心進行 ? 阿麗亞娜 5計劃由 ESA授權(quán) CNES（法國 航天局）進行管理 ? 主要元部件于 2月 14日到達 Kourou ? 2月 19日和 20日在 CNES進行了 501飛行 的飛行就緒評審（ Flight Readiness Review） ? 在對組成火箭的硬件的質(zhì)量與配置進行了仔細試驗后，準許啟動 501飛行戰(zhàn)役 ? 501飛行戰(zhàn)役于 1996年 3月 4日開始 ? 如一切順利，計劃在 1996年 5月 15日 起飛 ? 其間，由于衛(wèi)星安裝后延，起飛時間調(diào)整為 5月 30日 ? 5月 25日，在燃料過氧化氮（ N204）的 加注階段出現(xiàn)故障，起飛再次延遲 ? 在 5月 30日和 31日進行起飛就緒評審 （ launcher Readiness Review） ? 起飛在 6月 4日 Kourou時間 08:35至 10:15 進行 飛行失敗 ESA/CNES 6月 4日公告 阿麗亞娜 5的首次飛行沒能確認歐洲的新型運載火箭 這是一個全新運載器的首次飛行，它的每一個部 件在過去的年月里都在地面被測試。 對這個全新的設(shè)計，運載火箭使用了威力十倍于 阿麗亞娜 4的發(fā)動機。其電子中樞的威力比以前 阿麗亞娜運載火箭的百倍還要強。非常多的鑒定 評審和地面測試對所有選擇的正確性進行了極其 嚴格的檢查。但是，沒有絕對的保證。一個飛行 器的能力只能在真實條件下飛行后才能被確定。 計劃中的第二次飛行已經(jīng)安排在數(shù)月后進行。在此之前，將盡一切力量去查找事故原因，并進行必要的更正以保證第二次試驗的成功。在以后的數(shù)天里將組成一個調(diào)查委員會。他們被要求在七月中旬提交一份完全獨立的，報告，確定事故的原因，提出為避免如何進一步的事故而設(shè)計的修正建議。 阿麗亞娜 5是歐洲航天事業(yè)的一項主要挑戰(zhàn)。該計劃 中所有隊伍的技能，與所有行政、技術(shù)、工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的決心和團結(jié)一起，使我們對最后的成功充滿信心。 6月 6日發(fā)布了關(guān)于 501飛行失敗的第一次信息 ? 501飛行于 1996年 6月 4日在 Kourou的 Guiana空間中心進行 ? 箭上帶有四顆研究地球－太陽作用的衛(wèi)星 ? 09:33:59火神發(fā)動機正常點火 ? H0+、正常起飛 ? 至 H0+37s飛行導(dǎo)引和軌道正常 ? 速度 ，高度 3500米 ? 根據(jù)遙測發(fā)現(xiàn)，在 H0+37s至 H0+39s，所有助推器的噴管轉(zhuǎn)至極限，由此引起火箭急劇傾斜，過大的動力過載導(dǎo)致解體和自毀 ? 對遙測數(shù)據(jù)的初步分析說明推進器功能正常，調(diào)查的方向主要為 “ 電子和軟件系統(tǒng) ” 6月 10日 ESA、 CNES的局長決定 1。加強對所有火箭部件的起飛鑒定評 審的調(diào)查權(quán)力，特別要進行一些特殊的審查 2。建立調(diào)查委員會 調(diào)查委員會被授權(quán) — 確定發(fā)射故障的原因； — 調(diào)查與所發(fā)生問題有關(guān)連的鑒定測試和驗收測試是否適合； — 提出糾正措施，以排除異常起因及事故中發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)的其它弱處。 ? 委員會在技術(shù)顧問委員會的協(xié)助下，可接觸委員會需要的所有人員、文檔、硬件設(shè)備。 ? 在七月中旬提交報告 ? 7月 23日 ESA公布了調(diào)查結(jié)果 ? 7月 25日獲得了 “ 501飛行故障 ” 報告 ARIANE 5 Flight 501 Failure ? 我們的討論基于這份報告 ? 另有一份嚴格限制傳閱的技術(shù)報告無法獲得 事故描述 ? 阿麗亞娜 501的故障是由于主發(fā)動機點 火后 37秒 (起飛后 30秒 )制導(dǎo)和姿態(tài)信息 完全丟失造成的。信息的丟失是由于 SRI軟件的規(guī)格說明和設(shè)計錯誤引起的 ? 描述導(dǎo)致失敗的錯誤、產(chǎn)生錯誤的原因 ? 在阿麗亞娜５研制過程中進行的廣泛評審和測試未包括對 SRI或完整的飛行控 制系統(tǒng)進行充分的分析和測試，而這樣的測試是能夠查出潛在的故障的。 ? 指出錯誤沒有在事先被發(fā)現(xiàn)的原因 ? 下面詳細描述一下導(dǎo)致失敗的錯誤 ? 如何分析和發(fā)現(xiàn)錯誤并準確定位，在下一部分討論 ? 在再下一部分討論產(chǎn)生錯誤的原因 涉及故障的幾個部件： ? SRI1和 SRI2：雙備份的慣性制導(dǎo)系統(tǒng) ? OBC：箭載計算機 ? 火神發(fā)動機 ? 固體助推器 ? 阿麗亞娜５的飛行控制系統(tǒng)是一個標準設(shè)計。運載火箭的姿態(tài)和空間運動是由慣性制導(dǎo)系統(tǒng)(SRI)測量得到， SRI內(nèi)部帶 有計算機，根據(jù)帶有激光陀螺和加速度表的 “ 捷聯(lián) ” 慣性平臺提供的信息，計算角度和速度。來自 SRI的數(shù)據(jù)通過數(shù) 據(jù)總線傳輸?shù)郊d計算機 (OBC)，箭載 計算機執(zhí)行飛行程序，通過伺服機構(gòu)控制固體助推器和火神 (Vulcain)低溫發(fā)動 機的噴管。 ? 為了提高可靠性，在設(shè)備層有不少冗余。 有兩個硬件和軟件完全一樣的 SRI并行工作。以一個 SRI為主，另一個作為 “ 熱 ” 備份。如果OBC檢測到主 SRI出現(xiàn)故障，則立即切換到另一個 SRI，保證該單元正常工作。 ? 同樣有兩個 OBC，飛行控制系統(tǒng)中還有很 多設(shè)備都是雙備份的。 ? SRI和 OBC都只是硬件冗余！ 涉及故障的部件關(guān)系 SRI 2 SRI 1 OBC 備份 OBC 火神發(fā)動機 固體助推器 固體助推器 SRI的理想工作時序（軟件實現(xiàn)） 校準 制導(dǎo) （飛行模式） 起飛時刻 但阿麗亞娜 4因其它原因給 SRI加了新功能 （阿麗亞娜 5的 SRI軟件是阿麗亞娜 2的重用） ? 背景： ? SRI飛行模式啟動前－ 9至－ 5秒，倒計時在 極少的情況下會停頓 ? 重新啟動火箭要化幾個小時 ? 而地面恢復(fù)控制需約幾十秒 ? 由此：要求 SRI不斷重校準至恢復(fù)控制 （ 50秒內(nèi)） 阿麗亞娜 4對 SRI軟件的設(shè)計 不出現(xiàn)停頓時： 校準 制導(dǎo) 0秒 50秒 起飛時刻 阿麗亞娜 4對 SRI軟件的設(shè)計 出現(xiàn)停頓時： 0秒 50秒 起飛 倒計時停頓 問題（
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