Анализ эффективности методов обеспечения надежности ретранслятора спутника связи

Цели. Повышение качества и долговечности работы спутниковых систем связи с момента начала их практического использования развивается в направлении увеличения надежности бортовых ретрансляторов. Это достигается применением методов резервирования и использованием элементной базы с меньшей интенсивностью отказов. Наряду с резервированием большие перспективы в этом плане открывает создание новых технологий и материалов. Весьма актуальной является проблема эффективного сочетания методов резервирования и способов уменьшения интенсивности отказов элементов. Испытания на долговечность сложных систем могут продолжаться несколько лет. Цель работы – анализ эффективности методов обеспечения надежности ретранслятора спутниковой связи на основании предложенной методики определения показателя долговечности по математической модели вероятности безотказной работы.
Методы. Для описания структуры сложной системы, в данном случае бортового ретранслятора системы спутниковой связи, используется логико-вероятностный метод, в котором зависимость показателей надежности системы от показателей надежности элементов формулируется в виде логической функции работоспособности. Эта функция дает возможность создавать различные математические модели надежности систем и построить их логические схемы надежности, в т.ч. для резервированных систем. Для сравнения различных систем применяются графоаналитические методы.
Результаты. Рассмотрено влияние различных методов резервирования устройств ретранслятора и применения более надежной элементной базы на показатели безотказности и долговечности. Представлена методика определения показателя долговечности – гамма-процентного ресурса – по построенным математическим моделям вероятности безотказной работы. Проведен сравнительный анализ мероприятий по увеличению гамма-процентного ресурса ретранслятора.
Выводы. Рассмотренная методика определения показателя долговечности по математической модели вероятности безотказной работы позволяет определить интервал времени, в пределах которого резервирование дает выигрыш по вероятности безотказной работы по сравнению с уменьшением интенсивности отказов элементов. Таким образом возможно обеспечить эффективное сочетание методов резервирования и способов уменьшения интенсивности отказов элементов.

1. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. СПб.: БХВ-Петербург; 2008. 704 с. ISBN 978-594157-541-1

2. Гельфман Т.Э., Пирхавка А.П. Коэффициент оперативной готовности спутниковых сетей связи. Russ. Technol. J. 2022;10(1):35−40. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-1-35-40

3. Севастьянов Н.Н., Андреев А.И. Основы управления надежностью космических аппаратов с длительными сроками эксплуатации. Томск: ТГУ; 2015. 266 с. ISBN 978-5-94621-460-5

4. Maral G., Bousquet M., Sun Zh. Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology. 6th ed. Wiley & Sons Ltd; 2020. 792 p. ISBN 978-1-119-38208-9

5. Verma A.S., Jaiswal A.K., Kumar M., Nigam G., Srivastava S.K. Measurement of reliability and availability of satellite communication links: Progress and challenges. In: 2013 International Conference on Intelligent Systems and Signal Processing (ISSP). 2013:268–271. https://doi.org/10.1109/ISSP.2013.6526916

6. Elbert B.R. Introduction to Satellite Communication. 3rd ed. Artech House Publishers; 2008. 447 p. ISBN 978-159693-210-4

7. Jung S., Choi J.P. End-to-end reliability of satellite communication network systems. IEEE Systems Journal. 2021;15(1):791–801. https://doi.org/10.1109/jsyst.2020.2980760

8. Mehmet N., Selman D., Hasan H.E., Cenk S. Reliability and cost focused optimization approach for a communication satellite payload redundancy allocation problem. International Journal of Electrical, Electronic and Communication Sciences. 2018;11.0(5). https://doi.org/10.5281/zenodo.1316576

9. Антонов А.В., Никулин М.С. Статистические модели в теории надежности. М.: Абрис; 2012. 390 с. ISBN 978-5-4372-0009-4

10. Гельфман Т.Э., Гнучев О.Е., Лобынцев Р.Ю. Методы резервирования спутниковых систем связи. В сб.: Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем «Радиоинфоком – 2017». Сб. научных трудов III Международной научно-практической конференции. Московский технологический университет (МИРЭА). 2017. С. 366–374.

11. Ямпурин Н.П., Баранова А.В. Основы надежности электронных средств. М.: Академия; 2010. 240 с. ISBN 978-5-7695-5908-2

12. Bouwmeester J., Menicucci A., Gill E.K.A. Improving CubeSat reliability: Subsystem redundancy or improved testing? Reliab. Eng. Syst. Saf. 2022;220:108288. https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.108288

13. Castet J.F., Saleh J.H. Satellite and satellite subsystems reliability: Statistical data analysis and modeling. Reliab. Eng. Syst. Saf. 2009;94(11):1718–1728. https://doi.org/10.1016/j.ress.2009.05.004

14. Кислаев А.Г., Хропов А.Н. Оптимальное резервирование, как метод повышения надежности систем космической связи. В сб.: Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. Материалы Международной научно-технической конференции «INTERMATIC – 2010». 2010;10(1–3):109–112.

15. Гельфман Т.Э., Пирхавка А.П. Оптимальное резервирование ретранслятора спутника связи. В сб.: Труды международной конференции «Радиоэлектронные устройства и системы для инфокоммуникационных технологий», РЭУС-2015. М.: 2015. Вып. LXX. С. 217–220.