衛星在軌故障案例與人工智能故障診斷

王亞坤，楊凱飛，張婕，郭莉芳，韓笑冬，邢川，王睿

中國空間技術研究院 通信與導航衛星總體部，北京 100094

1 引言

21世紀以來，全球范圍衛星及應用產業發展迅速，呈現快速增長的態勢。統計數據顯示，2020年全球發射衛星總量高達1 212顆[1]。截止到2020年12月31日，在軌衛星數量達到3 372顆，其中美國1 897顆，中國緊隨其后，擁有在軌衛星412顆，再次是俄羅斯176顆[2]。

現代社會對衛星的需求和依賴日益增長，因此，衛星系統的安全性和可靠性就變得極其重要。衛星發射后能否順利完成任務主要取決于兩個因素：一是衛星是否運行在預期的軌道上；二是衛星是否正常工作。而這兩方面又取決于各分系統的在軌運行情況。在軌衛星一旦發生故障，其損失是不可低估的[3]。例如2016年1月27日發射的波音Intelsat-29E通信衛星，在發射3個月后由于推進劑泄露直接導致衛星發生爆炸而解體。又如，2017年11月28日俄羅斯發射的Meteor-M氣象衛星由于坐標輸入錯誤，導致衛星沒有進入預定軌道墜落大西洋。由于主觀或客觀原因所導致的衛星故障或失敗會造成巨大的經濟損失,因此，對航天器各分系統的在軌故障分析與研究已經成為航天器總體設計人員最關注的重點之一[4]。

通過統計分析航天器的在軌故障，可以進一步了解故障的發生原因和規律，從而采取一定的措施，以減少或避免衛星出現重大損失[5-7]。當前航天器的故障診斷通常是基于預先設定閾值的方法，然而，現代航天器正變得越來越復雜，傳感器的數量越來越多[8-10]，傳統基于閾值的方法需要對各種可能出現的異常設定閾值，這就需要大量的專家經驗，且對每一種可能出現的故障都要通過編程實現。……