Transcript Chapter 8
第八章 個案探討––太空系統工程 目錄 • • • • • • • • 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 前言 系統任務需求 太空系統工程 太空環境 太空力學 發射系統及太空船推進系統 其他待考慮之工程系統 系統確認及價值說明 第8章 個案研討––太空系統工程 2 目錄 • • • • • • • 8.8 完成一個工程系統面之工作兩大要素 8.9 太空系統之生命週期 8.10 太空系統工程程序 8.11 工程審查 8.12 工程審查之內容 8.13 廣義之工程審查內容 8.14 總結 第8章 個案研討––太空系統工程 3 8.0 前言 • 太空系統之研發，一開始，有其一定之客 戶需求，而產品之獲得則佔有一定之份量， 其間，技術能力是快速改變與新技術之突 破是一個因素。而其中發射系統之成本就 大大影響載具成本，以及一旦太空船升空 後之維修費用，也不似其他產業。 第8章 個案研討––太空系統工程 4 8.1 系統任務需求 • 一般太空船之任務就是把太空裝備或是人 員送到一定之太空，以便執行在地球上無 法執行之任務。 • 從系統工程眼光來看，由一個單位整合、 了解則此費用所花之量也不會如此高額， 若請其他國家代為發射，則發射載具的代 價就要「另行」計算了。 第8章 個案研討––太空系統工程 5 8.2 太空系統工程 • 太空系統工程，是為了要滿足客戶或其金 主之太空系統需求，發展之步驟其目的是 要完成系統規格，同時此一規格可以再配 當得到適當之次系統規格，而次系統規格 可以依此做出完成硬體測試，可以製造同 時，或設計出次系統硬體。 第8章 個案研討––太空系統工程 6 8.3 太空環境 • 一個系統要在太空中不同的環境下操作及 存活，它所面臨之環境必須納入系統設計 之中。 • 重力場對主要軌道有決定性之影響，在相 關之姿態控制系統中特別要考量磁場之干 擾。 • 高能輻射 (High Energy Radiation) 第8章 個案研討––太空系統工程 7 8.4 太空力學 • 系統工程中談及的太空力學 (Astrodynamics)，在 工程方面是為了選擇適當的任務軌道 (Mission Trajectory)，就繞地球之軌道衛星而言，下列幾 項參數十分重要 (TPM)： – 負載 (Payload)、質量 (Mass)。 – 所「看」到的之地球涵蓋面積：從衛星走何種軌道， 其下所「看」到之「土地」面積。 – 精確之衛星軌道。 – 精確之衛星軌道定位 (Precision Trajectory Determination) – 衛星重返回收 (Recovery)。 – 衛星重整 (Refurbishment)。 第8章 個案研討––太空系統工程 8 8.5 發射系統及太空船推進系統 1.發射系統 – 一般所謂火箭系統，它可以把太空船「精確」 的送入預先之軌道，此一軌道也有三種特性， 可以是最後軌道 (Final Trajectory)，也可是初 級軌道 (Preliminary Trajectory) 或暫留軌道 (Parking Orbit)。 第8章 個案研討––太空系統工程 9 8.5 發射系統及太空船推進系統 2.太空船推進系統 – 太空船在軌道中必須有軌道轉換之能力 (Orbit Transfer)，其推進動力可以為固體、液體或氣 體以及電子推進系統等，在太空中一旦物體加 速則軌道會改變。 第8章 個案研討––太空系統工程 10 8.6 其他待考慮之工程系統 • • • • • • 太空船姿態決定及控制。 太空船動力系統。 太空船熱控制。 太空船外型及結構設計。 太空船通訊聯繫。 太空船指揮及遙測系統。 第8章 個案研討––太空系統工程 11 8.6 其他待考慮之工程系統 • 太空船數據處理 (Data Processing)。 • 太空船可靠度及品質保證 (Quality Assurance)。 • 太空船系統整合及測試。 • 太空船電子及光學系統規劃測試及危機處 理。 • 任務執行系統 (Mission Operations)。 第8章 個案研討––太空系統工程 12 8.7 系統確認及價值說明 • 8.7.1 系統 ── 一群元件組成一個系統， 其元件間之互動，與相關性比一個單獨元 件之獨立作業要重要 – 「一個成功之任務不是看那些分系統表現的好 不好，而是看其整 體系統對外性能之具體行 為是否達成任務」 第8章 個案研討––太空系統工程 13 8.7.2 輸入、系統與輸出之關係 第8章 個案研討––太空系統工程 14 8.7.3 第8章 個案研討––太空系統工程 系統價值 15 8.8 完成一個工程系統面之工作兩大要素 • 要素一 – 一個太空系統，因其特性有兩個限止： (1)需求之複雜及多元性。 (2)所限止之範圍比許多其他系統要 (相對) 小很多。 第8章 個案研討––太空系統工程 16 8.8 完成一個工程系統面之工作兩大要素 • 要素二 – 太空 / 系統工程五大要事： (1)系統層次之需求必須 ── 定義清楚及明確。 (2)哪些是已發展 (Developed) 好之系統、哪些正待發 展或已發展且可使用 (Operated)，必須列表追蹤及 了解。 (3)所做出來的產品構型 (Configuration) 必須儘量滿 足 (Best Satisfied) 系統，不論是有多複雜、風險 有多高。 (4)現在完成之系統，必定是過去由元件用V型圖整合 出來之整體，也是未來欲完成實體之原型。 (5)每一個系統有其特有之環境適應性，同時也是另一 個大系統之次系統。 第8章 個案研討––太空系統工程 17 8.9 太空系統之生命週期 第8章 個案研討––太空系統工程 18 8.9.1 第8章 個案研討––太空系統工程 太空任務需求 19 8.9.1 太空任務需求 • 在衛星概念設計及輸出初步規格之間必須 做之事如下： 1.可行性分析。 2.初步概念設計。 3.任務分析 (考慮重量、時程、價錢成本及風險)。 4.規格的不確定性 5.定妥目標之確定性 第8章 個案研討––太空系統工程 20 8.9.2 規劃及市場調查 • • • • 要不要外購。 市場分析。 若要外購，則要寫妥計畫書。 定妥外購貨品之「獲得計畫」(Acquisition Planning)。 • 承前之輸出，一旦概念設計初步已可行， 規格也初步有一妥協之結果，則在此，就 要規劃成本及「可行」之時程。 第8章 個案研討––太空系統工程 21 8.9.2 規劃及市場調查 • 此一工作之輸出，為提出一份報告書 (Proposal)，說明主持人對此計畫之看法及 如何去做。 • 一旦報告書出來，則客戶方面必須針對生 命週期如何獲得之「財源」之策略，產品 外購之獲得、測試以及發射及衛星回收等， 一連串之量化數據就必須備「先」期掌握。 第8章 個案研討––太空系統工程 22 8.9.3 研究及技術發展 (Technology Development) • 此項工作對計畫能否繼續進行及關鍵工作 之完成十分重要，做的好可以降低風險， 節省總時程及總預算。 第8章 個案研討––太空系統工程 23 8.9.4 工程發展及設計 • 在設計過程中有相當多之階段會有極多次 之重複往返討論的過程及步驟 (Iterative Process)，在做到工程細步規格時，就必須 數字化、具體化、要有圖形出來。 第8章 個案研討––太空系統工程 24 8.9.5 製造及組裝 (Fabrication and Assembly) • 材料、零件、次組件、工具之預先採購及 獲得。 • 測試裝備之可行性 (譬如，設計一個飛機是 十倍音速，而現有之設備只能「量」到五 倍音速等)。 • 材料是否有認證或證書 (Certification)。 • 製造之過程 (製程) (Fabrication Process) 是否有認證或已有別人做過知道可行。 • 規格後之”±” 容差必須要考慮對方製造工 廠之精準度。 第8章 個案研討––太空系統工程 25 8.9.6 系統整合及測試 (Integration and Test) • 系統及次系統規格說明及如何叫做「合 格」。 • 在次系統中確認其介面關係。 • 失效模式一旦發生是什麼，如何確認並改 正。 • 有哪些元件是關鍵性，且其「適用」之環 境在哪裡。 • 對於一些有高不可確定性及高風險之測試， 要考慮商品之可靠度 (Reliability)。 第8章 個案研討––太空系統工程 26 8.9.6 系統整合及測試 (Integration and Test) • 太空零件必須有一份「原整體測試規範」 (Prototype Test Programs)。 • 在試飛前之模式，必須事前做妥失效分析。 • 太空系統相關之測試。 • 一旦上面全部測妥，則整合之輸出結果會 提出與系統整體性能做評估。 第8章 個案研討––太空系統工程 27 8.9.7 展示、操作及汰換 (Deployment, Operation and Phase Out) • 包括一個可行之生命全系統週期 (全壽期)， 展示之目的，確保此系統： – 可行。 – 能夠接受。 • 對一個太空系統而言，必須要在此期內保 持最佳狀況，一直到發射。 第8章 個案研討––太空系統工程 28 8.10 • • • • • 太空系統工程程序 系統整體簡敘。 設計流程。 概念設計。 初步設計。 細步設計。 第8章 個案研討––太空系統工程 29 圖 8-5 設計及設計測試整合回饋圖 第8章 個案研討––太空系統工程 30 圖 8-6 設計流程 第8章 個案研討––太空系統工程 31 圖 8-7 第8章 個案研討––太空系統工程 32 8.13 廣義之工程審查內容 • 製造可行性審查 (Fabrication Feasibility Review, FFR)。 • 準設計審查 (Design Release Reviews, DRR)。 • 整合備便審查 (Integration Readiness Reviews, IRR)。 • 環前測試審查 (Pre-environmental Test Review, Pre ETR)。 • 飛行備便審查 (Flight Readiness Review)。 • 飛行操作審查 (Flight Operations Reviews)。 第8章 個案研討––太空系統工程 33