[发明专利]一种空间人机系统安全性影响因素筛选方法

说明书

本发明涉及一种空间人机系统安全性影响因素筛选方法，包括(1)构建涵盖人为差错、设备故障及环境扰动3大类因素的空间人机系统(SMMS)安全性影响因素体系；(2)基于层次分析法(AHP)的综合权重初步筛选补偿因素(CPFs)和不可替代因素(IRFs)；(3)基于决策试验和评估实验室(DEMATEL)方法的综合被影响度初步筛选独立因素(IDFs)和联合作用因素(CBFs)；(4)基于故障树的最小割集(FT‑MCS)对以上安全性影响因素进行二次筛选；(5)采用二次筛选结果对初步筛选结果进行检验和修正，最终确定SMMS安全性补偿和不可替代因素、独立和联合作用因素。

技术领域

本发明涉及一种空间人机系统安全性影响因素筛选方法，属于系统安全性技术领域。

背景技术

现代武器装备体系中，人与装备紧密结合、高度一体化的人机系统对战争胜负的影响越发显著。人机系统涉及人机交互、人环交互、机环交互及人机环复合交互过程，系统中人-机-环之间相互耦合、相互影响、相互制约。人为差错、设备故障及环境扰动控制不当，极有可能造成系统问题导致作战任务失败，甚至引发安全性事故。

广义的人机系统(Man-Machine System，MMS)是指由相互作用、相互依赖的人、机、环境三大要素组成的具有特定功能的复杂集合体。系统中的“人”是指作为工作主体的人(如操作人员或决策人员)，“机”是指人所控制的一切对象(如汽车、飞机、轮船、生产过程等)的总称，“环境”是指人、机共处的特定工作条件(如温度、噪声、震动、有害气体等)。

本发明的研究对象，是以载人飞船/空间实验室/空间站为典型代表的空间人机系统(Space-Man-Machine System，SMMS)。此类系统以航天员及其乘组、载人飞船/空间实验室/空间站平台、载人空间飞行环境为组成要素，以航天员及其乘组和载人飞船/空间实验室/空间站平台安全性为关注点。

(1)SMMS中的人为航天员，包括指令长、驾驶员、载荷专家等角色。由于空间飞行的特殊性，不仅在航天员的选拔、训练上要比飞行员更加严格，包括合适的身高和体重、健康的体魄、良好的心理素质及综合素质，还要具有良好的抗超重耐力、缺氧耐力、良好的心血管功能和前庭功能等，以适应航天飞行中特殊的环境因素。为此，要对人在密闭狭小空间里，在温度、湿度、超重、失重等复杂环境作用下人的心理、生理特性及人的能力、限度诸多问题进行研究，如人体体力和耐力特性、人体活动范围、人体不同部位施力特性、人体承受各种压力、应激情况的心理及反应特性、人体信息获取、传递、提取、对比、分析、综合、决策特性，以及人体可靠性等。

(2)SMMS中的机为载人航天器，包括载人飞船、航天飞机、空间实验室和空间站等。首先不同类型的航天飞行器都要面临在轨运行的高低温交变真空环境及再入时与大气层高速摩擦产生的上千度高温环境，同时虽然发动机的推力大小存在差异，但其对飞行器姿态调整的控制、位移的控制都有非常精确的要求。考虑到空间飞行的特殊性，对航天器的环境适用性要求十分苛刻，对其安全性、可靠性、维修性的要求很高。

(3)SMMS中的环境就是人和机器所处的空间飞行环境，这包括航天员与载人航天器共处的空间大环境和载人航天器中航天员所处的舱内小环境。空间大环境十分恶劣，含有危及生命的真空、强烈的太阳辐射(面向太阳侧的物体表面温度高达176℃)、危害极大的宇宙辐射、热沉(背对太阳侧温度低到-121℃)、满天飞的微流尘与沙粒，还有逐年迅速增加的宇宙垃圾(人工发射的卫星等飞行体与其碎片)。航天器在上升段受到振动、噪声与加速度作用，进入轨道后，处于失重状态，由于不同于人长期所适应的地球重力环境，失重环境会对机体产生很大的影响，对重力器官的影响尤甚。舱内风机、仪器设备的电动机以及航天器定向用的发动机等产生的噪声(70dB左右)长时间作用足以引起人体疲劳与听力疲劳。此外在狭小空间内，单人的孤独或数人的心理相容问题会更加突出。