商业航天工程导论 王洋主编 著 专业科技 文轩网

目录 第1章商业航天概述1 1.1概念与范畴1 1.1.1定义1 1.1.2业务与场景3 1.1.3特点4 1.1.4国内外发展历程7 1.2发展模式9 1.2.1国外商业航天的发展模式10 1.2.2国内商业航天发展模式23 1.2.3发展模式的创新28 1.2.4与互联网的跨界融合31 1.3发展规律33 1.3.1商业卫星发射模式33 1.3.2商业卫星与星座34 1.3.3商业卫星应用38 1.3.4商业航天产业分析40 1.4发展趋势41 参考文献43 第2章卫星工程系统44 2.1运载火箭45 2.1.1火箭的分类46 2.1.2运载火箭组成46 2.1.3运载火箭结构48 2.1.4火箭发动机49 2.1.5飞行程序49 2.1.6国内外典型运载火箭50 2.2航天发射场69 2.2.1发射场的组成70 2.2.2国内航天发射场70 2.2.3国外有名的航天发射场74 2.3航天测控网76 2.3.1航天测控网的类型76 2.3.2航天测控网的组成76 2.3.3航天测控网的功能77 2.3.4测控网的结构及特点79 2.3.5测控系统频段划分标准82 2.3.6我国航天测控网的发展83 2.4三大卫星应用系统84 2.4.1通信卫星应用系统84 2.4.2导航卫星应用系统91 2.4.3遥感卫星应用系统92 参考文献99 第3章商业卫星系统总体设计100 3.1卫星总体设计概述100 3.1.1系统工程101 3.1.2总体设计任务107 3.2商业卫星总体方案设计117 3.2.1面向任务的需求分析117 3.2.2总体方案初步设想120 3.2.3分系统指标126 3.2.4卫星总体方案综合和确定134 3.2.5研制技术流程制定139 3.3国内外典型商业卫星平台141 3.3.1国外典型商业卫星平台141 3.3.2国内典型商业卫星平台147 参考文献150 第4章轨道与星座设计152 4.1轨道设计152 4.1.1卫星轨道参数与分类152 4.1.2轨道高度的选择157 4.1.3轨道倾角的选择158 4.1.4降交点地方时选择161 4.1.5升交点赤经确定162 4.2星座设计方法162 4.2.1常用星座构型164 4.2.2星座设计方法166 4.3星座覆盖性能分析176 4.3.1覆盖性能指标176 4.3.2星座覆盖计算177 4.4星间链路178 4.4.1星间链路组成及分类179 4.4.2星间链路距离约束179 4.4.3星间链路角度约束180 4.5星座优化设计183 4.5.1星座性能及一般统计方法184 4.5.2设计目标与约束185 4.5.3多目标优化模型186 4.5.4优化算法187 参考文献190 第5章卫星有效载荷192 5.1通信载荷192 5.1.1星间链路193 5.1.2高效数传载荷199 5.1.3物联通信载荷203 5.1.4空间高速路由载荷210 5.2导航载荷217 5.2.1星载原子钟220 5.2.2任务数据注入接收机223 5.2.3导航任务数据单元224 5.2.4星上阵列发射天线226 5.3遥感载荷227 5.3.1遥感载荷的分类227 5.3.2光学成像载荷229 5.3.3成像雷达234 5.3.4微波辐射计244 5.4星载天线245 5.4.1概述245 5.4.2卫星多波束天线248 5.4.3卫星相控阵天线260 5.4.4微小卫星天线271 参考文献275 第6章卫星综合电子系统277 6.1概述277 6.1.1定义277 6.1.2基本架构277 6.1.3组成及功能279 6.2硬件设计280 6.2.1处理器模块设计280 6.2.2遥测采集模块设计284 6.2.3指令模块设计287 6.2.4通信模块设计288 6.2.5驱动模块设计293 6.2.6导航接收模块设计294 6.3软件设计296 6.3.1星务软件功能296 6.3.2典型星务软件架构297 6.3.3星务软件实时操作系统298 6.3.4星务软件可复用性设计302 6.3.5星务软件在轨重构设计303 6.3.6星务软件测试306 6.3.7星务软件数字仿真测试307 6.4卫星综合电子系统新技术310 6.4.1开源星务软件框架310 6.4.2Linux在航天项目中的应用312 6.4.3软件定义卫星313 参考文献316 第7章结构机构与热控分系统317 7.1结构分系统317 7.1.1卫星构型和接口设计317 7.1.2卫星结构材料选用324 7.1.3卫星结构设计分析326 7.1.4卫星结构设计验证334 7.2机构分系统337 7.2.1卫星机构功能337 7.2.2卫星机构设计特点338 7.2.3卫星机构分类339 7.2.4典型卫星机构341 7.3热控分系统350 7.3.1热控系统设计要求351 7.3.2常用热控产品353 7.3.3热控系统设计356 7.3.4热仿真分析358 7.3.5热控新技术及展望367 参考文献368 第8章能源分系统369 8.1组成及功能369 8.1.1太阳电池阵369 8.1.2锂离子蓄电池组372 8.1.3电源控制配电器375 8.2能源系统结构381 8.2.1直接供电方式381 8.2.2峰值功率跟踪方式386 8.2.3DET与MPPT方式的比较386 8.3能源分系统设计关键要素388 8.3.1能量平衡分析计算388 8.3.2能源系统在轨管理策略390 8.3.3能源系统小型化、一体化设计392 8.3.4成本与可靠性间的平衡394 8.4新技术发展趋势395 8.4.1智能供配电技术395 8.4.2分布式功率网络395 8.4.3薄膜太阳电池395 参考文献397 第9章姿轨控分系统398 9.1组成与任务398 9.1.1系统组成398 9.1.2轨道控制任务407 9.1.3姿态控制任务408 9.2系统控制特性414 9.2.1系统设计与实现414 9.2.2姿态控制能力417 9.2.3轨道控制能力424 9.3姿态稳定与控制算法429 9.3.1重力梯度稳定430 9.3.2双自旋稳定432 9.3.3三轴稳定434 9.4新技术发展趋势441 参考文献442 第10章测控馈电一体化系统443 10.1测控馈电一体化系统组成443 10.2测控馈电一体化系统设计要素443 10.2.1系统工作模式的设计443 10.2.2频率的选择444 10.2.3通信体制选择444 10.2.4无线收发通道的设计454 10.2.5指标体系455 10.2.6天线设计457 10.3测控馈电一体化系统的工程实现459 10.3.1方案论证459 10.3.2星地链路工程设计461 10.3.3系统方案设计465 10.3.4可靠性设计470 10.4测控馈电一体化系统典型接口470 10.4.1OC门遥控接口471 10.4.2模拟量遥测采集接口471 10.4.3RS422接口473 10.4.4高速数据接口473 10.4.5低速数据接口476 10.5试验与测试479 10.5.1分系统级试验479 10.5.2整星级试验479 10.5.3大系统间接口对接试验479 10.6测控馈电一体系统典型方案480 10.6.1总体方案概述480 10.6.2硬件方案设计481 10.6.3通信协议设计484 10.7发展趋势486 10.7.1软件无线电技术486 10.7.2超高速通信技术488 参考文献491 第11章地面测运控一体化系统492 11.1概述492 11.2系统组成与功能493 11.2.1测运控一体化系统组成493 11.2.2卫星系统控制中心494 11.2.3地球站分系统500 11.2.4支撑网络分系统509 11.2.5地球站选址512 11.2.6链路预算513 11.3鸽群（Dove）星座测运控系统介绍516 11.3.1Dove星座地面测运控系统517 11.3.2Dove星座测运控链路517 11.3.3Dove星座自动化运行管理519 11.3.4星座保持的测运控521 11.4商业航天测运控一体化发展与应用前景521 参考文献523 第12章商业卫星总装、测试与试验524 12.1卫星总装524 12.1.1卫星总装目标524 12.1.2卫星总装内容524 12.1.3卫星总装流程530 12.1.4总装技术的发展531 12.2电测试534 12.2.1电测试目的与技术流程534 12.2.2装星前电测535 12.2.3装星后电测535 12.2.4测运控对接试验539 12.3电磁兼容试验539 12.3.1EMI试验539 12.3.2EMS试验540 12.3.3系统级试验541 12.4力学试验547 12.4.1振动试验547 12.4.2噪声试验551 12.5热环境试验552 12.5.1热平衡试验552 12.5.2热真空试验561 12.5.3老炼562 参考文献564 第13章商业卫星对火箭的要求565 13.1商业卫星对火箭的技术要求565 13.1.1运载能力565 13.1.2发射窗口566 13.1.3星箭机械接口567 13.1.4卫星整流罩568 13.1.5电性能接口及电磁兼容性568 13.1.6力学载荷和环境条件569 13.1.7安全和防止污染570 13.2商业火箭的成本与回收570 13.2.1可回收火箭技术570 13.2.2“一箭多星”火箭设计573 13.2.3发射成本分析575 13.3国内外典型商业卫星运载火箭575 13.3.1国外典型商业卫星运载火箭575 13.3.2国内典型商业卫星运载火箭580 参考文献597 第14章可靠性设计与分析598 14.1可靠性建模、预计及指标分配598 14.1.1系统可靠性模型598 14.1.2系统可靠性预计603 14.1.3系统可靠性指标分配604 14.2元器件降额设计608 14.2.1降额等级608 14.2.2降额工作程序609 14.2.3各类元器件降额设计609 14.3冗余设计610 14.3.1冗余设计方法611 14.3.2冗余设计实施要求613 14.4抗力学环境设计与分析614 14.4.1基本概念614 14.4.2力学环境分析615 14.4.3抗力学环境设计618 14.4.4抗力学环境设计分析624 14.4.5设计校核计算626 14.5热设计628 14.5.1元器件选择629 14.5.2元器件的布局和安装629 14.5.3印制板热设计631 14.5.4机箱的热设计632 14.5.5热分析632 14.5.6热试验验证633 14.5.7航天器常用热控材料和部件633 14.6电磁兼容设计634 14.6.1整星电磁兼容设计635 14.6.2星上设备（分系统）电磁兼容性设计638 14.7静电防护设计641 14.7.1静电防护基本原则641 14.7.2静电防护设计具体要求642 参考文献647 第15章商业航天的芯片需求648 15.1芯片的发展现状和趋势648 15.2航天芯片需求650 15.2.1航天芯片的基本需求650 15.2.2商业航天芯片需求651 15.2.3商业航天芯片应用实例651 15.2.4应用风险分析659 15.3商业航天芯片应用保障660 15.3.1芯片应用需求分析660 15.3.2选用和采购660 15.3.3筛选661 15.3.4应用控制663 参考文献667 第16章商业卫星应用平台设计668 16.1卫星应用平台概述668 16.1.1卫星应用平台发展现状668 16.1.2卫星应用平台发展趋势669 16.1.3卫星应用平台面临的挑战与机遇672 16.2卫星应用平台总体设计原则673 16.2.1建设原则673 16.2.2设计原则674 16.3卫星应用平台总体设计方法678 16.3.1常用平台架构678 16.3.2平台组成部分684 16.3.3平台功能特性690 16.3.4平台性能设计694 16.4卫星应用平台展望706 16.4.1云原生带来的变革706 16.4.2边缘计算的新视野708 16.4.3区块链与卫星的碰撞709 参考文献711 第17章商业卫星应用714 17.1通信应用714 17.1.1卫星通信业务714 17.1.2卫星通信应用区域715 17.1.3卫星通信应用场景729 17.1.4典型商业通信卫星应用案例742 17.2导航应用758 17.2.1卫星导航定位应用算法758 17.2.2高精度测量769 17.2.3卫星导航应用场景与案例773 17.3遥感应用783 17.3.1卫星遥感数据源784 17.3.2卫星遥感数据处理技术789 17.3.3卫星遥感应用场景与案例798 17.4商业卫星应用的发展趋势811 17.4.1卫星通信与应用的发展趋势811 17.4.2卫星导航与应用的发展趋势812 17.4.3卫星遥感与应用的发展趋势814 参考文献817 第18章工程风险分析与控制820 18.1工程风险因素820 18.1.1政策与法律风险820 18.1.2市场风险821 18.1.3技术风险823 18.2工程风险分析827 18.2.1工程研制风险分析827 18.2.2风险评估829 18.3工程风险控制829 18.3.1风险控制措施829 18.3.2风险转移830 18.3.3财务风险控制832 18.4航天保险836 18.4.1保险种类836 18.4.2航天保险商业模式837 18.4.3保险除外责任839 参考文献840