卫星工程概论上PPT课件

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2.4 航天器研制对空间环境的需求
1、可行性阶段 2、方案设计阶段 3、生产阶段 4、发射阶段 5、运行阶段
对总体方案选择和决策 空间环境因数是航天器设计的重要因数 选择合适元器件 选择空间环境稳定期 监视空间环境变化
6、发生异常及故障阶段 及时收集分析环境数据以判定或排除
2.5 空间环境预报与监测
析
卫星轨道类型和选择 约束条件确定 提出总体方案设想 关键技术分析
卫星研制 技术流程 初步制定
3.3 卫星可行性总体方案论证
方案分析和综合
分系统组成、论证实现卫星技术的途 径、卫星构型初步设计
卫星与卫星工程 接口
不同分系统与大系统接口协调
卫星总体性能指 标分析
明确指标内容及分析方法论
方案优选
满足条件下选择合理方案
变轨策略
4.4 几种常用轨道
太阳同步轨道
常 回归轨道 用 轨 冻结轨道 道
地球静止轨道
4.5 轨道确定
初轨确定概况 利用少量测量数据计算轨道根数，必 须具备三个地理位置时间点
利用卡尔曼滤波的轨道改进方法 用大量观测数据来优化轨道，最常用 的为最小二乘法和卡尔曼滤波方法
4.5 轨道确定
第五章 卫星有效载荷 5.1 概述 5.2 通信微信有效载荷 5.3 地球卫星有效载荷 5.4 气象卫星有效载荷 5.5 海洋卫星有效载荷 5.6 导航卫星有效载荷 5.7 侦查微信有效载荷 5.8 科学卫星有效载荷
对轨道的影响 对姿态的影响
高层大气、电离气体、太阳辐射、日月 摄动、地球非球形
地球磁场、高层大气阻力矩负三次方影 响
对材料表面的影响
机构和化学损伤
高能带电粒子 充电效应
对温度的影响 单粒子事件
损伤航天器电子元器件
等离子电子充电 光电子离去带正电 太阳能电磁辐射、大气层反射、空间背
景辐射 高能粒子穿越半导体造成电离，导致逻
3.6 总体设计展望
随着卫星就计算技术发展，卫星总体设计技 术也得到很大的进步，目前应用卫星箱大型复杂 多能化和微小型一体化两个方向发展。
这需要我们在创新思路、设计内容、设计手 段提出更高要求，例如：分仓设计、一星多用。 采用新型分析技术等。
第四章 卫星轨道
4.1 概述 4.2 卫星轨道力学 4.3 轨道设计 4.4 几种常用轨道 4.5 轨道确定
2019/7/4
5.1 概述
一般技术要求 1、对环境的适应 性 2、质量、体积、 功耗与可靠性
3、与卫星平台之 间的特定关系
4、满足与应用系 统的特定关系
5.2 通信卫星有效载荷
基本组成与 工作原理
性能参数和 主要考虑
天线系统 转发器系统
与通信有关及通信质量有 关的参数
在规定的频段、带宽、服 务区覆盖要求下对指标进 行合理的分配
第二章 地球空间环境特征及其对航天器影响
2.1 概述 2.2 航天器主要轨道上的环境特征 2.3 空间环境对航天器的影响 2.4 航天器研制对空间环境的需求 2.5 空间环境预报与监测
2.1 概述
研创初期、全面普查、收集资料
编制部分静态模式：太阳电磁辐射、流星 体、地球磁场、地球大气、地球辐射带等 三个阶段
3.1 概述 3.2 任务分析 3.3 卫星可行性总体方案论证 3.4 卫星总体设计方案 3.5 总体详细设计 3.6 总体设计展望
3.1 概述 理论基础
卫
星
卫星系 统总体设 计是卫星 系统研制 的顶层设
计。
设 计 与 系 统 工
程
观
念
了解系统学六个 基本特征
系统与工程结合 形成系统工程概 念
系统工程方法
1.4 卫星和卫星工程特点
卫星主要特 点
运动方式 环境条件 长寿命可靠 自动化程度
设计特点
卫星工程主 要特点
试验特点
制造特点 管理特点
多学科，多技术， 考虑因数较多
主要为环境模拟 制作难度高
1.5 世界人造卫星发展趋势
通信卫星 气象卫星 地球资源 海洋卫星 导航卫星 侦查卫星 小型卫星
高信息传输比、提高覆盖 新的遥感技术 发展融合技术、高分辨率 海洋水色、地形和动力 改善已有卫星，形成导航网 改善遥感技术、提高自防能力 性能好结构优秀的星座网
成像光谱仪 有源微波遥感器 合成孔径雷达（SAR） 数据传输设备
5.4 气象卫星有效载核
遥感器名称
主要探测对象
可见光及红外扫描辐 云及地表景象，目标反
射计
射率和温度
大气红外垂直有探测 大气温度计水汽垂直分
仪
布
卫星类型
极轨，静止 极轨，静止
太阳紫外后向散射仪 臭氧垂直分布及总量
极轨
微波辐射计 微波成像仪
1.6 中国卫星工程的成就和展望
1.1 航天与卫星工程
1.11 航天与航空系统
航天活动
空间资源
航天
三大资源：信息、材料、能源 空间科学
航天技术
三大领域互相联系
空间应用
航天器
执行任务的飞行器，空间飞行器
航天系统
航天运输系统 航天发射场
运载器、运输器、轨道机动飞行器和轨道转移飞行 器
航天测控网
应用系统
大气温度计水汽垂直分 布
水汽含量及降水、海绵 风速
极轨 极轨
5.4 气象卫星有效载核
扫描辐射成像仪
大气探测仪
5.5 海洋卫星有效载荷
海洋卫星可探测内容较多，如水色要素、叶绿素、悬浮 物、海平面拓扑、探测海洋动力环境等。
光学遥 海洋水色扫描仪 感器 CCD成像仪 微波遥 雷达高度计 感器 微波散射计
3.1 概述
系 统 工 程 概 念
系统工程 方法
三个系统的观念 目的、环境和过程
两个过程
分析和综合观念 行动程序观念 价值和时间观念 创造思维观念 试验验证 反馈协调 整体最优
运用自然规律、控 制过程
建立于系统工程观念、解决问题的辩证 程序。
3.1 概述
总体设计基本 按客户要求转化为性能参数，并分解到各分系统中，最终完
5.8 科学卫星有效载荷
空间带电粒子探测器 科学探测有效 空间辐射效应探测器 载荷
太阳辐射探测器
空间材料实验 科学实验有效
载荷 空间生物科学实验
搭载实验设备 搭载生物仓
第六章 卫星结构与机构
6.1 概述 6.2 卫星结构与机构的材料 6.3 卫星结构的设计和分析 6.4 卫星机构的设计与分析 6.5 卫星结构与机构的实验验证
6.1 概述
卫星结构
机械系统
卫星机构
主结构 次结构 链接分离 压紧释放
展开 驱动
6.2 卫星结构与机构材料
金属材 对料 材 料 的 要 求 复合材
料
镁合金、 镁合金、 钛合金
纤维材料、 基体材料
金属材料 与复合材 料的比较
材料的应 用和发展
6.3 卫星结构的设计与分析
设计要求
结构优化 设计
设计原则
5.1 概述
卫星有效载荷是指实行卫星在轨任特定任务 的仪器、设备和分系统
卫星有效载 荷的分类
A
有效载荷设 计的一般原
则
B
有效载荷设 计的一般技
术要求
C
1、科学探测和实验 2、信息获取 3、信息传输 4、信息基准
1、理解用户需求 2、研究限制条件 3、合理分配技术指标 4、优化设计
SUCCESS
THANK YOU
研究航天器与可能因数的相互作用，并制 定航天飞机和空间站设计标准
2.2 航天器主要轨道上的环境特征
低轨道100-1000km
四 种 中轨道1000-10000km 轨 道：地球同步36000km
行星际飞行轨道
中性气体 磁场
等离子体和低能带电粒子 高能带电粒子 电磁辐射
流星体和空间碎片
2.3 空间环境对航天器的影响
卫星工程概论（上）
李建辉 2018/08/29
目
录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
概论 地球空间环境特征及其对航天 器影响 卫星总体设计 卫星轨道
卫星有效载荷 卫星结构与机构 卫星热控制 卫星姿态控制与轨道控制
第一章概论
1.1 航天与卫星工程 1.2 人造卫星的分类和应用 1.3 卫星系统的组成 1.4 卫星和卫星工程特点 1.5 世界人造卫星的发展趋势
信息材料能源空间科学三大领域互相联系航天技术空间应用航天系统航天器执行任务的飞行器空间飞行器航天运输系统运载器运输器轨道机动飞行器和轨道转移飞行航天发射场航天测控网应用系统用户系统航天系统分类是否载人无人及载人航天系统用途民用及军用航天器种类卫星工程系统通信卫星工程气象卫星工程导航卫星系统侦查卫星航天系载人飞船工程月球卫星11航天与卫星工程卫星应用卫星技术利用卫星技术可在众多领域应用卫星应用领域卫星通讯卫星遥感卫星气象卫星海洋卫星资源和卫星侦查卫星导航卫星空间应用物理观测空间天文观测空间微重力实验技术卫星应用系统卫星通讯系统通信卫星地面卫星测控站卫星通信地球站陆地海洋空中卫星气象观测系统气象卫星地面应用系统指令和数接收站资料处理中心运行控制中心地面通信系统中小规模应用站数据收集平台卫星导航导航卫星网地面台站用户定位设备12人造卫星的分类和应用科学卫星空间物理探测卫星空间物理现象及过程进行探测天文卫星宇宙天体和其他空间物质微重力科学实验卫星应用卫星通信卫星单颗覆盖全球40民用卫星军用卫星气象卫星极轨气象卫星也称太阳同步轨道卫星地球静止轨道气象卫星地球资源卫星利用星载遥感技术获取地物目标辐射和发射的多种波段信息海洋卫星利用红外和微波遥感器导航卫星侦察卫星照相侦查卫星电子侦查卫星海洋监视卫星导弹预警小型卫星卫星星座技术试验卫13卫星的系统组成有效载荷卫星平台科学探测和实验类有效载荷信息获取类有效载核信息传输类有效载核信息基准类有效载荷机构与机构分系统热控制分系统电源分系统姿态与轨道控制分系统推进分系统测控分系统数据管理分系统总体电路分系统返回分系统14卫星和卫星工程特点卫星主要特运动方式环境条件长寿命可靠自动化程度卫星工程主要特点设计特点多学科多技术考虑因数较多试验特点主要为环境模拟制造特点制作难度高管理特点15世界人造卫星发展趋势通信卫星高信息传输比提高覆盖气象卫星新的遥感技术地球资源发展融合技术高分辨率海洋卫星海洋水色地形和动力导航卫星改善已有卫星形成导航网侦查卫星改善遥感技术提高自防能力小型卫星性能好结构优秀的星座网第二章地球空间环境特征及其对航天器影响21概述22航天器主要轨道上的环境特征23空间环境对航天器的影响24航天器研制对空间环境的需求25空间环境预报与监测1021概述三个阶段研创初期全面普查收集资料编制部分静态模式
4.1 概述
轨道力学是卫星应用及设计的基本要求，是研 究航天器质心运动规律的学科，其主要任务是精确 解算任意时刻卫星质量位置和速度。
卫星轨道的实时监测对卫星状态的了解，导航 应用等具有极大意义，且能更好的研究空间大气， 引力磁场等。
然而需要注意的是，卫星与经典力学中自然天体 研究有较大不同，需要更多的人为精确控制卫星运 行也使得对轨道力学进行更基础更深的理解。
5.6 导航卫星有效载荷
低轨测速卫 全球定位系 地球同步卫
星导航系统
统
星测定系统
5.7 侦查卫星有效载荷
成像侦查卫星
电子侦查卫星
导弹预警卫星
海洋监视卫星
直接观察方式，
提高分辨为主要方 向，顺带传输器
通过通信情报及电 子情报。
运用星载红外对各
种导弹发射提前探 测
通过微信遥感对海
面船舰和水下潜艇 进行跟踪、监视
照相侦查卫星 电子侦查卫星 海洋监视卫星 导弹预警
用于空间技术和空间应用技术的原理性试验
1.3 卫星的系统组成
有效载荷 卫星平台
科学探测和实验类有效载荷
信息获取类有效载核
信息传输类有效载核
信息基准类有效载荷
机构与机构分系统 热控制分系统 电源分系统 姿态与轨道控制分系统 推进分系统 测控分系统 数据管理分系统 总体电路分系统 返回分系统
5.2 通信卫星有效载荷
东方红五号平台 卫星通，信量达数 百Gbps，中国通信 卫星由此迈入“高 通量时代”，切具 有“高承载、大功 率、高散热、长寿 命、可扩展、多适 应”等特点，性能 大幅度提高。
5.3 地球资源卫星有效载荷
用于地球资源探测和环境监测的遥感卫星
5.3 地球资源卫星有效载荷
多光谱类遥感器 光学成像遥感器 高空间分辨率遥感器
11年变化 空间环境的 27天变化
变化规律 突发性
太阳黑子数规律性变化 太阳自转引起
太阳表面耀斑、日冕物质抛射等
太阳扰动向 太阳总电磁辐射强度
地球空间环 等离子体 境扰动 高能带电粒子
空间环境检 测
连续性、稳定性、实时性
空间环境预 以经验和统计关系为基础 报 以扰动发生和传播为基础
第三章 卫星总体设计
任务
成总体详细设计
设计原则
系统满足客户需求，具有整体性、层次性、创新性、继承性 远侧，因此也具有阶段性，当然效益性原则需要考虑。
1）空间环境适应 卫星设计的特 2）各系统的互相约束
点和要求 3）高可靠和高安全
4）高度自主控制功能 5）制定研制技术流程 6）满足公用平台设计要求
3.2 任务分析
用户任务 任务要求 及初步分
结构分析
载荷确定
6.4 卫星机构设计与分析
设计要 设计
求
原则
机构分析
6.5 卫星结构与机构的实验验证
研制实验
静载 正弦
结
压力
构 鉴定实验
噪声
验
随即振动
证 验收实验
火工品冲击
分析证实实验
机 构 功能试验 验 证 空间环境
热真空和热循环 热结构
加载实验 环境实验
卫星遥感
卫星气象、卫星海洋、卫星 资源和卫星侦查
卫星导航
卫星空间应用
物理观测、空间天文（观 测）、（空间）微重力实验 技术
通信卫星 地面卫星测控站 卫星通信地球站 气象卫星
地面应用系统
导航卫星网 地面台站 用户定位设备
陆地、海洋、空中
指令和数接收站 资料处理中心 运行控制中心 地面通信系统 中小规模应用站 数据收集平台
总体优化设计 按照优化原则作为最优设计
可行性报告
方案论证报告和 技术要求
分系统技术要求
环境模拟试验要求
3.4 卫星总体设计方案设计
总
卫
质
动
方
体
星
量
力
案
性
构
特
学
评
能
型
征
分
估
指
析
及
标
对
预
分
算
系
统
要
求
3.5 总体详细设计
1、总装设计
2、总体电路 设计
3、卫星整体 综合测试
4、卫星整体 环境模拟试验
方案的制定
4.2 卫星轨道力学
坐标系
卫星运动方程
二体问题
常数变易法和摄动方 程
一些重要近视解
4.2 卫星轨道力学
地球非球形摄动加速度
卫
大气阻力
星
运
太阳引力摄动加速度
动
方 程
运球引力摄动
太阳光压辐射
4.3 轨道设计
轨道参数选择
卫星食
共 同
星下点轨迹
性
太阳高度角计算
问
发射窗口
题
卫星