空间飞行器设计-航天器的基本组成 ppt课件
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结构按其功能可作如下分类：
1. 外壳结构
保证所要求的结构外形、及必要的表面性质， 如对光或无线电波的反射、吸收等。同时， 外壳结构应能抵御空间高能粒子的辐射。
2. 承力结构：
传递火箭推力，是承受卫星的超重等载荷的
主要承力件。
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3.密封结构： 主要承受内压。其功能是在宇宙空间环境内，
人工建立一个适宜的环境，使其保持一定的温 度、气压等，供某些精密仪器安装，和保证其 正常工作。另有各种液体和气体容器等密封结 构。
结构还可按力学性能分为：柔性、刚性、
半刚性结构。
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10.2 温度控制分系统
卫星空间运行环境：－270oC深冷空间。 主要热源有：太阳辐射热、地球红外辐射热和 地球反射热，星内仪器自身发热及相互之间的 传热。
为保证其仪器工作正常，需进行温度控制。
星内仪器有不同的温度要求：电池、固体 远地点发动机等。
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三轴稳定，p精pt课件度0.2°
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三、其它方式的卫星构形
1. 单太阳帆板卫星的构形 太阳帆板只安装在卫星的一个侧，也就是说 要求一侧对太阳而另一侧不对太阳的构形。因 为卫星有效载荷上有制冷设备。
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中巴资源卫星
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2.有合成孔径雷达的对地观测卫星的构形
第10讲 航天器的基本组成
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近地空间环境的特点： 高真空、强辐射、超低温背景、冷热交变 航天器完成预定的空间任务，需有若干不同
功能的分系统。 通用系统：指所有航天器均需安装的功能相同
的系统。主要有：结构系统、温度控 制系统、控制系统、电源分系统、天 线分系统、无线电分系统等。
专用系统：不同航天器装有不同的专用系统，随
航天任务而异。
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10.1 结构分系统
航天器结构外形与仪器总体布局及总装有关， 同时也与姿态控制方式密切相关。
功用：在满足总体布局要求前提下，构成卫星 整体；在静态情况下承受卫星载荷，支承 卫星；在动态情况下传递运载火箭和远地 点发动机的推力，承受各种力学环境载荷。
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10.1.1 卫星的结构外形
特点：合成孔径雷达具有一副大的、展开 式帆板天线。载有合成孔径雷达的 卫星在构形上至少有两副大的帆板 式构件。
载有合成孔径雷达的卫星其两副大的帆 板式构件功能各异。其中一副对地，为雷达 天线；另一副对太阳，为太阳能电池帆板。
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3. 搭载卫星的构形
在运载火箭发射主卫星时有富裕的载荷质量 和箭头空间，允许顺便搭载发射的卫星。
4. 能源仪器安装面结构：
提供仪器设备安装所必需的安装面。保证
仪器的安装精度，要有足够的强度、刚度来
保证变形不超过容许限度。
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5. 能源结构： 主要指安装电池的结构，包括固定结构和能
收拢、展开太阳能电池帆板的结构。应能保证 在发射过程中及入轨后结构本身和电池不受损 坏并能正常供电。
6. 天线结构： 如鞭状天线、拉杆天线、喇叭形天线、抛物
自旋稳定的缺点是控制精度较低，大约在 1º—5º间，并且只有固定不变的方向，没有调 整机动的余地。
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2.重力梯度稳定控制卫星的构形
利用卫星各部分质量所受到的不相等的引力 等因素产生的重力梯度力矩来稳定卫星姿态。
特点：设有一根顶端置有一定质量的重力杆，重 力杆长度一般大于卫星高度。
设置重力杆的目的是获得足够的控制力矩。 为使卫星能装入整流罩，要做成可伸展的结构。
一、 不用整流罩和用整流罩的卫星
大部分是用整流罩的，卫星构形不受运载 火箭气动外形的影响，只要能放置在整流罩所 包容和容头部。
卫星的外形必须满足星箭组合体在发射段的气
动特性要求。
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二、不同姿态控制方式的卫星构形
1. 自旋稳定控制卫星的构形
特点：1) 卫星整体呈绕自旋轴的对称结构; 2) 自旋星体上一般贴有太阳能电池片； 3) 对圆柱形卫星，一般要求直径大于高 度，以提高对自旋轴的转动惯量。
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结构简单，不需要携带能源，易于稳定， 可靠性高的优点。在早期的中小型人造天体上 应用较多。如美国的信使、先驱者5号、探险者 1号至7号卫星上，都采用了自旋稳定姿控系统。
此类卫星的构形受运载火箭所规定的搭载条 件（允许的尺寸、质量和外形等）、规定的装 配和接口等制约。
搭载卫星的构形因其所搭载的运载器的条件 而呈现多样性，无一般规律性。
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但对 一定的运 载火箭， 所能搭载 的卫星构 形相对而 言是规范 化的。
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10.1.2 卫星结构的分类 卫星是由各种结构组件组合而成的，这些
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3. 三轴稳定控制卫星的构形
无明显构形特点，构形比较自由。
系统由下列3个子系统组成： 姿态敏感器：指向敏感对象（地球、太阳、 特定恒星等）； 姿态控制器：冷气、发动机、飞轮系统 姿态控制执行器：在俯仰、偏航和滚动三 个轴各装一对推力相反的共6个推力器
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法国地球观测卫星
面形天线结构等。其设计有多种特殊要求。如 抛物面天线结构要求在剧烈的温度变化下热胀 冷缩尽量小。
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7. 防热结构： 防止卫星回收时高温传入结构内部，这是
返回式卫星的一个主要部分。
除此以外，还有连接和分离装置（保证其
与运载火箭的连接与分离），以及其他重要 机构，如太阳能电池帆板的锁紧和伸展机构、 各种舱门的铰链机构等。并不是所有卫星均 具有上述结构。
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重力梯度稳定， 精度3°
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重力梯度稳定仅适用于控制精度要求不高 的人造天体。例如导航卫星。
重力梯度稳定最大的优点是不需要任何电 源，也不需要姿态敏感器，因而这种控制方法 简单、可靠、经济，特别适宜于长期运行。
其缺点是控制精度较低。美国在子午仪导 航卫星、头两颗测地卫星和应用技术卫星中都 运用过这种稳定方式。
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10.2.1 无源温度控制 1. 无源被动式控制
(1)喷涂涂层
不同材料涂层有不同的吸收率 和辐射率，
在仪器表面喷涂这些材料，如镀金、喷涂白漆、 黑漆、铝粉漆等。或者通过金属材料的表面机
1. 外壳结构
保证所要求的结构外形、及必要的表面性质， 如对光或无线电波的反射、吸收等。同时， 外壳结构应能抵御空间高能粒子的辐射。
2. 承力结构：
传递火箭推力，是承受卫星的超重等载荷的
主要承力件。
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3.密封结构： 主要承受内压。其功能是在宇宙空间环境内，
人工建立一个适宜的环境，使其保持一定的温 度、气压等，供某些精密仪器安装，和保证其 正常工作。另有各种液体和气体容器等密封结 构。
结构还可按力学性能分为：柔性、刚性、
半刚性结构。
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10.2 温度控制分系统
卫星空间运行环境：－270oC深冷空间。 主要热源有：太阳辐射热、地球红外辐射热和 地球反射热，星内仪器自身发热及相互之间的 传热。
为保证其仪器工作正常，需进行温度控制。
星内仪器有不同的温度要求：电池、固体 远地点发动机等。
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三轴稳定，p精pt课件度0.2°
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三、其它方式的卫星构形
1. 单太阳帆板卫星的构形 太阳帆板只安装在卫星的一个侧，也就是说 要求一侧对太阳而另一侧不对太阳的构形。因 为卫星有效载荷上有制冷设备。
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中巴资源卫星
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2.有合成孔径雷达的对地观测卫星的构形
第10讲 航天器的基本组成
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近地空间环境的特点： 高真空、强辐射、超低温背景、冷热交变 航天器完成预定的空间任务，需有若干不同
功能的分系统。 通用系统：指所有航天器均需安装的功能相同
的系统。主要有：结构系统、温度控 制系统、控制系统、电源分系统、天 线分系统、无线电分系统等。
专用系统：不同航天器装有不同的专用系统，随
航天任务而异。
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10.1 结构分系统
航天器结构外形与仪器总体布局及总装有关， 同时也与姿态控制方式密切相关。
功用：在满足总体布局要求前提下，构成卫星 整体；在静态情况下承受卫星载荷，支承 卫星；在动态情况下传递运载火箭和远地 点发动机的推力，承受各种力学环境载荷。
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10.1.1 卫星的结构外形
特点：合成孔径雷达具有一副大的、展开 式帆板天线。载有合成孔径雷达的 卫星在构形上至少有两副大的帆板 式构件。
载有合成孔径雷达的卫星其两副大的帆 板式构件功能各异。其中一副对地，为雷达 天线；另一副对太阳，为太阳能电池帆板。
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3. 搭载卫星的构形
在运载火箭发射主卫星时有富裕的载荷质量 和箭头空间，允许顺便搭载发射的卫星。
4. 能源仪器安装面结构：
提供仪器设备安装所必需的安装面。保证
仪器的安装精度，要有足够的强度、刚度来
保证变形不超过容许限度。
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5. 能源结构： 主要指安装电池的结构，包括固定结构和能
收拢、展开太阳能电池帆板的结构。应能保证 在发射过程中及入轨后结构本身和电池不受损 坏并能正常供电。
6. 天线结构： 如鞭状天线、拉杆天线、喇叭形天线、抛物
自旋稳定的缺点是控制精度较低，大约在 1º—5º间，并且只有固定不变的方向，没有调 整机动的余地。
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2.重力梯度稳定控制卫星的构形
利用卫星各部分质量所受到的不相等的引力 等因素产生的重力梯度力矩来稳定卫星姿态。
特点：设有一根顶端置有一定质量的重力杆，重 力杆长度一般大于卫星高度。
设置重力杆的目的是获得足够的控制力矩。 为使卫星能装入整流罩，要做成可伸展的结构。
一、 不用整流罩和用整流罩的卫星
大部分是用整流罩的，卫星构形不受运载 火箭气动外形的影响，只要能放置在整流罩所 包容和容头部。
卫星的外形必须满足星箭组合体在发射段的气
动特性要求。
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二、不同姿态控制方式的卫星构形
1. 自旋稳定控制卫星的构形
特点：1) 卫星整体呈绕自旋轴的对称结构; 2) 自旋星体上一般贴有太阳能电池片； 3) 对圆柱形卫星，一般要求直径大于高 度，以提高对自旋轴的转动惯量。
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结构简单，不需要携带能源，易于稳定， 可靠性高的优点。在早期的中小型人造天体上 应用较多。如美国的信使、先驱者5号、探险者 1号至7号卫星上，都采用了自旋稳定姿控系统。
此类卫星的构形受运载火箭所规定的搭载条 件（允许的尺寸、质量和外形等）、规定的装 配和接口等制约。
搭载卫星的构形因其所搭载的运载器的条件 而呈现多样性，无一般规律性。
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但对 一定的运 载火箭， 所能搭载 的卫星构 形相对而 言是规范 化的。
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10.1.2 卫星结构的分类 卫星是由各种结构组件组合而成的，这些
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3. 三轴稳定控制卫星的构形
无明显构形特点，构形比较自由。
系统由下列3个子系统组成： 姿态敏感器：指向敏感对象（地球、太阳、 特定恒星等）； 姿态控制器：冷气、发动机、飞轮系统 姿态控制执行器：在俯仰、偏航和滚动三 个轴各装一对推力相反的共6个推力器
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法国地球观测卫星
面形天线结构等。其设计有多种特殊要求。如 抛物面天线结构要求在剧烈的温度变化下热胀 冷缩尽量小。
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7. 防热结构： 防止卫星回收时高温传入结构内部，这是
返回式卫星的一个主要部分。
除此以外，还有连接和分离装置（保证其
与运载火箭的连接与分离），以及其他重要 机构，如太阳能电池帆板的锁紧和伸展机构、 各种舱门的铰链机构等。并不是所有卫星均 具有上述结构。
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重力梯度稳定， 精度3°
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重力梯度稳定仅适用于控制精度要求不高 的人造天体。例如导航卫星。
重力梯度稳定最大的优点是不需要任何电 源，也不需要姿态敏感器，因而这种控制方法 简单、可靠、经济，特别适宜于长期运行。
其缺点是控制精度较低。美国在子午仪导 航卫星、头两颗测地卫星和应用技术卫星中都 运用过这种稳定方式。
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10.2.1 无源温度控制 1. 无源被动式控制
(1)喷涂涂层
不同材料涂层有不同的吸收率 和辐射率，
在仪器表面喷涂这些材料，如镀金、喷涂白漆、 黑漆、铝粉漆等。或者通过金属材料的表面机