微小卫星总体设计与工程实践

本书是作者多年微小卫星工程实践工作总结，系统涵盖了微小卫星总体方案设计思想和有关的方法，结合微小卫星型号研制案例，介绍了微小卫星总体设计工作内容和近期新应用技术进展。全书共9个章节，第1章为绪论，介绍了微小卫星发展历史以及国内外的发展现状；第2~4章介绍了微小卫星的总体设计方法、约束条件、任务分析与轨道设计，详细阐述了微小卫星总体设计思路，在开展微小卫星总体设计时需要面临的空间环境、运载火箭、卫星测控、运控以及成本的约束条件，并基于需求与约束条件开展任务分析与轨道设计；第5章介绍了微小卫星总体方案设计及设计内容；第6~8章介绍了当前微小卫星研制的前沿与发展趋势，详述了高功能密度综合电子学技术、自主高效的导航控制技术与灵活通用的结构热控技术；第9章介绍了微小卫星数字化仿真和微小卫星快速集成、测试和各类试验。
本书适用于从事卫星技术研究、开发研制、试验和应用的科研人员、工程技术人员阅读，也可作为高等院校师生以及航天爱好者的专业参考书。

前言
第1章绪论1
1.1微小卫星发展历史概述1
1.1.1冷战初期1
1.1.2 20世纪90年代至今3
1.2微小卫星特点4
1.2.1微小卫星的定义4
1.2.2现代微小卫星技术特点5
1.3国外微小卫星发展现状13
1.3.1皮纳卫星13
1.3.2立方星14
1.3.3实用型微纳卫星平台16
1.3.4中小型卫星20
第2章微小卫星总体设计方法24
2.1总体技术概述24
2.1.1总体设计概念24
2.1.2总体设计基本原则 28
2.1.3总体设计实施的基本方法31
2.1.4总体方案各阶段设计内容34
2.1.5总体设计的迭代与评价36
2.2面向需求的任务分析38
2.2.1卫星任务要求分解与分析38
2.2.2面向任务的卫星轨道选取40
2.2.3卫星约束条件分析42
2.2.4关键技术分析43
2.2.5可行性分析44
2.3任务指标分解和确定总体要求 45
2.3.1卫星总体方案定性比较45
2.3.2总体设计技术要求47
2.3.3总体方案评价49
2.4分系统要求和方案优选50
2.4.1卫星分系统组成50
2.4.2分系统设计53
2.4.3小卫星分系统设计方案优选64
2.5卫星总体方案综合和确定65
2.5.1总体方案分析与综合65
2.5.2总体方案确定66
2.6研制技术流程制定67
第3章卫星设计约束条件71
3.1空间环境分析与效应71
3.1.1空间环境分析71
3.1.2空间环境效应81
3.2运载火箭约束86
3.2.1国外的运载火箭概况86
3.2.2中国的运载火箭概况87
3.2.3质量特性约束89
3.2.4环境条件约束90
3.2.5包络及机械接口约束90
3.2.6功率约束90
3.3测控约束91
3.3.1国内测控站概况91
3.3.2卫星测控的流程92
3.3.3影响卫星测控的因素95
3.4运控约束98
3.4.1国内运控系统概况98
3.4.2早期国内运控模式简介98
3.4.3某科学试验卫星运控过程100
3.4.4卫星运控的发展趋势101
3.5成本与进度约束103
第4章任务分析与轨道设计104
4.1任务规划分析与论证104
4.1.1国外研究现状105
4.1.2成像原理107
4.1.3观测范围与实际覆盖108
4.1.4卫星成像任务完整流程109
4.1.5规划要素分析110
4.1.6敏捷卫星规划特点111
4.1.7规划算法112
4.2微小卫星轨道设计114
4.2.1地球同步轨道114
4.2.2太阳同步轨道116
4.2.3回归轨道118
4.2.4冻结轨道120
4.3卫星星座设计121
4.3.1星座设计的基本准则121
4.3.2Walker星座122
4.3.3编队星座123
第5章微小卫星总体方案设计128
5.1总体参数预算128
5.1.1卫星质量预算128
5.1.2卫星功耗预算130
5.1.3卫星轨道控制预算 132
5.1.4通信链路预算139
5.1.5设计寿命指标分配147
5.1.6可靠性设计指标分配148
5.1.7精度指标分配154
5.1.8其他设计参数分配157
5.2卫星总体构型设计与论证 159
5.2.1构型设计的任务和要求159
5.2.2外形设计162
5.2.3卫星的布局设计165
5.2.4卫星主承力构件方案设计166
5.2.5分析论证169
5.3数据存储和传输能力设计171
5.3.1数据存储容量和数传速率需求171
5.3.2遥测数据存储和传输预算171
5.3.3载荷数据存储和传输预算172
5.3.4数据存储和传输预算流程173
5.4控制系统预算 174
5.4.1控制方式选择175
5.4.2干扰力矩估算176
5.4.3敏感器精度选择依据177
5.4.4执行机构参数估算178
5.4.5控制律参数估算180
5.5整星信息流设计181
5.5.1微小卫星信息流181
5.5.2信息流设计182
5.5.3数据结构设计184
5.6信息软件系统 187
5.6.1信息软件功能187
5.6.2信息软件系统组成和接口189
5.6.3信息系统设计190
第6章高功能密度综合电子学技术196
6.1即插即用的扩展电子学系统架构设计196
6.1.1即插即用技术概述196
6.1.2即插即用技术需求196
6.1.3即插即用的可扩展系统架构197
6.2高密度综合电子学技术199
6.2.1综合电子系统设计199
6.2.2综合电子模块设计200
6.3高密度电子学星务管理模块205
6.3.1CPU模块206
6.3.2IO模块206
6.3.3AD/DA模块208
6.4空间大容量数据管理系统设计210
6.4.1空间数据系统概述210
6.4.2CCSDS 概述210
6.4.3星载大容量数据管理系统总体设计211
6.4.4星载大容量数据管理系统设计212
6.5多模式测控模块设计215
6.5.1背景介绍215
6.5.2主要技术指标216
6.5.3技术方案217
6.6低电压母线高效电源模块220
6.6.1分流调节单元221
6.6.2充放电管理单元221
第7章自主高效的导航控制技术223
7.1微小卫星导航与控制技术发展趋势223
7.1.1自主导航与控制技术223
7.1.2天文导航与控制技术223
7.1.3星座自主导航技术225
7.1.4深空探测自主导航与控制技术226
7.2姿态敏感器与执行机构230
7.2.1姿态敏感器230
7.2.2姿态控制执行机构234
7.2.3微小卫星ACS系统配置实例236
7.3灵活指向姿态控制技术239
7.3.1控制力矩陀螺240
7.3.2反作用球243
7.3.3基于导引的姿态控制技术246
7.4高效微推进技术253
7.4.1微小卫星对高效无毒的需求253
7.4.2无毒化学推进技术255
7.4.3激光微推进技术258
7.4.4液化气推进技术260
7.4.5高效电推进技术261
第8章灵活通用的结构热控技术264
8.1微小卫星结构热控技术发展趋势264
8.2通用模块化结构技术264
8.2.1模块化概念和特点264
8.2.2模块化设计方法265
8.2.3模块化设计内容265
8.2.4研究方向269
8.3多功能结构设计270
8.3.1多功能结构的概念和特点270
8.3.2功能合并271
8.3.3功能融合273
8.3.4需要发展的新技术274
8.4展开式柔性帆板技术276
8.4.1太阳电池阵的总体构型276
8.4.2空间太阳电池阵基板277
8.4.3几种典型的柔性太阳电池278
8.4.4几种典型的柔性太阳电池阵展开机构280
8.5自主热控技术 285
8.5.1智能热控涂层286
8.5.2高导热材料287
8.5.3新型热管288
8.5.4主动控温手段288
8.5.5研究方向289
第9章微小卫星数字化仿真与测试、试验技术292
9.1数字化设计仿真技术292
9.1.1数字化设计仿真的概念与特点292
9.1.2数字化设计仿真系统设计293
9.1.3数字化设计仿真的未来发展趋势296
9.2自动化综合测试296
9.2.1自动化综合测试概述296
9.2.2自动化综合测试系统设计297
9.2.3自动化综合测试系统模块设计299
9.2.4自动化综合测试系统应用效果303
9.3微小卫星集成303
9.3.1集成要求303
9.3.2微小卫星集成设计304
9.3.3微小卫星集成实施309
9.4小卫星环模试验311
9.4.1概述311
9.4.2小卫星产品的特点314
9.4.3小卫星环境试验项目315
9.4.4环境试验流程的制定321
参考文献322