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1、卫星工程概论,马 佳 2018.12.24,目录,1.卫星工程概论,2.地球空间环境的影响,3.卫星总体设计,4.卫星轨道,5.卫星有效载荷,6.卫星结构与机构,7.卫星热控制,8.卫星姿态和轨道控制,卫星工程概论,1,卫星工程概论,航天与卫星工程,航天是指进入、探索、开发和利用太空（即地球大气层以外的宇宙空间，又称外层空间）以及地球以外天体的各种活动的总称。,开发和利用各种空间资源可以获得和丰富人类发展所需的三大资源，即信息、材料和能源,卫星工程概论,航天与卫星工程,航天系统的组成部分：,航天器航天运输系统航天发射场航天测控网应用系统,卫星工程概论,卫星应用与卫星应用系统,卫星应用是指利用卫
2、星技术及其开发的空间资源在国民经济、国防建设、文化建设和科学研究等领域的各种应用技术的统称。,应用领域：卫星通信卫星遥感卫星导航（定位）卫星空间科学应用,卫星工程概论,卫星应用与卫星应用系统,卫星应用系统一般有人造卫星（如通信卫星、气象卫星、导航卫星和科学卫星等）和地面应用系统及其有关系统或设备组成，是星地一体化的工程技术系统。,卫星应用系统：卫星通信系统卫星气象观测（遥感）系统卫星资源勘测（遥感）系统卫星海洋观测（遥感）系统卫星导航（定位）系统卫星侦察系统卫星空间科学应用系统,卫星工程概论,人造卫星的分类与应用,卫星工程概论,卫星的系统组成,卫星由若干系统划分，按照基本功能划分为有效载荷和保
3、障系统。,有效载荷：科学探测和实验类信息获取类信息传输类信息基准类,卫星平台：结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,卫星工程概论,卫星和卫星工程特点,卫星主要特点：运动方式 惯性飞行环境条件 环境恶劣工作寿命 长寿可靠自动化程度 高自动化程度技术密集 技术密集程度高系统 系统具有整体性,卫星工程概论,卫星和卫星工程特点,卫星系统的主要特点：设计特点 多学科系统设计实验特点 卫星对实验依懒性强制造特点 大量新技术、新材料、新工艺的指导技术管理特点 采用航天系统工程,卫星工程概论,发展趋势,通信卫星大功率、高频段、长寿
4、命和大容量,气象卫星高分辨遥感器，大容量存储器和数字化传输,海洋卫星提高遥感器性能，增加覆盖范围,地球资源卫星可控的高精度卫星平台技术,小型微型采用超轻型材料、多功能结构，构建星座,导航卫星新型星座设计，提高导航精度，提高信号发射率,侦察卫星提高侦察技术和数据传输能力以及卫星的生存能力,多功能卫星尽可能的实现一颗卫星同时具有多种功能,人造卫星的发展趋势,地球空间环境的影响,2,地球空间环境的影响,航天器主要轨道的环境特征,地球空间环境的影响,空间环境对航天器的影响,地球空间环境的影响,航天器对空间环境的需求,地球空间环境的影响,空间环境预报与检测,1.空间变化规律地球空间环境在太阳的影响下会发
5、生剧烈的扰动且具有一定的规律性11年变化27天变化突发性变化,2.太阳扰动传播过程电磁辐射等离子体高能带电粒子,3.空间环境监测4.空间环境预报,卫星总体设计,3,卫星总体设计,概述,系统学的六个基本特征：集合性层次性相关性目的性动态性适应性,系统工程观念,三个系统观念,两个过程观念,目的工程系统,环境系统,过程系统,运用自然规律的工程技术过程,对工程技术过程的控制过程,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,实验验证观念,反馈协调观念,整体最优观念,卫星总体设计,卫星总体设计任务和原则,卫星总体设计,卫星设计特点和要求,空间环境适应性需适应热真空和辐照环境需修正太阳、月亮
6、和地球产生的摄动其他空间环境,大系统中各组成系统运载火箭的约束地面测控站的约束发射场的约束地面应用系统的约束,卫星高可靠和高安全性满足工作寿命下的高可靠性考虑安全性和风险性,高度自主控制功能卫星在轨期间对姿态测量控制等动作需自主完成卫星在轨运行期间可实现卫星对轨道的自主保持和修正卫星对轨道和地面测量可实现实时传输,制定研制技术流程,满足公用平台设计要求,卫星设计特点和要求,卫星总体设计,任务分析,用户任务要求及初步分析,卫星轨道类型和选择,约束条件的确定,提出总体方案,关键技术分析,卫星研制技术流程初步确定,总体方案设想总体方案择优,卫星总体设计,任务分析,几种类型轨道的应用范围,卫星总体设计
7、,卫星可行性总体方案论证,方案分析和综合 分系统组成及其方案选择 论证卫星使用技术 卫星构型初步设计卫星与其他部分的接口 卫星与运载火箭以及航天测控网与卫星之间的接口等卫星性能分析 指标内容的明确 分析方法的合理运用,方案优选 对卫星总体设计方案以及各分系统或总体相关项目进行分析选择最优方案总体优化设计 在保证符合总体优化设计原则的基础下选择最优设计方法方案论证报告和技术要求 卫星总体方案的可行性报告 分系统的技术要求,卫星总体设计,总体详细设计,验证卫星能否适应运载火箭和空间运行的环境,卫星轨道,4,卫星轨道,轨道动力学,卫星轨道是指以天体力学规律运行，以牛顿力学为基础，卫星质心运动的轨迹。
8、与天体运动存在着部分不同：卫星运动可选择，运动初值由轨道设定天体之间距离大卫星运动角速度大可人为施加控制力，改变轨道,卫星运动方程,地球非球星摄动加速度,大气阻力,太阳引力摄动即速度,太阳光压摄动加速度,控制力摄动加速度,月球引力摄动加速度,卫星轨道,常用轨道,卫星有效载荷,5,卫星有效载荷,概述,卫星有效载荷,通信卫星有效载荷,转发器分系统 转发器分系统对接受信号进行降噪和信号放大再将信号转发出去天线分系统 用于卫星通信信号收发的通信天线,卫星有效载荷,地球资源卫星有效载荷,光学成像遥感器多光谱类遥感器高空间分辨率类遥感器成像光谱类遥感器合成孔径雷达数据传输设备,卫星有效载荷,卫星有效载荷,
9、气象卫星有效载荷,扫描成像仪大气探测仪,卫星有效载荷,海洋卫星有效载荷,光学遥感器 海洋水色扫描仪 CCD成像仪微波遥感器 雷达高度计 微波散射计,卫星有效载荷,科学卫星有效载荷,空间带电粒子探测器空间辐射效应探测器太阳辐射探测器,卫星结构与机构,6,卫星结构与机构,概述,卫星结构是支承卫星中有效载荷以及其他各分系统的骨架承受和传递卫星上的所有载荷为卫星有效载荷和其他分系统提供所需的安装空间、安装位置和安装方式为卫星有效载荷和其他分系统提供有效的环境保护为卫星上某些特殊的有效载荷或其他分系统提供支承条件为星尚某些特殊的有效载荷或其他分系统提供所需的物理性能,卫星机构是卫星上产生动作的部件形成和
10、释放星上部件的连接和紧固状态使卫星与运载火箭之间或星上各部件之间相互分离使星上部件展开到所需位置或形状使星上部件保持指向规定的目标,卫星结构与机构,卫星结构与机构的材料,对材料的要求：小质量要求 机械性能要求 物理性能要求 耐空间轨道要求 材料真空出气要求制造工艺要求,金属材料：铝合金、镁合金、钛合金复合材料：玻璃/环氧树脂、硼/环氧树脂、碳/环氧树脂,卫星结构与机构,卫星结构的设计与分析,结构应以足够的强度和刚度来支持星上有效载荷和其他分系统的正常工作,卫星结构与机构,结构试验验证,研制试验鉴定试验验收试验分析验证试验,静载试验正弦振动试验压力试验噪声试验随机振动试验火工品冲击试验热真空和热
11、循环试验热结构试验,卫星结构与机构,卫星机构的设计与分析,卫星结构与机构,机构试验验证,功能验证 验证机构能够顺利完成各种规定的功能空间环境验证 用于验证空间环境（真空、高低温、温度交变、空间辐照等）对机构功能 和寿命的影响,卫星热控制,7,卫星热控制,概述,人造卫星所处的与热控制有关的环境真空和低温地球大气环境太阳辐射,卫星热控制,卫星热设计,卫星热控制,卫星热设计,热控系统设计,热设计基本条件,设计工况,热措施选择,考虑卫星任务及其运行参数并且考虑相应的部件布局以及使用条件,卫星在轨运行情况以及发射和入轨的不确定性,被动式,主动式,热措施选择,吸热式放热,辐射防热,烧蚀防热,简单可靠，但是
12、效率低，质量大,表面蒙皮，防热效果好，可重复使用,表面覆盖烧蚀层，结构简单,卫星热控制,卫星热控制技术,抛光喷砂,涂料涂层,化学涂层,其他涂层,卫星热控制,卫星热控制技术,主动热控技术,辐射式控制辐射热阻,传导式控制传导热阻,对流式流体对流换热,影响因素,卫星姿态控制与轨道控制,8,卫星姿态与轨道控制,概述,卫星姿态与轨道控制,卫星姿态动力学与运动学,参考坐标系：赤道惯性坐标系星体坐标系轨道坐标系质心平行坐标系,欧拉角,用来确定定点转动刚体位置的3个一组独立角参量，由章动角、旋进角（即进动角）和自转角组成,卫星姿态与轨道控制,姿态控制,卫星姿态与轨道控制,轨道控制,轨道确定,非自主确定 地面站主动对卫星进行监测,自主确定,天文导航 测量天体位置,陆标导航 测量地面目标,惯性导航 测量惯性空间,信标测距 测量信标距离,卫星姿态与轨道控制,轨道控制,再入和返回控制,落点精度,表面受热限制,添加标题,ThankYou,
