星务小卫星技术/国之重器出版工程

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作者：李孝同施思寒李捷著

出版社：北京理工大学出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 航空、航天

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ISBN：9787568270960
装帧：平装-胶订
册数：暂无
重量：暂无
开本：其他
页数：530
出版时间：2018-07-01
条形码：9787568270960 ; 978-7-5682-7096-0

本书特色

本书基于我国小卫星事务管理技术（简称星务技术）二十多年的成功经验和创新内涵，将其推广到整个小微卫星的设计、制造和运行应用中，建立另一种新型卫星体系架构，称之谓“星务小卫星”。目前，国内许多小卫星都是依据它，在星上建立了星务系统。由于它的存在，使得复杂的卫星制造可以简化，使得星上的许多分系统“虚拟化”，部分硬件功能被软件功能替代，设备的功能可以软件定义，带来卫星运行管理的灵话性。同时，基于星务管理技术，使得卫星分系统、星上设备容易模块化，使其与卫星总体的接口和信息交换方便，带来总体与分系统的协调融合，整星运行有序无冲突。此外，本书还提出了一些企图在小微卫星工程中采用的部分新技术的不同设想或猜想，借以“抛砖引玉”促进小微卫星工程的进步。

内容简介

本书基于我国小卫星事务管理技术（简称星务技术）二十多年的成功经验和创新内涵，将其推广到整个小微卫星的设计、制造和运行应用中，建立另一种新型卫星体系架构，称之谓“星务小卫星”。目前，靠前许多小卫星都是依据它，在星上建立了星务系统。由于它的存在，使得复杂的卫星制造可以简化，使得星上的许多分系统“虚拟化”，部分硬件功能被软件功能替代，设备的功能可以软件定义，带来卫星运行管理的灵话性。同时，基于星务管理技术，使得卫星分系统、星上设备容易模块化，使其与卫星总体的接口和信息交换方便，带来总体与分系统的协调融合，整星运行有序无冲突。此外，本书还提出了一些企图在小微卫星工程中采用的部分新技术的不同设想或猜想，借以“抛砖引玉”促进小微卫星工程的进步。

第１章　绪　论…………………………………………………………………… 001

　　１.１　小微卫星的出现……………………………………………………… 002

　　１. ２　小微卫星需求分析…………………………………………………… 005

　　１. ３　国外小微卫星发展概况……………………………………………… 008

　　　　１. ３. １　美国小微卫星发展现状…………………………………… 008

　　　　１. ３. ２　欧洲小微卫星发展现状…………………………………… 016

　　　　１. ３. ３　亚洲小微卫星发展现状…………………………………… 023

　　１. ４　我国小微卫星发展概况……………………………………………… 028

　　　　１. ４. １　“ 希望一号” 卫星………………………………………… 029

　　　　１. ４. ２　“ 希望二号” 卫星………………………………………… 030

　　　　１. ４. ３　“ 珠海一号” 卫星………………………………………… 032

　　　　１. ４. ４　“ 创新一号” ／ “ 向日葵一号” 卫星…………………… 034

　　　　１. ４. ５　“ 皮星一号” ／ “ 皮星二号” 卫星……………………… 035

　　　　１. ４. ６　“ 天拓” 系列卫星………………………………………… 036

　　　　１. ４. ７　“ 紫丁香” 系列…………………………………………… 037

　　１. ５　小微卫星的特点……………………………………………………… 038

第２章　小微卫星工程系统概论……………………………………………… 043

　　２. １　小微卫星的航天任务工程系统……………………………………… 044

　　　　２. １. １　航天任务工程系统………………………………………… 044

　　　　２. １. ２　小微卫星的航天任务的特点……………………………… 047

　　　　２. １. ３　小微卫星的航天任务的目标……………………………… 049

　　２. ２　小微卫星自动化技术………………………………………………… 050

　　　　２. ２. １　卫星自动化技术的内容…………………………………… 050

　　　　２. ２.２　卫星自动化系统的发展阶段……………………………… 053

　　　　２. ２. ３　小微卫星自动化系统的进展……………………………… 058

　　２. ３　小微卫星工程及其进展……………………………………………… 061

　　　　２. ３. １　小微卫星工程……………………………………………… 061

　　　　２. ３. ２　小微卫星的发展…………………………………………… 061

　　２. ４　小微卫星在航天任务中可承担的角色…………………………… 067

　　　　２. ４. １　作为空间的观察平台……………………………………… 067

　　　　２. ４. ２　作为空间的中继站………………………………………… 067

　　　　２. ４. ３　作为空间基准点…………………………………………… 067

　　　　２. ４. ４　作为无人空间试验室……………………………………… 068

　　　　２. ４. ５　作为空间星群组合体……………………………………… 069

　　２. ５　小微卫星总体设计…………………………………………………… 071

　　　　２. ５. １　小微卫星是一个复杂系统………………………………… 072

　　　　２. ５. ２　小微卫星总体工作的基本方法…………………………… 077

　　　　２. ５. ３　总体部的设计工作：总体设计…………………………… 085

　　　　２. ５. ４　小微卫星总体设计过程的流程再造……………………… 095

第３章　近地空间环境对小微卫星的影响…………………………………… 101

　　３. １　地球引力场…………………………………………………………… 103

　　　　３. １. １　地球引力场对运行轨道的影响…………………………… 103

　　　　３. １. ２　地球引力场对卫星姿态的影响…………………………… 109

　　３.２　地磁场………………………………………………………………… 113

　　　　３. ２. １　地磁场模型…………………………………………………… 113

　　　　３. ２. ２　地磁场对航天器的影响…………………………………… 116

　　　　３. ２. ３　地磁场在航天器姿态测量和控制方面的应用…………… 118

　　　　３. ２. ４　减少航天器剩磁矩的控制方法…………………………… 124

　　３. ３　地球大气……………………………………………………………… 125

　　　　３. ３. １　标准大气……………………………………………………… 126

　　　　３. ３. ２　地球大气对航天器飞行轨道的影响……………………… 127

　　　　３. ３. ３　地球大气对航天器姿态的影响…………………………… 131

　　３. ４　电离层环境…………………………………………………………… 132

　　　　３. ４. １　电离层及其对航天任务的影响…………………………… 132

　　　　３. ４. ２　短波电磁波在航天任务中的应用猜想…………………… 136

第４章　星务小微卫星概述……………………………………………………… 139

　　４. １　星务小微卫星的体系结构…………………………………………… 141

　　　　４. １. １　星务小微卫星的硬件体系结构…………………………… 141

　　　　４. １. ２　星务小微卫星的软件体系结构…………………………… 145

　　４. ２　星务小微卫星的元技术……………………………………………… 147

　　　　４. ２. １　内嵌式技术…………………………………………………… 147

　　　　４. ２. ２　封装技术……………………………………………………… 155

　　　　４. ２. ３　网络技术……………………………………………………… 157

　　　　４. ２. ４　虚拟化技术…………………………………………………… 158

　　　　４. ２. ５　核心芯片技术……………………………………………… 161

　　４. ３　星务小微卫星组成之一：星务系统……………………………… 161

　　　　４. ３. １　星务系统的定义…………………………………………… 161

　　　　４. ３. ２　星务系统的基本设计思想………………………………… 163

　　　　４. ３. ３　星务系统的发展阶段……………………………………… 165

　　　　４. ３. ４　星务系统的组成…………………………………………… 170

　　　　４. ３. ５　星务系统的功能…………………………………………… 172

　　　　４. ３. ６　星务系统的技术特点……………………………………… 174

　　　　４. ３. ７　星务系统的标准文件……………………………………… 179

　　４. ４　星务小微卫星组成之二：星体系统……………………………… 185

　　　　４. ４. １　星体系统的定义…………………………………………… 185

　　　　４. ４. ２　星体系统的基本组成……………………………………… 186

　　４. ５　星务小微卫星组成之三：载荷系统……………………………… 192

　　　　４. ５. １　载荷设备的总体架构……………………………………… 193

　　　　４. ５. ２　光学遥感卫星的载荷系统………………………………… 198

第５章　星务小卫星的制造技术和软件定义方法…………………………… 201

　　５. １　引言…………………………………………………………………… 202

　　５. ２　星务小卫星（ＸＷＳａｔ） ……………………………………………… 206

　　　　５. ２. １　概述…………………………………………………………… 208

　　　　５. ２. ２　基于星务的新型小卫星（ＸＷＳａｔ）的架构……………… 214

　　　　５. ２. ３　ＸＷＳａｔ的技术特点………………………………………… 218

　　　　５. ２. ４　ＸＷＳａｔ的关键技术方法…………………………………… 225

　　　　５. ２. ５　ＸＷＳａｔ的生产过程………………………………………… 229

　　５. ３　即插即用卫星与星务小卫星的对比……………………………… 230

　　　　５. ３. １　主要目的基本相似：快…………………………………… 230

　　　　５. ３. ２　制造的技术路线不同……………………………………… 231

　　　　５. ３. ３　基本组成结构相同：计算机系统＋网络………………… 232

　　　　５. ３. ４　集成生产的基本元素（硬件）来源不同………………… 232

　　　　５. ３. ５　星上基本元素（硬件）的架构基本相同：

设备本体＋计算机系统…………………………………… 233

　　　　５. ３. ６　软件生产方式不同………………………………………… 233

　　　　５. ３. ７　星上网的类型不同………………………………………… 235

　　　　５. ３. ８　星上网运行管理原则基本相同：发布／订阅模型……… 235

　　５. ４　星务小卫星的软件定义方法………………………………………… 236

　　　　５. ４. １　软件无线电的硬件架构…………………………………… 236

　　　　５. ４. ２　软件定义卫星的硬件架构………………………………… 243

　　　　５. ４. ３　星务小卫星（ＸＷＳａｔ）的软件定义方法………………… 245

　　５. ５　小结…………………………………………………………………… 247

第６章　虚拟（软件）化测控管技术………………………………………… 249

　　６. １　虚拟遥测分系统及其技术…………………………………………… 252

　　　　６. １. １　小卫星星务系统的遥测技术……………………………… 252

　　　　６. １. ２　统一遥测……………………………………………………… 257

　　　　６. １. ３　可控遥测……………………………………………………… 267

　　　　６. １. ４　虚拟遥测分系统…………………………………………… 269

　　　　６. １. ５　顶层标准文件之三：遥测数据格式约定………………… 272

　　６. ２　虚拟遥控分系统及其技术…………………………………………… 277

　　　　６. ２. １　遥控分系统的组成………………………………………… 277

　　　　６. ２. ２　ＰＣＭ遥控…………………………………………………… 280

　　　　６. ２. ３　分包遥控和统一遥控……………………………………… 294

　　　　６. ２. ４　虚拟遥控系统……………………………………………… 306

　　　　６. ２. ５　顶层标准文件之四：遥控数据格式约定………………… 307

　　６. ３　虚拟程控技术………………………………………………………… 314

　　　　６. ３. １　虚拟程控分系统及其技术………………………………… 314

　　　　６. ３. ２　卫星自主管理……………………………………………… 336

　　　　６. ３. ３　全星运行架构与工作流管理……………………………… 350

第７章　虚拟姿控分系统及其技术…………………………………………… 353

　　７. １　概述…………………………………………………………………… 354

　　７. ２　姿态确定工作从姿控过程中分离出来…………………………… 356

　　　　７. ２. １　单周期顺序流程姿态控制………………………………… 357

　　　　７. ２. ２　快慢双周期姿控并行工作流程…………………………… 358

　　７. ３　网络姿态控制系统…………………………………………………… 362

　　　　７. ３. １　虚拟姿控分系统的架构及其软件可定义方法…………… 362

　　　　７. ３. ２　网络姿控系统的组成和关键问题………………………… 366

　　　　７. ３. ３　ＴＥＣＡＮ协议………………………………………………… 369

　　　　７.. ３.. ４　ＴＥＣＡＮ协议调度算法及其在小卫星姿态控制

中的应用……………………………………………………… 372

　　７. ４　卫星姿态的逻辑控制………………………………………………… 380

　　　　７. ４. １　从姿态控制的推力器系统谈起…………………………… 381

　　　　７. ４. ２　卫星姿态的逻辑控制方法………………………………… 389

　　７. ５　小结…………………………………………………………………… 401

第８章　电源管理………………………………………………………………… 403

　　８. １　概述…………………………………………………………………… 404

　　　　８. １. １　电源分系统的组成和性能提升的方向…………………… 404

　　　　８. １. ２　工作原理和发展…………………………………………… 406

　　８. ２　数字分流调节器……………………………………………………… 409

　　　　８. ２. １　传统卫星电源的分流调节器……………………………… 409

　　　　８. ２. ２　数字分流调节器的组成…………………………………… 413

　　　　８. ２. ３　数字分流调节器的工作原理……………………………… 415

　　　　８. ２. ４　三余度信号表决器的功能………………………………… 415

　　　　８. ２. ５　数字分流调节器的好处…………………………………… 417

　　８. ３　自主充放电管理的蓄电池模块……………………………………… 417

　　　　８. ３. １　概述…………………………………………………………… 417

　　　　８. ３. ２　双向ＤＣ／ＤＣ变换器………………………………………… 419

　　　　８. ３. ３　蓄电池控制管理器………………………………………… 432

　　８. ４　太阳电池阵的两个极值跟踪问题…………………………………… 438

　　　　８. ４. １　问题的提出…………………………………………………… 438

　　　　８. ４. ２　自寻优峰值功率跟踪……………………………………… 443

　　　　８. ４. ３　太阳电池阵对日跟踪……………………………………… 456

　　８. ５　蓄电池的过充过放电保护、蓄电池充电的安时控制和

锂离子电池组的均匀充电控制……………………………………… 464

　　　　８. ５. １　蓄电池的过充过放电保护………………………………… 464

　　　　８. ５. ２　蓄电池充电的安时控制…………………………………… 465

　　　　８. ５. ３　锂离子电池组的均匀充电控制…………………………… 466

　　８. ６　带管理总线的电源母线技术………………………………………… 468

　　　　８. ６. １　问题的提出…………………………………………………… 468

　　　　８. ６. ２　带电源管理的星上电网实现技术………………………… 472

　　　　８. ６. ３　电源母线管理执行单元：ＭＥＵｐ ………………………… 474

　　８. ７　分布式电源系统……………………………………………………… 478

　　　　８. ７. １　问题的提出…………………………………………………… 478

　　　　８. ７. ２　光热发电系统……………………………………………… 479

　　　　８. ７. ３　废热发电系统……………………………………………… 480

参考文献…………………………………………………………………………… 481

索　引……………………………………………………………………………… 489

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作者简介

李孝同研究员，小微卫星总体设计专家，任职于中科院卫星设计院、中国空间技术研究院总体部、东方红卫星公司等科研院所。首次提出小卫星星务管理系统的概念，并在我国**颗现代小卫星上建立统一的信息系统；在多颗卫星的电源系统、测试设备、星务系统等设备工作中获得多项国防科工委科技进步奖。施思寒航天东方红卫星有限公司研究员,先后在公司总体设计部、研发中心、科学与技术试验项目办等部门工作,参加小微卫星的总体设计工作。主持开发了“希望一号”“希望二号”“珠海一号”等卫星的研制工作。在预研、星务系统方面获得多次国防科工委的奖项。李捷工程师，任职于航天五院总体部，参加过各种卫星、飞船、火星着陆车的设备试验工作，先后攻克离心状态下瞬态冲击信号采集、产品供油/供气等关键技术，完成多项特殊试验任务，在国内离心试验领域处于领先地位。

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