商业航天工程导论

目录


第1章商业航天概述1

1.1概念与范畴1

1.1.1定义1

1.1.2业务与场景3

1.1.3特点4

1.1.4国内外发展历程7

1.2发展模式9

1.2.1国外商业航天的发展模式10

1.2.2国内商业航天发展模式23

1.2.3发展模式的创新28

1.2.4与互联网的跨界融合31

1.3发展规律33

1.3.1商业卫星发射模式33

1.3.2商业卫星与星座34

1.3.3商业卫星应用38

1.3.4商业航天产业分析40

1.4发展趋势41

参考文献43
第2章卫星工程系统44

2.1运载火箭45

2.1.1火箭的分类46

2.1.2运载火箭组成46

2.1.3运载火箭结构48

2.1.4火箭发动机49

2.1.5飞行程序49

2.1.6国内外典型运载火箭50

2.2航天发射场69

2.2.1发射场的组成70

2.2.2国内航天发射场70

2.2.3国外著名的航天发射场74

2.3航天测控网76

2.3.1航天测控网的类型76

2.3.2航天测控网的组成76

2.3.3航天测控网的功能77

2.3.4测控网的结构及特点79

2.3.5测控系统频段划分标准82

2.3.6我国航天测控网的发展83

2.4三大卫星应用系统84

2.4.1通信卫星应用系统84

2.4.2导航卫星应用系统91

2.4.3遥感卫星应用系统92

参考文献99
第3章商业卫星系统总体设计100

3.1卫星总体设计概述100

3.1.1系统工程101

3.1.2总体设计任务107

3.2商业卫星总体方案设计117

3.2.1面向任务的需求分析117

3.2.2总体方案初步设想120

3.2.3分系统指标126

3.2.4卫星总体方案综合和确定134

3.2.5研制技术流程制定139

3.3国内外典型商业卫星平台141

3.3.1国外典型商业卫星平台141

3.3.2国内典型商业卫星平台147

参考文献150
第4章轨道与星座设计152

4.1轨道设计152

4.1.1卫星轨道参数与分类152

4.1.2轨道高度的选择157

4.1.3轨道倾角的选择158

4.1.4降交点地方时选择161

4.1.5升交点赤经确定162

4.2星座设计方法162

4.2.1常用星座构型164

4.2.2星座设计方法166

4.3星座覆盖性能分析176

4.3.1覆盖性能指标176

4.3.2星座覆盖计算177

4.4星间链路178

4.4.1星间链路组成及分类179

4.4.2星间链路距离约束179

4.4.3星间链路角度约束180

4.5星座优化设计183

4.5.1星座性能及一般统计方法184

4.5.2设计目标与约束185

4.5.3多目标优化模型186

4.5.4优化算法187

参考文献190
第5章卫星有效载荷192

5.1通信载荷192

5.1.1星间链路193

5.1.2高效数传载荷199

5.1.3物联通信载荷203

5.1.4空间高速路由载荷210

5.2导航载荷217

5.2.1星载原子钟220

5.2.2任务数据注入接收机223

5.2.3导航任务数据单元224

5.2.4星上阵列发射天线226

5.3遥感载荷227

5.3.1遥感载荷的分类227

5.3.2光学成像载荷229

5.3.3成像雷达234

5.3.4微波辐射计244

5.4星载天线245

5.4.1概述245

5.4.2卫星多波束天线248

5.4.3卫星相控阵天线260

5.4.4微小卫星天线271

参考文献275
第6章卫星综合电子系统277

6.1概述277

6.1.1定义277

6.1.2基本架构277

6.1.3组成及功能279

6.2硬件设计280

6.2.1处理器模块设计280

6.2.2遥测采集模块设计284

6.2.3指令模块设计287

6.2.4通信模块设计288

6.2.5驱动模块设计293

6.2.6导航接收模块设计294

6.3软件设计296

6.3.1星务软件功能296

6.3.2典型星务软件架构297

6.3.3星务软件实时操作系统298

6.3.4星务软件可复用性设计302

6.3.5星务软件在轨重构设计303

6.3.6星务软件测试306

6.3.7星务软件数字仿真测试307

6.4卫星综合电子系统新技术310

6.4.1开源星务软件框架310

6.4.2Linux在航天项目中的应用312

6.4.3软件定义卫星313

参考文献316
第7章结构机构与热控分系统317

7.1结构分系统317

7.1.1卫星构型和接口设计317

7.1.2卫星结构材料选用324

7.1.3卫星结构设计分析326

7.1.4卫星结构设计验证334

7.2机构分系统337

7.2.1卫星机构功能337

7.2.2卫星机构设计特点338

7.2.3卫星机构分类339

7.2.4典型卫星机构341

7.3热控分系统350

7.3.1热控系统设计要求351

7.3.2常用热控产品353

7.3.3热控系统设计356

7.3.4热仿真分析358

7.3.5热控新技术及展望367

参考文献368
第8章能源分系统369

8.1组成及功能369

8.1.1太阳电池阵369

8.1.2锂离子蓄电池组372

8.1.3电源控制配电器375

8.2能源系统结构381

8.2.1直接供电方式381

8.2.2峰值功率跟踪方式386

8.2.3DET与MPPT方式的比较386

8.3能源分系统设计关键要素388

8.3.1能量平衡分析计算388

8.3.2能源系统在轨管理策略390

8.3.3能源系统小型化、一体化设计392

8.3.4成本与可靠性间的平衡394

8.4新技术发展趋势395

8.4.1智能供配电技术395

8.4.2分布式功率网络395

8.4.3薄膜太阳电池395

参考文献397
第9章姿轨控分系统398

9.1组成与任务398

9.1.1系统组成398

9.1.2轨道控制任务407

9.1.3姿态控制任务408

9.2系统控制特性414

9.2.1系统设计与实现414

9.2.2姿态控制能力417

9.2.3轨道控制能力424

9.3姿态稳定与控制算法429

9.3.1重力梯度稳定430

9.3.2双自旋稳定432

9.3.3三轴稳定434

9.4新技术发展趋势441

参考文献442
第10章测控馈电一体化系统443

10.1测控馈电一体化系统组成443

10.2测控馈电一体化系统设计要素443

10.2.1系统工作模式的设计443

10.2.2频率的选择444

10.2.3通信体制选择444

10.2.4无线收发通道的设计454

10.2.5指标体系455

10.2.6天线设计457

10.3测控馈电一体化系统的工程实现459

10.3.1方案论证459

10.3.2星地链路工程设计461

10.3.3系统方案设计465

10.3.4可靠性设计470

10.4测控馈电一体化系统典型接口470

10.4.1OC门遥控接口471

10.4.2模拟量遥测采集接口471

10.4.3RS422接口473

10.4.4高速数据接口473

10.4.5低速数据接口476

10.5试验与测试479

10.5.1分系统级试验479

10.5.2整星级试验479

10.5.3大系统间接口对接试验479

10.6测控馈电一体系统典型方案480

10.6.1总体方案概述480

10.6.2硬件方案设计481

10.6.3通信协议设计484

10.7发展趋势486

10.7.1软件无线电技术486

10.7.2超高速通信技术488

参考文献491
第11章地面测运控一体化系统492

11.1概述492

11.2系统组成与功能493

11.2.1测运控一体化系统组成493

11.2.2卫星系统控制中心494

11.2.3地球站分系统500

11.2.4支撑网络分系统509

11.2.5地球站选址512

11.2.6链路预算513

11.3鸽群（Dove）星座测运控系统介绍516

11.3.1Dove星座地面测运控系统517

11.3.2Dove星座测运控链路517

11.3.3Dove星座自动化运行管理519

11.3.4星座保持的测运控521

11.4商业航天测运控一体化发展与应用前景521

参考文献523
第12章商业卫星总装、测试与试验524

12.1卫星总装524

12.1.1卫星总装目标524

12.1.2卫星总装内容524

12.1.3卫星总装流程530

12.1.4总装技术的发展531

12.2电测试534

12.2.1电测试目的与技术流程534

12.2.2装星前电测535

12.2.3装星后电测535

12.2.4测运控对接试验539

12.3电磁兼容试验539

12.3.1EMI试验539

12.3.2EMS试验540

12.3.3系统级试验541

12.4力学试验547

12.4.1振动试验547

12.4.2噪声试验551

12.5热环境试验552

12.5.1热平衡试验552

12.5.2热真空试验561

12.5.3老炼562

参考文献564
第13章商业卫星对火箭的要求565

13.1商业卫星对火箭的技术要求565

13.1.1运载能力565

13.1.2发射窗口566

13.1.3星箭机械接口567

13.1.4卫星整流罩568

13.1.5电性能接口及电磁兼容性568

13.1.6力学载荷和环境条件569

13.1.7安全和防止污染570

13.2商业火箭的成本与回收570

13.2.1可回收火箭技术570

13.2.2“一箭多星”火箭设计573

13.2.3发射成本分析575

13.3国内外典型商业卫星运载火箭575

13.3.1国外典型商业卫星运载火箭575

13.3.2国内典型商业卫星运载火箭580

参考文献597
第14章可靠性设计与分析598

14.1可靠性建模、预计及指标分配598

14.1.1系统可靠性模型598

14.1.2系统可靠性预计603

14.1.3系统可靠性指标分配604

14.2元器件降额设计608

14.2.1降额等级608

14.2.2降额工作程序609

14.2.3各类元器件降额设计609

14.3冗余设计610

14.3.1冗余设计方法611

14.3.2冗余设计实施要求613

14.4抗力学环境设计与分析614

14.4.1基本概念614

14.4.2力学环境分析615

14.4.3抗力学环境设计618

14.4.4抗力学环境设计分析624

14.4.5设计校核计算626

14.5热设计628

14.5.1元器件选择629

14.5.2元器件的布局和安装629

14.5.3印制板热设计631

14.5.4机箱的热设计632

14.5.5热分析632

14.5.6热试验验证633

14.5.7航天器常用热控材料和部件633

14.6电磁兼容设计634

14.6.1整星电磁兼容设计635

14.6.2星上设备（分系统）电磁兼容性设计638

14.7静电防护设计641

14.7.1静电防护基本原则641

14.7.2静电防护设计具体要求642

参考文献647
第15章商业航天的芯片需求648

15.1芯片的发展现状和趋势648

15.2航天芯片需求650

15.2.1航天芯片的基本需求650

15.2.2商业航天芯片需求651

15.2.3商业航天芯片应用实例651

15.2.4应用风险分析659

15.3商业航天芯片应用保障660

15.3.1芯片应用需求分析660

15.3.2选用和采购660

15.3.3筛选661

15.3.4应用控制663

参考文献667
第16章商业卫星应用平台设计668

16.1卫星应用平台概述668

16.1.1卫星应用平台发展现状668

16.1.2卫星应用平台发展趋势669

16.1.3卫星应用平台面临的挑战与机遇672

16.2卫星应用平台总体设计原则673

16.2.1建设原则673

16.2.2设计原则674

16.3卫星应用平台总体设计方法678

16.3.1常用平台架构678

16.3.2平台组成部分684

16.3.3平台功能特性690

16.3.4平台性能设计694

16.4卫星应用平台展望706

16.4.1云原生带来的变革706

16.4.2边缘计算的新视野708

16.4.3区块链与卫星的碰撞709

参考文献711
第17章商业卫星应用714

17.1通信应用714

17.1.1卫星通信业务714

17.1.2卫星通信应用区域715

17.1.3卫星通信应用场景729

17.1.4典型商业通信卫星应用案例742

17.2导航应用758

17.2.1卫星导航定位应用算法758

17.2.2高精度测量769

17.2.3卫星导航应用场景与案例773

17.3遥感应用783

17.3.1卫星遥感数据源784

17.3.2卫星遥感数据处理技术789

17.3.3卫星遥感应用场景与案例798

17.4商业卫星应用的发展趋势811

17.4.1卫星通信与应用的发展趋势811

17.4.2卫星导航与应用的发展趋势812

17.4.3卫星遥感与应用的发展趋势814

参考文献817
第18章工程风险分析与控制820

18.1工程风险因素820

18.1.1政策与法律风险820

18.1.2市场风险821

18.1.3技术风险823

18.2工程风险分析827

18.2.1工程研制风险分析827

18.2.2风险评估829

18.3工程风险控制829

18.3.1风险控制措施829

18.3.2风险转移830

18.3.3财务风险控制832

18.4航天保险836

18.4.1保险种类836

18.4.2航天保险商业模式837

18.4.3保险除外责任839

参考文献840