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第1章 概论 1

1.1 卫星通信与通信卫星 1

1.1.1 卫星通信 1

1.1.2 卫星通信的特点 4

1.1.3 通信卫星 5

1.2 通信卫星发展概况 6

1.2.1 通信卫星发展历程 6

1.2.2 典型通信卫星 8

1.3 通信卫星技术发展 12

1.3.1 技术发展现状 12

1.3.2 技术发展趋势 15

1.4 通信卫星工程 17

1.4.1 通信卫星工程与通信卫星工程系统 17

1.4.2 通信卫星工程的内涵与阶段 18

1.4.3 通信卫星工程的特点 21

1.5 我国通信卫星工程发展及展望 22

参考文献 24

第2章 空间环境及影响 25

2.1 概述 25

2.2 太阳及其活动 26

2.2.1 太阳简介 26

2.2.2 太阳电磁辐射 28

2.2.3 太阳风 28

2.2.4 太阳活动 29

2.3 地球空间环境 32

2.3.1 引力场与微重力 32

2.3.2 真空 33

2.3.3 球大气层 33

2.3.4 电离层 33

2.3.5 地球空间磁场与磁层 34

2.4 地球静止轨道空间环境 36

2.4.1 地球辐射带 37

2.4.2 太阳宇宙线 40

2.4.3 银河宇宙线 44

2.5 空间环境对通信卫星的影响 46

2.5.1 对轨道的影响 47

2.5.2 对姿态的影响 48

2.5.3 对结构和材料的影响 48

2.5.4 对电磁波传播的影响 50

2.6 空间辐射环境对通信卫星的影响 51

2.6.1 总剂量效应 52

2.6.2 位移损伤效应 53

2.6.3 单粒子效应 53

2.6.4 表面充／放电效应 54

2.6.5 内带电效应 55

2.7 空间环境防护设计 56

参考文献 57

第3章 通信卫星总体设计 58

3.1 概述 58

3.1.1 通信卫星总体设计原则和要求 58

3.1.2 通信卫星总体设计阶段 60

3.1.3 通信卫星总体设计技术 62

3.2 通信卫星任务分析 64

3.2.1 通信卫星任务需求及总体性能指标分析 64

3.2.2 通信卫星轨道设计分析 66

3.2.3 大系统接口分析 66

3.2.4 通信卫星总体参数分配 68

3.3 通信卫星有效载荷设计 76

3.3.1 通信卫星有效载荷设计内容 76

3.3.2 通信卫星有效载荷指标分析 77

3.3.3 通信卫星天线设计 79

3.3.4 通信卫星转发器设计 80

3.4 通信卫星平台设计 82

3.4.1 通信卫星平台组成 82

3.4.2 通信卫星平台选型 82

3.4.3 通信卫星平台设计要求 84

3.5 通信卫星构型及布局设计 86

3.5.1 卫星构型设计 86

3.5.2 卫星布局设计 89

3.6 通信卫星总体性能分析及优化 92

3.6.1 通信卫星总体性能分析 92

3.6.2 卫星总体优化设计 96

3.7 通信卫星研制技术流程 100

3.8 通信卫星总体设计技术发展趋势 101

参考文献 104

第4章 通信卫星轨道设计 105

4.1 概述 105

4.2 卫星轨道力学 108

4.2.1 坐标系及时间系统 108

4.2.2 二体问题及轨道根数 110

4.2.3 轨道摄动 112

4.2.4 轨道摄动计算方法 115

4.2.5 各类摄动的主要影响及应用 116

4.2.6 轨道控制 122

4.3 静止轨道通信卫星轨道设计 123

4.3.1 静止轨道特点 123

4.3.2 变轨设计 125

4.3.3 发射窗口 129

4.3.4 地球静止轨道位置保持 133

4.3.5 地影、月影与日凌现象 138

4.3.6 弃置轨道设计 139

4.4 静止轨道双星共位 142

4.4.1 共位的基本方法 142

4.4.2 双星共位轨道控制方法 146

第5章 通信卫星转发器分系统 149

5.1 概述 149

5.1.1 转发器的原理及分类 149

5.1.2 转发器的组成 150

5.2 通信卫星转发器技术 152

5.2.1 功率放大技术 152

5.2.2 输出多工技术 152

5.2.3 星上处理技术 153

5.2.4 转发器主要技术特性 154

5.3 通信卫星转发器分系统设计 158

5.3.1 设计要求 158

5.3.2 设计原则 160

5.3.3 设计流程 160

5.3.4 设计内容 162

5.4 通信卫星转发器分系统测试与试验 174

5.4.1 目的与原则 174

5.4.2 转发器分系统测试流程 175

5.4.3 测试设施和设备 177

5.4.4 测试方法 178

5.5 通信卫星转发器技术发展趋势 180

参考文献 183

第6章 通信卫星天线分系统 184

6.1 概述 184

6.1.1 天线的分类 184

6.1.2 天线的组成 184

6.2 通信卫星天线技术 186

6.2.1 辐射场 186

6.2.2 天线功率传输 188

6.2.3 天线主要参数 189

6.2.4 抛物面天线 192

6.2.5 天线测试原理 195

6.3 通信卫星天线分系统设计 198

6.3.1 设计要求 198

6.3.2 设计原则 199

6.3.3 设计流程 200

6.3.4 设计内容 201

6.4 通信卫星天线分系统测试与试验 211

6.4.1 天线测试组装 212

6.4.2 天线测试 212

6.5 通信卫星天线技术发展趋势 215

参考文献 218

第7章 通信卫星捕获跟踪分系统 219

7.1 概述 219

7.2 捕获跟踪技术 220

7.2.1 程序跟踪技术 220

7.2.2 目标捕获技术 220

7.2.3 自动跟踪技术 221

7.3 捕获跟踪分系统设计 227

7.3.1 设计要求 227

7.3.2 设计方法 228

7.3.3 单机设计 235

7.4 捕获跟踪分系统测试及试验 237

7.4.1 系统联试 238

7.4.2 天线展开与驱动试验 240

7.4.3 整星状态下分系统测试与试验 241

7.4.4 在轨状态下相位与角度标校及测试 245

7.5 技术发展趋势 249

参考文献 250

第8章 通信卫星结构分系统 251

8.1 概述 251

8.2 通信卫星结构设计技术 252

8.2.1 强度校核与设计技术 252

8.2.2 结构优化设计技术 255

8.2.3 复合材料结构设计技术 256

8.2.4 模态计算方法 257

8.3 通信卫星结构设计 258

8.3.1 设计要求 258

8.3.2 设计原则 259

8.3.3 结构设计一般流程 259

8.3.4 结构构型设计 261

8.3.5 结构部件设计 262

8.3.6 结构连接设计 265

8.3.7 结构装配设计 267

8.4 通信卫星结构力学分析 268

8.4.1 结构力学分析一般流程 268

8.4.2 静力分析 270

8.4.3 模态分析 272

8.4.4 动态响应分析 274

8.5 通信卫星结构试验 276

8.5.1 结构试验一般分类 276

8.5.2 静力试验 278

8.5.3 振动试验 279

8.5.4 声试验 281

8.6 机械太阳翼 281

8.6.1 太阳翼组成 282

8.6.2 太阳翼技术 282

8.6.3 太阳翼设计 284

8.6.4 太阳翼设计分析 295

8.6.5 太阳翼试验 298

8.7 通信卫星结构技术发展趋势 300

8.7.1 通信卫星本体结构技术发展趋势 301

8.7.2 通信卫星太阳翼技术发展趋势 301

参考文献 303

第9章 通信卫星热控分系统 304

9.1 概述 304

9.2 卫星热控制技术与产品 305

9.2.1 热控制技术 306

9.2.2 热控产品 307

9.3 通信卫星热设计 311

9.3.1 热设计基本原则 311

9.3.2 任务分析 311

9.3.3 通信卫星热设计特点 313

9.3.4 热设计 313

9.4 热分析 323

9.4.1 热分析目的 323

9.4.2 热分析数学模型 323

9.4.3 建模方法 324

9.4.4 参数选取 325

9.4.5 分析工具 326

9.4.6 模型修正 327

9.5 热平衡试验 327

9.5.1 试验目的 327

9.5.2 试验方法 327

9.5.3 试验设备 328

9.5.4 试验技术状态 329

9.5.5 试验工况 330

9.5.6 试验程序 330

9.6 热设计验证优化 330

9.6.1 热平衡试验技术优化——取消热控星 330

9.6.2 热分析技术优化 332

9.7 通信卫星热控技术发展趋势 333

9.7.1 基于环路热管的可展开式辐射器 333

9.7.2 单相流体回路 335

参考文献 337

第10章 通信卫星姿态与轨道控制分系统 338

10.1 概述 338

10.1.1 通信卫星姿态控制的概念和任务 338

10.1.2 轨道控制的概念和任务 340

10.1.3 通信卫星控制分系统的组成和控制方式 342

10.2 通信卫星姿态确定与控制技术 344

10.2.1 姿态确定技术 345

10.2.2 姿态控制技术 356

10.3 通信卫星轨道确定与控制技术 366

10.3.1 轨道确定技术 366

10.3.2 轨道控制技术 371

10.4 通信卫星控制分系统设计 378

10.4.1 设计要求和原则 378

10.4.2 任务分析 379

10.4.3 控制方案设计 382

10.4.4 技术实现设计 392

10.5 通信卫星控制分系统测试与试验 400

10.5.1 单机测试与试验 400

10.5.2 分系统测试与试验 401

10.5.3 整星总装、集成与测试阶段控制分系统的测试及试验 406

10.6 通信卫星控制分系统技术发展趋势 406

参考文献 408

第11章 通信卫星推进分系统 409

11.1 概述 409

11.1.1 推进分系统的定义与功能 409

11.1.2 推进分系统的特点 409

11.1.3 推进分系统的组成 410

11.2 通信卫星推进技术 411

11.2.1 通信卫星推进技术的发展 411

11.2.2 通信卫星双组元推进技术 413

11.2.3 通信卫星典型推进系统 416

11.3 通信卫星推进分系统设计 421

11.3.1 推进分系统设计要求 421

11.3.2 推进分系统设计流程 422

11.3.3 推进分系统性能与参数设计 424

11.3.4 推进分系统配置和工作过程 427

11.3.5 可靠性、安全性设计 429

11.3.6 推进分系统与其他系统接口设计 431

11.3.7 推进分系统主要部件 433

11.4 通信卫星推进分系统总装、测试与试验 447

11.4.1 推进分系统总装 447

11.4.2 推进分系统测试和试验 449

11.4.3 推进分系统地面专项试验 453

11.5 通信卫星推进分系统技术发展趋势 456

参考文献 459

第12章 通信卫星供配电分系统 461

12.1 概述 461

12.1.1 定义和功能 461

12.1.2 组成和工作原理 461

12.2 通信卫星供配电技术 462

12.2.1 发电技术 463

12.2.2 储能技术 468

12.2.3 电源控制技术 473

12.2.4 电源变换技术 477

12.2.5 配电技术 478

12.2.6 低频电缆网设计技术 478

12.3 通信卫星供配电分系统设计 480

12.3.1 设计要求 480

12.3.2 设计原则 482

12.3.3 供配电分系统设计 482

12.3.4 一次电源子系统设计 490

12.3.5 总体电路子系统设计 497

12.4 通信卫星供配电分系统试验及测试 500

12.4.1 单机试验及测试 500

12.4.2 一次电源子系统联试 501

12.4.3 供配电分系统试验及测试 502

12.4.4 可靠性试验 503

12.5 通信卫星供配电技术发展趋势 505

12.5.1 发电技术发展趋势 505

12.5.2 储能技术发展趋势 506

12.5.3 全自主电源控制和管理技术发展趋势 506

12.5.4 综合电子技术发展趋势 507

参考文献 508

第13章 通信卫星测控分系统 509

13.1 概述 509

13.1.1 测控的定义 509

13.1.2 星地测控系统 509

13.1.3 星地测控工作内容 509

13.1.4 通信卫星星地测控的特点 512

13.2 通信卫星测控技术 512

13.2.1 测控技术基础 513

13.2.2 测控信道 515

13.2.3 测控天线 520

13.2.4 多普勒频移 522

13.2.5 遥测技术 523

13.2.6 遥控技术 525

13.2.7 测距技术 526

13.2.8 测控安全 527

13.3 通信卫星测控分系统设计 527

13.3.1 设计要求 527

13.3.2 设计原则 528

13.3.3 设计内容 529

13.4 通信卫星测控分系统测试与试验 540

13.4.1 目的和原则 540

13.4.2 单机测试与试验 540

13.4.3 分系统测试 542

13.4.4 系统测试 543

13.4.5 大系统接口测试 543

13.5 通信卫星测控技术发展趋势 543

13.5.1 测控频率逐步提高 543

13.5.2 积极研究和采用空间数据系统咨询委员会在轨系统体系标准 544

13.5.3 提高测控分系统的保密和抗干扰能力 544

13.5.4 测控基带处理与星务系统日趋融合 544

13.5.5 测控射频功能与通信载荷数据传输的一体化 544

参考文献 546

第14章 通信卫星数据管理分系统 547

14.1 概述 547

14.2 通信卫星数据管理技术 548

14.2.1 星载计算机技术 548

14.2.2 嵌入式实时多任务操作系统技术 549

14.2.3 总线技术 550

14.2.4 自主故障诊断、隔离与恢复技术 551

14.3 通信卫星数据管理分系统设计 552

14.3.1 设计要求 552

14.3.2 设计原则 553

14.3.3 设计方案 555

14.3.4 硬件设计 556

14.3.5 软件设计 560

14.3.6 接口设计 563

14.4 通信卫星数据管理分系统测试与试验 566

14.4.1 验证试验 566

14.4.2 单机测试与试验 567

14.4.3 软件测试 567

14.4.4 分系统联试 568

14.4.5 分系统间联试 569

14.4.6 系统测试 569

14.5 通信卫星数据管理技术发展趋势 570

14.5.1 高级在轨系统 570

14.5.2 综合电子系统 570

14.5.3 片上系统 570

参考文献 572

第15章 通信卫星可靠性和安全性 573

15.1 概述 573

15.2 通信卫星可靠性设计分析流程 573

15.3 可靠性建模、预计与分配 576

15.3.1 可靠性建模 576

15.3.2 可靠性预计 578

15.3.3 可靠性分配 579

15.4 通信卫星可靠性设计 580

15.4.1 冗余设计 581

15.4.2 裕度设计 584

15.4.3 降额设计 586

15.4.4 热设计 589

15.4.5 空间环境防护设计 590

15.4.6 静电放电防护设计 592

15.4.7 电磁兼容性设计 595

15.4.8 抗力学环境设计 597

15.5 通信卫星可靠性分析 599

15.5.1 故障模式及影响分析 599

15.5.2 故障树分析 605

15.5.3 潜在电路分析 609

15.5.4 最坏情况电路分析 612

15.6 通信卫星安全性设计 614

15.6.1 危险源识别 615

15.6.2 危险分析 616

15.6.3 安全性设计与控制 618

15.6.4 安全性验证 619

参考文献 622

第16章 通信卫星的总装、测试与试验 623

16.1 概述 623

16.2 通信卫星总装 623

16.2.1 总装设计 623

16.2.2 总装实施 631

16.3 通信卫星电性能测试 635

16.3.1 测试要求 635

16.3.2 测试方案和设备 637

16.3.3 测试内容 641

16.3.4 测试注意事项 643

16.4 通信卫星环境试验 645

16.4.1 卫星全生命周期环境 645

16.4.2 环境试验的分类 646

16.4.3 环境试验流程 647

16.4.4 电磁环境试验 647

16.4.5 力学环境试验 648

16.4.6 热环境试验 651

16.5 通信卫星总装、测试与试验技术发展趋势 652

16.5.1 通信卫星总装技术发展趋势 652

16.5.2 通信卫星电性能测试技术发展趋势 653

16.5.3 通信卫星环境试验技术发展趋势 654

参考文献 655

第17章 通信卫星的发射、在轨测试和运行管理 656

17.1 概述 656

17.2 通信卫星的发射前准备 657

17.2.1 运输 657

17.2.2 技术区工作 658

17.2.3 发射区工作 659

17.3 卫星发射飞行控制 660

17.3.1 主动段推进管路排气 661

17.3.2 星箭分离时卫星姿态捕获 661

17.3.3 太阳翼展开 662

17.3.4 天线展开 662

17.3.5 地影参数及地敏状态设置 662

17.3.6 变轨 663

17.3.7 定点位置捕获 665

17.3.8 卫星工作状态设置 665

17.4 通信卫星在轨测试 665

17.4.1 平台在轨测试内容及方法 666

17.4.2 通信有效载荷在轨测试内容及方法 669

17.5 通信卫星的运行管理 676

17.5.1 概述 676

17.5.2 卫星平台管理 677

17.5.3 有效载荷的管理 680

17.5.4 异常处理要求 680

参考文献 683

第18章 通信卫星项目管理 684

18.1 概述 684

18.2 项目和项目管理 685

18.2.1 项目的定义与特性 685

18.2.2 项目管理的定义与特性 686

18.3 通信卫星项目管理 686

18.3.1 通信卫星项目管理知识体系 686

18.3.2 通信卫星项目管理方法和工具 688

18.4 通信卫星项目管理实践 690

18.4.1 项目范围管理 690

18.4.2 项目进度管理 694

18.4.3 项目费用管理 699

18.4.4 项目产品保证管理 700

18.4.5 项目人力资源管理 703

18.4.6 项目采购管理 708

18.4.7 项目信息沟通管理 710

18.4.8 项目风险管理 713

18.4.9 项目集成管理 721

18.5 商业通信卫星项目专项管理 723

18.5.1 国际商业卫星市场管理 723

18.5.2 商业卫星保险技术支持管理 724

18.5.3 商业卫星客户关系管理 727

18.5.4 商业卫星客户培训管理 729

参考文献 732

附录一 通信卫星频率和轨位资源简述 733

附录二 全球卫星在轨情况统计信息 736

附录三 全球近年发射的地球静止轨道通信卫星统计 738

附录四 国际主流大型通信卫星平台型谱表 745