第1章 绪论 1
1.1航天器系统工程的定义 3
1.2航天器系统工程的发展 6
1.3航天工程系统 10
1.4航天器系统 12
1.5航天器系统设计的概念 16
1.5.1系统设计思维的基本观念 16
1.5.2航天器系统设计的内涵 21
1.5.3航天器系统设计的基本原则 23
1.6航天器系统设计的特殊要求 25
第2章 航天器系统设计方法及流程 29
2.1航天器系统设计方法 30
2.1.1系统设计程序 30
2.1.2系统设计通用框架 35
2.2航天器系统研制阶段 37
2.3航天器系统通用设计流程 40
2.3.1概念性论证阶段流程 40
2.3.2方案设计阶段流程 44
2.3.3初样研制阶段流程 49
2.3.4正样研制阶段流程 55
2.4航天器总体设计标准体系 60
2.5航天器总体设计工具软件体系 62
第3章 航天器环境影响分析 64
3.1航天器地面环境及影响 65
3.1.1地面自然环境 65
3.1.2地面制造环境 66
3.1.3地面操作环境 66
3.1.4地面贮存环境 66
3.1.5地面运输环境 67
3.2航天器发射环境及影响 69
3.2.1发射过程中的力学环境 69
3.2.2发射过程中其他环境 71
3.3航天器在轨运行环境及影响 73
3.3.1在轨空间环境 73
3.3.2在轨热环境 85
3.3.3在轨力学环境 87
3.4航天器空间环境效应及防护设计 93
3.4.1空间环境影响 93
3.4.2空间带电粒子的辐射效应 94
3.4.3大气与真空环境防护设计要求 97
3.4.4太阳紫外辐射防护设计要求 97
3.4.5带电粒子辐射防护设计要求 98
第4章 航天器轨道设计基础 104
4.1任务空间几何分析 105
4.1.1球面三角基础知识 105
4.1.2地面站跟踪弧段计算 106
4.1.3光照条件计算 108
4.1.4发射窗口分析 111
4.2轨道动力学基础 114
4.2.1二体问题 114
4.2.2轨道摄动 116
4.2.3轨道机动 118
4.2.4多体问题 119
4.3绕地运行轨道设计 124
4.3.1航天器轨道的分类 124
4.3.2单航天器常用轨道设计 125
4.3.3星座设计 127
4.4深空探测轨道设计 131
4.4.1深空探测轨道设计过程 131
4.4.2月球探测轨道设计 132
4.4.3行星探测轨道设计 133
4.5轨道控制与保持 137
4.5.1单航天器轨道控制与保持 137
4.5.2星座站位保持 144
4.5.3碰撞规避 145
4.5.4离轨控制 146
4.6推进剂预算 148
4.6.1轨道机动速度分析 148
4.6.2推进剂预算分析 150
第5章 航天器系统任务分析 153
5.1航天任务的特点和基本分析方法 154
5.1.1航天任务的分类及目标 154
5.1.2航天任务分析的基本方法 156
5.1.3航天任务设计的约束 158
5.2航天器系统任务的分析流程 161
5.2.1航天器系统任务的分析流程及内容 161
5.2.2典型对地遥感航天器系统任务分析示例 170
5.3方案的初步设想 173
5.3.1航天任务轨道的初步选择 173
5.3.2有效载荷的初步设想 174
5.3.3平台分系统的初步设想 175
5.4总体性能指标的分析和综合 182
第6章 航天器系统方案设计 185
6.1任务剖面分析 186
6.2系统总体设计 188
6.2.1航天器能源流总体设计 188
6.2.2航天器信息流总体设计 191
6.2.3电磁兼容总体设计 201
6.2.4好用易用性设计 204
6.2.5航天器通用质量特性设计 207
6.3分系统总体设计 213
6.3.1控制分系统 213
6.3.2推进分系统 216
6.3.3测控分系统 218
6.3.4热控分系统 223
6.3.5电源分系统 226
6.4单机总体设计 235
6.4.1设计与建造规范 235
6.4.2接口数据单设计 237
6.4.3接口控制文件设计 239
6.5飞行程序设计 240
6.5.1飞行程序相关定义 240
6.5.2约束条件与支撑条件 241
6.5.3飞行程序编制原则及内容 242
6.5.4测控条件分析 243
6.5.5飞行程序编制过程 243
第7章 航天器外部系统接口设计及验证 245
7.1与运载火箭的接口设计及验证 246
7.1.1运载火箭概况 246
7.1.2与运载火箭的接口设计 247
7.1.3与运载火箭的接口验证 253
7.2与测控系统的接口设计及验证 254
7.2.1测控系统概况 254
7.2.2测控大系统的接口设计 256
7.2.3测控大系统的接口验证 257
7.3与地面接收系统的接口设计及验证 259
7.3.1地面接收系统概况 259
7.3.2星地微波链路的接口设计 260
7.3.3星地微波链路的接口验证 261
7.3.4星地激光链路的接口设计 261
7.3.5星地激光链路的接口验证 262
7.4与发射场的接口设计及验证 264
7.4.1发射场系统概况 264
7.4.2与发射场的接口设计 265
7.4.3与发射场的接口验证 266
第8章 航天器构形及总装设计 267
8.1任务和要求 269
8.1.1设计任务 269
8.1.2构形及总装设计的作用 271
8.1.3构形设计的要求 271
8.2构形设计准则和设计内容 276
8.2.1构形设计准则 276
8.2.2构形设计内容 277
8.3布局设计准则和设计内容 288
8.3.1布局设计准则 288
8.3.2布局设计内容 290
8.4接口设计 294
8.4.1与运载火箭的接口设计 294
8.4.2与载荷的接口设计 295
8.4.3与平台的接口设计 297
8.5构形和布局分析 300
8.5.1大系统相容性分析 300
8.5.2任务适应性分析 302
8.6总装设计准则与总装方案设计 308
8.6.1总装设计准则 308
8.6.2总装方案设计 309
8.7总装设计内容 311
8.7.1总装安装设计 311
8.7.2精度测量设计 319
8.7.3地面机械支持设备设计 321
8.7.4总装技术流程设计 323
8.8总装测试与验证 327
8.8.1管路系统检漏 327
8.8.2总装精度测试 329
8.8.3质量特性测试及配平 330
第9章 航天器动力学分析 332
9.1柔性航天器耦合动力学分析 334
9.1.1柔性航天器耦合动力学分析的目的及流程 334
9.1.2柔性航天器耦合动力学建模方法 336
9.1.3柔性航天器动力学方程模型降阶方法 339
9.2充液航天器液体晃动分析 342
9.2.1充液航天器液体晃动分析的目的及流程 342
9.2.2充液航天器液体晃动分析方法 343
9.3空间机构多体动力学分析 348
9.3.1空间机构多体动力学分析的目的及流程 348
9.3.2单链空间机构多体动力学分析方法 350
9.4航天器羽流效应分析 354
9.4.1羽流效应分析的目的及流程 354
9.4.2羽流效应分析方法 355
9.4.3羽流效应分析过程 356
9.5航天器微振动分析与评估 361
9.5.1航天器微振动分析的目的及流程 361
9.5.2微振动分析建模方法 362
9.5.3微振动性能评估方法 371
第10章 航天器可靠性设计 374
10.1可靠性设计与分析 376
10.1.1可靠性基本理论 376
10.1.2可靠性要求与分配 378
10.1.3可靠性建模与预计 383
10.1.4裕度设计 386
10.1.5降额设计 387
10.1.6容错设计 388
10.1.7故障模式及影响分析 390
10.1.8故障树分析 392
10.1.9事件树分析 396
10.1.10概率风险评价 399
10.1.11潜在电路分析 403
10.1.12最坏情况分析 406
10.1.13中断分析 408
10.1.14可靠性数学仿真方法 410
10.1.15可靠性评估 413
10.2安全性设计与分析 417
10.2.1航天器产品通用安全性设计方法 418
10.2.2危险源识别及危险分析方法 422
10.2.3安全性验证与评价 424
10.3维修性设计与分析 427
10.3.1概述 427
10.3.2硬件产品维修性设计准则 428
10.3.3在轨可维护性设计 435
10.4测试性设计与分析 437
10.4.1固有测试性设计 437
10.4.2故障诊断策略设计 438
10.4.3嵌入式诊断设计 439
10.5保障性设计与规划 441
10.5.1保障性设计 441
10.5.2保障规划 442
第11章 航天器系统试验及验证 444
11.1航天器系统验证方法及与分析的联系 446
11.1.1试验验证的方法 446
11.1.2分析与试验验证的关系 447
11.2一般航天器试验验证要求 448
11.3试验矩阵设计 451
11.3.1航天器系统鉴定试验矩阵设计 451
11.3.2分系统鉴定试验矩阵设计 456
11.3.3组件鉴定试验矩阵设计 458
11.3.4航天器系统验收试验 464
11.3.5分系统验收试验 465
11.3.6组件验收试验 467
11.4结构设计试验验证 469
11.4.1结构设计验证方法 469
11.4.2结构静强度的验证 471
11.4.3结构动力特性的验证 474
11.5热设计试验验证 480
11.5.1热设计验证方法 480
11.5.2真空热试验 481
11.6电性能试验验证 484
11.6.1电性能测试的任务及目的 484
11.6.2电性能测试试验 485
11.7 EMC试验验证 490
11.7.1单机设备EMC试验验证 490
11.7.2系统级EMC试验验证 492
11.8磁试验验证 494
11.8.1磁试验目的 494
11.8.2磁试验测试方法 495
11.8.3航天器磁补偿 495
第12章 航天器系统数字化设计及研制 497
12.1数字化设计技术 499
12.1.1数字样机技术 499
12.1.2基于模型的定义技术 500
12.1.3多学科设计优化技术 501
12.1.4产品全生命周期管理技术 502
12.2航天器数字化研制模式 503
12.2.1航天器数字化研制模式的特点 503
12.2.2航天器系统数字化设计的重点 505
12.2.3航天器总体—结构—热控协同设计模式 511
12.2.4航天器设计—工艺协同模式 512
12.3基于模型的航天器三维协同设计 515
12.3.1航天器三维设计的发展历程 515
12.3.2航天器三维模型的分类与构建通用要求 516
12.3.3航天器的总体—结构—热控三维协同设计 518
12.3.4面向制造总装的三维模型构建 522
12.4基于单机接口数据的航天器协同设计 524
12.4.1 IDS的作用及演化 524
12.4.2 IDS在热控设计中的应用 526
12.4.3 IDS在电缆网设计中的应用 526
12.4.4 IDS在测控信息流设计中的应用 527
12.5基于模型的多学科设计优化 529
12.5.1 MB- MDO的内涵 530
12.5.2基于MB- MDO的航天器研制过程 530
12.5.3 MB- MDO的主要研究内容 531
12.5.4支撑MB- MDO的工具软件 533
12.6航天器全生命周期数据管理与技术状态管理 534
12.6.1航天器型号全生命周期数据管理 534
12.6.2基于PLM的航天器技术状态管理技术 539
12.6.3基于AVIDM的航天器型号全生命周期数据管理 541
12.7航天器协同设计环境 545
12.7.1航天器协同设计环境与并行工程方法 545
12.7.2航天器协同设计环境的基本要素 546
12.7.3航天器协同设计环境的应用 548
12.8航天器数字化研制发展与展望 552
12.8.1前沿数字化技术应用 552
12.8.2基于模型的系统工程 554
12.8.3基于模型的企业 555
第13章 航天器系统的发展及展望 557
参考文献 560
索引 567