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 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 可靠性教学仿真方法 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