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