薛梦轩-卫星工程概论(上)

航天技术
又称空间技术，是指为航天活动提供技术手段
和保障条件的综合性工程技术。
空间应用
是指利用航天技术及其开发的空间资源在国民经济、 国防建设、文化教育和科学研究等领域的各种应用 技术的统称。 是指地球大气层以外的可为人类开发和利用的各种环
空间资源
境、能源与物质资源，如空间高远位置、高真空、超
低温、强辐射、微重力等。
信息基准类有效载荷 这类有效载荷用于提供空间基 准信息和时间基准信息的各种 仪器、设备和系统，主要包括 无线电信标机、原子钟等。
卫星工程概论
卫星的组成系统
卫星平台是由保障系统组成的、可支持一种 或几种有效载荷的组 合体。保障系统是指为有效载荷正常工作提供支持、控制、指令和管 理保障服务的各分系统的总称，由以下九部分组成。
某一项卫星的研制任务或建设项目。 由于卫星自身工作和技术的特殊性，使得卫星工程具有一些 显著的特点。卫星工程特点主要反映在： 设计特点、试验特点、制造特点、管理特点四个方面。
卫星工程概论
我国卫星工程的成就
我国卫星研制工作始于20世纪50年代末期。经过40多年的艰苦努力，在物质技术基础薄弱的条件下，取 得了一系列重大成就。1970年4月，我国发射了第一颗人造卫星“东方红一号”，截止2003年底，中国研制并 发射成功了57颗不同类型的人造卫星，目前，我国已经初步形成了6个不同类型的人造卫星。
卫星空间科学应用系统
卫星工程概论
人造卫星分类与应用
航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器两大类，和具体分类如图所示：
航天器
无人航天器
载人航天器
人 造 地 球 卫 星
科 学 卫 星 技 术 试 验 卫 星 应 用 卫 星 月 球 探 测 器
空 间 探 测 器
空 间 站
载 人 飞 船 卫 星 载 人 飞 船 登 月 载 人 飞 船
卫星方案设想、协调卫星总体设计的约束条件、进行关键技术分析，病初步制定卫星研制技术流程。 用户任务要求一般包括：任务定义、使用技术指标、经费预算（招标时不提供）与研制周期，对任务初步分析步骤如下：
5 1
结构与机构分系统
推进分系统
卫星平台
6 2
热控制分系统
测控分系统
7 3
电源分系统
数据管理分系统
8
总体电路分系统
4
姿态与轨道控制分系统
9
返回分系统
卫星工程概论
卫星和卫星工程特点
人造卫星本身具有很多工作和技术特点，主要表现在： 运动方式、环境条件、长寿命高可靠、自动化程度、技术密集、
系统整体性等方面。 卫星工程是研制和管理人造卫星的综合型工程技术，也是指
影响微弱
没有影响
没有影响
流星体
有低碰撞概率
有低碰撞概率
有低碰撞概率
有低碰撞概率
地球空间环境特征及其对航天器的影响
空间环境对航天器的影响
表2 空间环境对航天器影响（上）
温度 通讯测控 计算机软件错误 充电 化学损伤 地 球 引 力 场 高 层 大 气 原 地 银 太 子 磁 河 阳 氧 场 宇 宇 宙 宙 线 线 地 电 球 离 辐 层 射 带 磁 层 等 离 子 体 流 星 体 空 间 碎 片 太 阳 电 测 辐 射 地 球 反 射 地 气 反 射
2 太阳扰动向地球空间的传播过程
太阳活动通过电磁辐射、等离子体和高能带电粒子三个途径影响地球空间 3 空间环境监测 监测是空间环境预报最基础的工作
4 空间环境预报
空间环境预报的方法有两种：第一种是以经验和统计关系为基 础的预报方法；另一种是以扰动发生和传播的物理过程，而且 需要及时观测到这些扰动现象。
3 完成卫星总体详细设计（包含总 装设计、总体电路设计、电性能得 失和环境模拟试验要求）。
2 将卫星系统功能和性能参数分解 到各个分系统中，经过分析和协 调保证各种功能的物理的和程序 的接口兼容，最终完成总体方案。
4 提出产品保证要求，完成可靠性、
可用性、安全性、电磁兼容性及软
件等保证大纲及规范。
卫星总体设计
3 生产阶段，在选用元器件 和材料时必须考虑它们的空 间环境的承受。
6 发生异常和故障阶段，此时需 要实时的环境数据以判断或排除 空间环境诱发的可能性。
地球空间环境特征及其对航天器的影响
空间环境预报与监测
1 空间环境变化规律： 在太阳活动的影响下，地球空间环
境会发生剧烈的扰动，目前变化按
时间可分为：11年变化、27天变 化、突发性变化
卫星工程概论
航天与卫星工程
卫星应用的技术功能要通过卫星应用系统实现。卫星应用系统一 般由人造卫星和地面应用系统及其有关系统或设备组成。主要包括以 下几部分：
1
卫星通信系统
5
卫星导航（定位）系统
卫星应用系统
2
卫星气象观测（遥感）系统
6 3
卫星资源勘测（遥感）系统
卫星侦查系统
7 4
卫星海洋观测（遥感）系统
地球空间环境特征及其对航天器的影响
航天器研制对空间环境的需求
航天器在不同研制阶段，对空间环境的考虑因素也各有侧重
1 可行性阶段，在该阶段空 间环境影响的考虑对总体方 案学则和决策有重要做作用
4 发射阶段，空间环境的变 化是很剧烈的。
2 方案设计阶段，空间环境参 数是航天器设计的重要依据。
5 运行阶段，航天器在轨道 上运行时，需要对空间环境 进行实时监测。
表1 四种轨道上各种环境参数对航天器的影响（下）
环境条件
低轨道 100—1000km
中轨道 1000—10000km
地球同步轨道 36000km
行星际 飞行轨道
太阳电磁 辐射
对表面材料性能 有影响
对表面材料性能 有影响
对表面材料性能 有影响
对表面材料性能 有影响
地球大气 反照和射 出辐射
对航天器辐射 收支有影响
环境条件
低轨道 100—1000km
中轨道 1000—10000km
地球同步轨道 36000km
行星际 飞行轨道
中性大气
阻力对轨道影响严 重，原子氧对表面 腐蚀严重
影响通信， 电源泄漏 辐射带南大西洋异 常区和高纬度地区 宇宙线诱发单粒子 事件 磁力矩对姿态影响 严重，磁场可做姿 态测量参考系
没有影响
卫星工程概论（上）
汇报人：薛梦轩
目录
卫星工程 概论
空间环境 影响
卫星总体 设计
卫星轨道 概论
目录
卫星有效 载荷
卫星结构 机构
卫星热力 控制
姿态轨道 控制
卫星工程概论
Generality of Satellite Engineer
1
卫星工程概论
航天与卫星工程
航天是指进入、探索、开发和利用太空（即地球大气层以 外的宇宙空间，又称外层空间）以及地球以外天体的各种活动 的总称，包括航天技术、空间应用、空间科学三大部分。
科学探测和实验类有效载荷 这类有效载荷用于探测空间环 境、观测天体和空间科学实验 的各种仪器、设备、系统以及 实验生物、各类实验件等。
信息获取类有效载荷 这类有效载荷用于对地观测的 各类遥感器，例如可见光照相 机、多光谱照相机、多频段扫 描仪、微波辐射计等。
信息传输类有效载荷
这类有效载荷用于中继无线电 动信息的仪器、设备和系统， 主要包括各种通信转发器和通 信天线。
1
航天器
4
航天测控网
航天系统
2
航天运输系统
5
3
航Байду номын сангаас发射场
应用系统组成的完成
特定航天任务的工程系统
卫星工程概论
航天与卫星工程
卫星应用是指利用卫星技术及其开发的空间资源在国民经济、国防建设、文化建设和科学研究等领域的
各种应用技术的统称，主要包括以下四个部分。
卫星通信
卫星遥感
卫星导航（定位）
卫星空间科学应用
卫星总体设计的基本任务和设计原则
卫星总体设计的基本原则
1 满足用户需求的原则
4 卫星研制阶段性原则
2 系统整体性原则
5 创新性和继承性原则
3 系统层次性原则
6 效益型原则
卫星总体设计
卫星总体设计的基本任务和设计原则
卫星总体设计的特点和要求
1 空间环境适应性 1）需适应热真空和辐照环境 2）要修正太阳、月亮和地球 非球形产生的摄动 3）其他空间环境 2 大系统中各组成系统的约束 1）运载火箭的约束 2）地面测船站的约束 3）发射场的约束 4）地面应用系统的约束 3 卫星高可靠和高安全性 1）要满足工作寿命下的高可
返回式遥感卫星系列
包括三种不同类型的近地轨道返回式 卫星，至今发射和回收了18颗卫星。
“实践”科学探测与技术试验卫星
该系列卫星形成实践较长，共包括6 颗卫星，1999年5月发射的“实践五 号”是该系列最新的一颗卫星。
东方红通信广播卫星系列
包括三种不同类型的静止轨道通信卫 星，至今共发射了10颗，为很多部门 提供服务，社会经济效益十分明显。
航 天 飞 机
行星 和行 星际 探测 器
卫星工程概论
人造卫星分类与应用
人造地球卫星是指环绕地球运行（至少一周）的无人航天器， 是发射数量最多用、途最广的航天器，其种类繁多，分类方法各 异，若按用途分，可分为科学卫星、技术试验卫星、应用卫星三
大类。
科学卫星
是用于科学探测和研究的人造卫星，主要包括
空间物理探测卫星、天文卫星、微重力科学实 验卫星等。
“资源”地球资源卫星系列
包括两种不同类型的传输型遥感卫星， 至今共发射了4颗，其主要技术指标 已达到国际水平。
“风云”气象卫星系列
包括两类气象卫星，至今共发射了9 颗。气象卫星的业务化应用在天气预 报和气象研究方面发挥了重要作用。