卫星结构设计与分析(上)--李建辉共50页
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卫星工程概论上PPT课件
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2.4 航天器研制对空间环境的需求
1、可行性阶段 2、方案设计阶段 3、生产阶段 4、发射阶段 5、运行阶段
对总体方案选择和决策 空间环境因数是航天器设计的重要因数 选择合适元器件 选择空间环境稳定期 监视空间环境变化
6、发生异常及故障阶段 及时收集分析环境数据以判定或排除
2.5 空间环境预报与监测
析
卫星轨道类型和选择 约束条件确定 提出总体方案设想 关键技术分析
卫星研制 技术流程 初步制定
3.3 卫星可行性总体方案论证
方案分析和综合
分系统组成、论证实现卫星技术的途 径、卫星构型初步设计
卫星与卫星工程 接口
不同分系统与大系统接口协调
卫星总体性能指 标分析
明确指标内容及分析方法论
方案优选
满足条件下选择合理方案
变轨策略
4.4 几种常用轨道
太阳同步轨道
常 回归轨道 用 轨 冻结轨道 道
地球静止轨道
4.5 轨道确定
初轨确定概况 利用少量测量数据计算轨道根数，必 须具备三个地理位置时间点
利用卡尔曼滤波的轨道改进方法 用大量观测数据来优化轨道，最常用 的为最小二乘法和卡尔曼滤波方法
4.5 轨道确定
第五章 卫星有效载荷 5.1 概述 5.2 通信微信有效载荷 5.3 地球卫星有效载荷 5.4 气象卫星有效载荷 5.5 海洋卫星有效载荷 5.6 导航卫星有效载荷 5.7 侦查微信有效载荷 5.8 科学卫星有效载荷
对轨道的影响 对姿态的影响
高层大气、电离气体、太阳辐射、日月 摄动、地球非球形
地球磁场、高层大气阻力矩负三次方影 响
对材料表面的影响
机构和化学损伤
高能带电粒子 充电效应
对温度的影响 单粒子事件
2.4 航天器研制对空间环境的需求
1、可行性阶段 2、方案设计阶段 3、生产阶段 4、发射阶段 5、运行阶段
对总体方案选择和决策 空间环境因数是航天器设计的重要因数 选择合适元器件 选择空间环境稳定期 监视空间环境变化
6、发生异常及故障阶段 及时收集分析环境数据以判定或排除
2.5 空间环境预报与监测
析
卫星轨道类型和选择 约束条件确定 提出总体方案设想 关键技术分析
卫星研制 技术流程 初步制定
3.3 卫星可行性总体方案论证
方案分析和综合
分系统组成、论证实现卫星技术的途 径、卫星构型初步设计
卫星与卫星工程 接口
不同分系统与大系统接口协调
卫星总体性能指 标分析
明确指标内容及分析方法论
方案优选
满足条件下选择合理方案
变轨策略
4.4 几种常用轨道
太阳同步轨道
常 回归轨道 用 轨 冻结轨道 道
地球静止轨道
4.5 轨道确定
初轨确定概况 利用少量测量数据计算轨道根数，必 须具备三个地理位置时间点
利用卡尔曼滤波的轨道改进方法 用大量观测数据来优化轨道，最常用 的为最小二乘法和卡尔曼滤波方法
4.5 轨道确定
第五章 卫星有效载荷 5.1 概述 5.2 通信微信有效载荷 5.3 地球卫星有效载荷 5.4 气象卫星有效载荷 5.5 海洋卫星有效载荷 5.6 导航卫星有效载荷 5.7 侦查微信有效载荷 5.8 科学卫星有效载荷
对轨道的影响 对姿态的影响
高层大气、电离气体、太阳辐射、日月 摄动、地球非球形
地球磁场、高层大气阻力矩负三次方影 响
对材料表面的影响
机构和化学损伤
高能带电粒子 充电效应
对温度的影响 单粒子事件
GPS卫星模拟器的结构及其现状应用研究
；
图 １ Ｇ Ｓ卫星信号模拟器的基本组成 结构 Ｐ
成来看 ，大多数采用 了如图 １
；
；
嬲 痧
Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ｅ ｓ＆ Ｓｙ ｔ ｍ ｓｅ
系 统
所 示 计 算 机 外 加 独 立 仪 器 机 箱 的 结 构 ， 有 交 互 具
式 的图形界面 ， 允许用户对仿真中所用 的各种参
Ｓｉ ｇｎａｌＰｒ ｏｃｅｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔ ｓ ｅｍ
星檬
枸
及其ｔｌ 应用研究 ｜ｌ ／ ￣
摘要 ：Ｇ Ｓ 信号 模拟器作为一种高精度的测试设备 ，功能强大 ，广泛应用于多个领如航空 、航天 、核工 Ｐ
业 、通信等 。本文就 ＧＰ Ｓ信号 模拟 器的结 构 、现状及其应用展开讨论 ，并对其进行分析研究 。
品 ］ 。
１４０ ｆ 载频 广一 ５
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Ｃ ＡＪ 和 数 据 ／ ５ Ｉ １
三 、 ＧＳ卫 星信 号 的结 构 和 特 性 Ｐ １ Ｐ 、Ｇ Ｓ卫 星 信 号 的 结 构 Ｇ Ｓ卫 星 信 号 采用 了 Ｄ Ｓ ＋ Ｐ Ｋ 的调 制 Ｐ Ｓ Ｓ ＵＱ Ｓ
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数 据 Ｉ
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方式 ， 在两路正交载波 上分 别调制有数据码 以及
ＧＰ Ｓ信 号模拟器 的几种典型用途［】 。
卫星工程概论(上)——马佳
卫星工程概论
人造卫星的发展趋势
气象卫星 高分辨遥感器，大容 量存储器和数字化传 输 通信卫星 大功率、高频段、 长寿命和大容量
地球资源卫星 可控的高精度卫星平 台技术
02
03
04
海洋卫星 提高遥感器性能， 增加覆盖范围
01
08
发展趋势
06
07
05
导航卫星 新型星座设计，提高 导航精度，提高信号 发射率
卫星有效载荷
地球资源卫星有效载荷
●光学成像遥感器 ●多光谱类遥感器 ●高空间分辨率类遥感器 ●成像光谱类遥感器 ●合成孔径雷达 ●数据传输设备
卫星有效载荷
气象卫星有效载荷
●扫描成像仪 ●大气探测仪
卫星有效载荷
卫星有效载荷
海洋卫星有效载荷
●光学遥感器 ①海洋水色扫描仪 ②CCD成像仪 ●微波遥感器 ①雷达高度计 ②微波散射计
两个过程观念
卫星总体设计
卫星总体设计任务和原则
将用户要求转化为由若干 分系统组成的系统，并使 该系统满足用户性能要求 将卫星系统功能和参数分 解到各分系统，并保证分 系统之间的协调
系统整 体性
满足用 户需求
设计任务 提出保证要求，完成可靠 性、可用性、可维修性、 安全性等规范
效益性
设计 原则
创新性 和继承 性
在航天器发生异常和故障时，需要实时的环境数据以判定或排除空间环境又发的可能性
地球空间环境的影响
空间环境预报பைடு நூலகம்检测
1.空间变化规律 地球空间环境在太阳的影响下会发生剧 烈的扰动且具有一定的规律性 ●11年变化 ●27天变化 ●突发性变化 3.空间环境监测 4.空间环境预报
2.太阳扰动传播过程 ●电磁辐射 ●等离子体 ●高能带电粒子
卫星结构设计与分析(上)PPT学习课件
1.1 概论
卫星 结构
卫星 机构
卫
1、设计
星
机
械
2、制造
分
系
统
3、试验
1.2 卫星结构和机构功能
承受 载荷安装Βιβλιοθήκη 卫星设备结构
紧固或 链接
卫星 机构
承受或 解锁
互相分 离
提供 构型
指向规 定目标
展开位 置及形
状
1.3 卫星结构和机构设计的特点和原则
尽量减少质量
利用有限容积
设 计
突出刚性设计
特
点 适应空间环境
第三章 卫星结构设计
3.1 概述 3.2 卫星结构的工作环境 3.3 卫星结构的载荷 3.4 卫星结构的设计要求 3.5 卫星结构的设计方案 3.6 卫星结构的详细设计
3.2 卫星结构的工作环境
1、地面自然环境 2、制造 3、操作 4、储存 5、运输 6、地面试验
地面环境 发射环境
1、起飞和地面噪声 2、最大气动载荷 3、稳态飞行 4、级间分离 5、整流罩分离 6、星箭分离
特征值有序性——特征值排列
固 特征值隔离定理
2.3 复合材料力学
合材料力学是研究复合材料本身力学性质 的学科。一般为纤维增强，是一种比较特殊的 不均匀的各项异性材料。
单向材料 层合材料
1、微观复合材料
复 合
力学
材
料
力 学
2、宏观复合材料 力学
2.3 复合材料力学
层合复合材料刚度 分析
层合复合材料硬度 分析
2.1 概述
复合材 料力学
有限 元法
可靠性理论、热 力学理论等等
结构 力学
结构 优化
结构热 效应和 热变形
卫星结构设计与分析(上) ppt课件
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4.5 结构材料的应用和发展
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5.1 概述
1. 结构分析是卫星设计重要一环，也是验证设 计常用方法之一，节省研制时间和费用，还 可以指导试验。
2. 结构分析任务：对结构力学进行定量评价 3. 分析方法可分为解析解法和数值解法
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5.2 结构分析模型的建立
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5.3 结构静力分析
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5.4 结构模态分析
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5.4 结构模态分析
特征方程
复杂系统运动方程解耦过程
简支梁二阶振型变化
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5.5 结构动态响应分析
结构动态响应分的基本任务是研究结构在各类载 荷作用下的动力学特征：
1、结构频率响应分析 2、结构随机振动响应分析 3、结构噪声响应分析 4、结构瞬态响应分析 5、结构冲击响应分析
1、真空 2、热辐射 3、带电粒子辐射 4、紫外辐射 5、原子和分子粒子 6、微流星和空间碎片
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3.3 卫星结构载荷分析
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3.4 卫星结构的设计要求
基本要求
强制要求
导出要求
主要为结构件的强
度和刚度，以保证 结构稳定。
1、运载火箭系统对 卫星结构的约束
2、卫星系统对结构 的设计约束
3、任务环境对结构 和机构的设计约束
结构噪声响应分析主要依靠试验手段，理论研究还不成熟。理论研
究目前低频用有限元，高频用能量统计分析法（能量可以结合力学和声 学）。
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5.6 结构热形变及热应力分析
航天器轨道动力学与控制(上)--李建辉
2、2特殊轨道和星座
轨道名称 定义 卫星选择
太阳同步轨道（近 进动角速度与平太阳在赤 资源卫星、气象卫星、军 用卫星等 极地太阳同步轨道） 道移动的角速度相等。 回归轨道 地面轨迹经过一定时间出 用于某一地区动态观察， 现重复的轨道。 可结合其他轨道如太阳同 步 相对地面观测禁止不动， 通信、广播、气象 距离地心42164km，覆盖 地球表面40%
航天器轨道动力学与控制 （上）
汇报人：李建辉
2018年9月22日
目
录
part one
理论基础 特殊轨道与卫星星座 卫星轨道确定 轨道转移 地月飞行和星际航行 工作映射
part two
part three part four part five Part six
1、1太阳系
开普勒定律三定律：1.行星沿椭圆轨道运动，而太阳则位于椭圆轨道的二个 焦点之一。2.在相同时间内，半径向量所扫过的面积是相等的。3.二个行星绕 太阳运动的轨道的周期时间平方之比等于二个轨道与太阳的平均距离的立方 之比。
最小二乘法： 批量计算法，适合观 测数据集中处理。
广义卡尔曼滤波法： 序贯计算法，按时间 顺序对每个数据结算， 改进，可时刻中断。
3.5卫星观测
卫星观测预报是解决跟踪站如何能看到卫星的问题，根据感 测设备不同有下面三个含义： 1、高度：卫星必须在地平线至上 2、天光：光学或人眼观看，天空背景须特别黑， 3、地影：对于不发光卫星用光学设备观测还需要太阳光能 直接照射它
三个步骤
计算方法
三个理论
3.2数据的预处理和精度分析
数据处理的任务是消除观测数据中由于测量设备和环境 引起的一部分已知误差（利用已知误差模型），并消除大部 分随机误差（利用平滑方法）。从而在轨道确定和改进中选 取合适的间隔点，减少计算量。
薛梦轩-卫星结构设计与分析(下)
舱门设计： 舱门需要有一定的强度和刚 度。舱门与舱口之间，需要 密封。一般舱门采用以下几 种结构：半硬壳式结构、整 体壁板结构和蜂窝夹层结构。
壳体材料选择： 目前密封舱壳体主要选用铝 合金和钛合金。最高工作温 度不超过200℃时采用铝合 金，超过200℃采用钛合金。
舱段连接设计： 密封舱与其他舱段的连接， 有可拆式和不可拆式两种连 接方式。不可拆式常采用铆 接方式连接，可拆式常采用 螺接方式连接。
框架半结构作为卫星主城里结构
的一部分，承受着很大的载荷， 在满足一般设计要求上，还应满 足一些特殊设计要求： 1 不但具有较高的整体强度，并具
框架板式结构
分离的舱体结构形成为一个整体。 2 可作为大型设备支撑结构部件。 3 作为分离藏的接口界面。 4 作为分离的舱体在地面装配、 测试及运输的支撑界面，并承受 其中载荷舱的载荷
在卫星结构中，壳体主承力结构有两大类：一类是中心承力筒，它是一个筒形（圆柱、或圆柱与圆锥的组合）结构，位于卫星的中央，
与运载火箭对接，是卫星上主要承载的机构件；另一类是舱段壳体，结构舱段壳体是一个独立的回转形结构，舱段内的其他结构及星载设备 均在其内部进行连接和安装，其可承受卫星的全部或部分载荷。
中心承力筒结构
筒体的开口设计： 筒体开始设计中，最普遍的办 法是在开口处使用口框予以加 强。为了保证结构的可靠性， 需要进行足够的试验。
密封舱结构
Capsule Construction
4
密封舱结构
密封舱结构概述
航天器的密封舱是指为了宇航员或舱内有效载荷等仪器设备 的需要，在运行时需要维持一定压力的舱段，密封舱结构是密封 舱的主要部件。以下对密封舱结构的功能、组成及设计要求做简
3
2 1
第3章 卫星材料
12
2013年7月10日
北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
空间热环境等
通常在不采取热控措施的星体表面，温度可在 200 范围内变动，在有热控措施的星体表面可在 100，而 舱内温度在 －20~＋50范围内波动。由于受冷热交变的 环境，会对有些材料性能产生不良影响，如导致复合材料 脱层等。
导热性能；
电性能； 工艺性。
7 2013年7月10日 北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
航天材料真空放气率要求
项 目 总质量损失 （TML） 可凝集挥发物 （CVM） 恢复质量损失 （RML） 水蒸汽返回率 （WVR ） 性能要求 1% * 备注 一般有效载荷
北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
原则：避免直接集中力传递
37
2013年7月10日
北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
（1）埋件直接连接
38
2013年7月10日
北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
（2）连接角片连接
39
2013年7月10日
北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
35 2013年7月10日 北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07
横向剪切破坏： 芯子剪切强度、刚度低
芯子局部压损：
芯子压缩强度太小
面板格间凹陷：
蜂窝格子太大。
36 2013年7月10日 北京航空航天大学 飞行器设计学科
模版设计：韩 潮 2000,07