卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计第课件.ppt

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1、2023/1/12第第 1 页页二、卫星设计及其一般过程2023/1/12第第 2 页页飞行器现代设计方法飞行器现代设计方法 卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程2.1 卫星及卫星设计2.2 卫星的设计要求2.3 卫星设计的约束要求2.4 卫星设计的一般程序2023/1/12第第 3 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计 卫卫星星：进进入入并并适适应应外外层层空空间间环环境境，能能在在这这种种特特殊殊环环境境下下完完全全自自动动化化运运行行和和工工作作，以以服服务务于于地地上人类的特定需求的一类工程技术的人造物体。上人类的特定需求的一类工程技术的人造物

2、体。2023/1/12第第 4 页页 卫卫星星是是一一种种工工程程产产品品，因因此此具具有有一一般般工工程程产产品的特性：品的特性：系统整体性质、系统层次性质系统整体性质、系统层次性质。卫卫星星又又是是一一种种天天上上的的产产品品，因因此此又又具具有有其其极极强强的的个个性性：对对特特殊殊环环境境的的适适应应性性、高高度度自自动动化化性性、高风险性高风险性及及不可维修性不可维修性。卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 5 页页 系统的整体性系统的整体性 “整体大于它的各部分的总和整体大于它的各部分的总和”贝塔朗菲贝塔朗菲 应应将将卫卫星星

3、整整体体性性质质和和功功能能的的求求得得和和卫卫星星整整体体的优化自始至终列为设计工作的首要目标。的优化自始至终列为设计工作的首要目标。避避免免脱脱离离整整体体功功能能和和整整体体优优化化原原则则，避避免免把把局局部部当当整整体体，突突出出局局部部和和以以局局部部优优化化来来取取代代整整体体优化。优化。卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 6 页页 系统的层次性系统的层次性 卫卫星星设设计计师师首首先先应应该该清清楚楚他他们们所所承承担担的的项项目目位位于于哪哪一一个个层层次次，并并且且要要做做到到工工作作确确实实“到到位位”：要把所设计

4、的项目放在它应该位于的层次上；要把所设计的项目放在它应该位于的层次上；要把所设计的项目置于它所在层次的恰当位置。要把所设计的项目置于它所在层次的恰当位置。实际工作中，会出现如下两种错误：实际工作中，会出现如下两种错误：不重视系统层次到位，对上一层次不清楚；不重视系统层次到位，对上一层次不清楚；工工作作“错错位位”，做做非非本本层层次次或或非非本本位位置置上上的的工工作作卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 7 页页 对特殊环境的适应性对特殊环境的适应性 对运载器环境的适应性对运载器环境的适应性 卫卫星星从从发发射射到到在在轨轨运运行行所所

5、面面临临的的有有运运载载器器环环境境和和外外层空间环境，还有返回过程的环境。层空间环境，还有返回过程的环境。运运载载器器为为卫卫星星提提供供合合适适的的装装载载空空间间和和条条件件；运运载载器器飞行产生震动、过载、冲击、热、电磁干扰等飞行产生震动、过载、冲击、热、电磁干扰等 对外层空间的适应性对外层空间的适应性 自然环境、诱导环境和人为环境等自然环境、诱导环境和人为环境等 对返回环境的适应性对返回环境的适应性 力学环境、热环境和电离环境等力学环境、热环境和电离环境等卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 8 页页 高度自动化性高度自动化性

6、卫卫星星在在其其工工作作寿寿命命期期间间，根根据据设设计计的的程程序序和和地地面面遥遥控控指指令令，自自动动地地运运行行和和实实现现其其信信息息获获取取、处处理理、存储和传输等任务。存储和传输等任务。卫卫星星在在远远离离地地面面的的空空间间轨轨道道上上运运行行和和工工作作，它它与与地地面面上上的的同同层层次次的的系系统统卫卫星星测测控控系系统统和和应应用用系统之间进行联系。系统之间进行联系。卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 9 页页 高风险性高风险性 卫卫星星的的高高风风险险性性一一是是体体现现在在发发射射过过程程中中的的高高风风险险

7、性性，其其二二是是卫卫星星自自身身带带有有一一定定量量的的危危险险品品，包包括括爆炸螺栓、推进系统等。爆炸螺栓、推进系统等。卫卫星星是是“一一次次性性”使使用用产产品品，要要求求卫卫星星设设计计时时使使其其工工作作寿寿命命期期间间的的失失效效概概率率设设计计到到最最小小，不不致致发发生整星失效的事件。生整星失效的事件。不可维修性不可维修性卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 10 页页 卫卫星星设设计计是是指指设设计计人人员员应应用用航航天天动动力力学学、结结构构力力学学、工工程程热热物物理理、工工程程控控制制论论、电电子子技技术术、计计

8、算算机机技技术术、推推进进技技术术等等学学科科知知识识通通过过分分析析综综合合和和创创造造思思维维，将将设设计计要要求求转转化化为为一一组组能能完完整整描描述述卫卫星星的的参参数的过程。数的过程。卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 11 页页 卫卫星星设设计计具具有有一一般般工工程程项项目目设设计计的的特特点点：顺序性顺序性和和创造性创造性。卫卫星星设设计计具具有有不不同同于于一一般般工工程程项项目目设设计计的特点：的特点：（1 1）由运载器有效载荷引发的设计特点由运载器有效载荷引发的设计特点（2 2）适应外层空间环境引发出的设计特点适

9、应外层空间环境引发出的设计特点（3 3）由特殊一次使用性引发的设计特点由特殊一次使用性引发的设计特点（4 4）由单件生产引发的设计特点由单件生产引发的设计特点卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星及卫星设计卫星及卫星设计2023/1/12第第 12 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星的设计要求卫星的设计要求 卫卫星星设设计计要要求求是是卫卫星星总总体体设设计计的的依依据据，它它是是通通过过分分析析、计计算算、综综合合、权权衡衡卫卫星星与与其其外外部部环环境境之之间间的的相相互关系和作用而得到的。互关系和作用而得到的。2023/1/12第第 13 页页卫星设计及其一般过程

10、卫星设计及其一般过程 卫星的设计要求卫星的设计要求 设设计计卫卫星星需需要要达达到到一一定定的的目目的的，同同时时又又要要受受到到现现实实条条件的制约。件的制约。卫卫星星设设计计遵遵循循“先先高高后后低低、先先外外后后内内”原原则则，因因此此技技术要求也有层次性。术要求也有层次性。2023/1/12第第 14 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星的设计要求卫星的设计要求 卫卫星星设设计计要要求求可可分分为为目目标标性性设设计计要要求求和和约约束束性性设设计要求计要求2023/1/12第第 15 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的约束要求卫星设计的约束要求 内

11、内部部约约束束条条件件：卫卫星星的的功功能能基基线线，如如规规定定的的轨轨道道类类型型、卫卫星星的的轨轨道道高高度度、卫卫星星的的重重量量、有有效效载载荷荷对对卫卫星星的的特特性性要要求求(指指向向精精度度、控控制制方方式式、电电源源功功率率等等)以以及及各各种种技技术术接接口口，这这类类约约束束条条件件可可以以说说是是一一种种内内部部约约束条件，是必须要达到的目标。束条件，是必须要达到的目标。外外部部约约束束条条件件：如如运运载载火火箭箭、发发射射场场、地地面面测测控控系系统统和和地地面面应应用用系系统统以以及及卫卫星星研研制制的的周周期期和和费费用用。这这些些约约束束条条件件不不是是卫卫星

12、星本本身身，而而是是卫卫星星系系统统外外部部的的接接口口特特性性和和使使用用部部门门提提出出的的要要求求。卫卫星星设设计计时时，这这类类约约束束条件也必须得到满足，且必须协调一致。条件也必须得到满足，且必须协调一致。2023/1/12第第 16 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序 卫卫星星型型号号的的全全任任务务周周期期2023/1/12第第 17 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序 卫卫星星的的外外部部设设计计，也也称称为为外外部部环环境境设设计计是是卫卫星星设计程序的第一步，要进行如下工作：设计

13、程序的第一步，要进行如下工作：(1)(1)明明确确卫卫星星在在其其外外部部工工程程环环境境所所构构成成的的整整体体中中所所处处的的地地位位，明明确确卫卫星星与与这这个个整整体体及及其其中中的的统统计计系统之间的关系；系统之间的关系；(2)(2)明明确确卫卫星星面面临临的的技技术术、经经济济和和人人力力的的支支持持和限制条件；和限制条件；(3)(3)明明确确卫卫星星储储运运、发发射射、运运行行和和返返回回过过程程中中的人工的和自然的环境。的人工的和自然的环境。2023/1/12第第 18 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序 卫星概要设计卫星概要设计

14、 目目的的是是发发现现和和确确定定新新的的航航天天需需求求，提提出出卫卫星星系系统统及卫星应用的新概念，分析可能的技术实现途径。及卫星应用的新概念，分析可能的技术实现途径。研研究究内内容容包包括括：卫卫星星系系统统及及应应用用新新概概念念研研究究，进进行行概概念念设设计计、任任务务分分析析、工工程程系系统统组组成成、任任务务运运行行研研究、系统关键技术、费用效益与风险分析等。究、系统关键技术、费用效益与风险分析等。2023/1/12第第 19 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序立体测绘卫星立体测绘卫星2023/1/12第第 20 页页卫星设计及其

15、一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序同轨立体成像示意图同轨立体成像示意图2023/1/12第第 21 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序异轨立体成像示意图异轨立体成像示意图2023/1/12第第 22 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序双星编队立体成像双星编队立体成像2023/1/12第第 23 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序卫星通用设计程序的流程卫星通用设计程序的流程2023/1/12第第 24 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程 卫星设计的一般程序卫星设计的一般程序