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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飞行程序设计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可靠性数学仿真方法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