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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