1、2023-2-5第第 1 页页2023-2-5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2023-2-5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 卫星卫星：进入并适应外层空间环境，能在这种：进入并适应外层空间环境，能在这种特殊环境下完全自动化运行和工作，以服务于地特殊环境下完全自动化运行和工作，以服务于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体。2023-2-5第第 4 页页 卫星是一种工程产品，因此具有一般工程产卫星是一种工程产品，因此具有一般工程产品的特性
2、：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。卫星又是一种天上的产品，因此又具有其极卫星又是一种天上的产品，因此又具有其极强的个性：强的个性：对特殊环境的适应性、高度自动化性、对特殊环境的适应性、高度自动化性、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2023-2-5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 应将卫星整体性质和功能的求得和卫星整体应将卫星整体性质和功能的求得和卫星整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
3、为设计工作的首要目标。避免脱离整体功能和整体优化原则，避免把避免脱离整体功能和整体优化原则，避免把局部当整体，突出局部和以局部优化来取代整体局部当整体，突出局部和以局部优化来取代整体优化。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2023-2-5第第 6 页页 系统的层次性系统的层次性 卫星设计师首先应该清楚他们所承担的项目卫星设计师首先应该清楚他们所承担的项目位于哪一个层次，并且要做到工作确实位于哪一个层次，并且要做到工作确实“到位到位”：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
4、。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；工作工作“错位错位”，做非本层次或非本位置上的工，做非本层次或非本位置上的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2023-2-5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 卫星从发射到在轨运行所面临的有运载器环境和外卫星从发射到在轨运行所面临的有运载器环境和外层空间环境，还有返回过程的环境。层空间环境，还有返回过程的环境。运
5、载器为卫星提供合适的装载空间和条件；运载器运载器为卫星提供合适的装载空间和条件；运载器飞行产生震动、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2023-2-5第第 8 页页 高度自动化性高度自动化性 卫星在其工作寿命期间，根据设计的程序和地卫星在其工作寿命期间，根据设计的程序和地面遥控指令，自动地运行和实现其
6、信息获取、处理、面遥控指令，自动地运行和实现其信息获取、处理、存储和传输等任务。存储和传输等任务。卫星在远离地面的空间轨道上运行和工作，它卫星在远离地面的空间轨道上运行和工作，它与地面上的同层次的系统与地面上的同层次的系统卫星测控系统和应用卫星测控系统和应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2023-2-5第第 9 页页 高风险性高风险性 卫星的高风险性一是体现在发射过程中的高风卫星的高风险性一是体现在发射过程中的高风险性，其二是卫星自身带有一定量的危险品，包括险性，其二是卫星自身带有一定量的危险品，包括爆炸螺栓、推进系统
7、等。爆炸螺栓、推进系统等。卫星是卫星是“一次性一次性”使用产品，要求卫星设计时使用产品，要求卫星设计时使其工作寿命期间的失效概率设计到最小，不致发使其工作寿命期间的失效概率设计到最小，不致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2023-2-5第第 10 页页 卫星设计卫星设计是指设计人员应用航天动力学、结构是指设计人员应用航天动力学、结构力学、工程热物理、工程控制论、电子技术、计算力学、工程热物理、工程控制论、电子技术、计算机技术、推进技术等学科知识通过分析综合和创造机技术、推进技术等学科知识通过分析综合
8、和创造思维，将设计要求转化为一组能完整描述卫星的参思维，将设计要求转化为一组能完整描述卫星的参数的过程。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2023-2-5第第 11 页页 卫星设计具有一般工程项目设计的特点：卫星设计具有一般工程项目设计的特点：顺序性顺序性和和创造性创造性。卫星设计具有不同于一般工程项目设计卫星设计具有不同于一般工程项目设计的特点：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
9、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2023-2-5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 卫星设计要求是卫星总体设计的依据，它是通过卫星设计要求是卫星总体设计的依据，它是通过分析、计算、综合、权衡卫星与其外部环境之间的相分析、计算、综合、权衡卫星与其外部环境之间的相互关系和作用而得到的。互关系和作用而得到的。卫星 工程系 统环境 技术经 济环境 自 然/人工环境 2023-2-5第第 13 页页卫星设计及其一般过程卫星设计及其一般过程
10、卫星的设计要求卫星的设计要求 设计卫星需要达到一定的目的，同时又要受到现实条设计卫星需要达到一定的目的，同时又要受到现实条件的制约。件的制约。卫星设计遵循卫星设计遵循“先高后低、先外后内先高后低、先外后内”原则，因此技原则，因此技术要求也有层次性。术要求也有层次性。2023-2-5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 卫星设计要求可分为目标性设计要求和约束性设卫星设计要求可分为目标性设计要求和约束性设计要求计要求2023-2-5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 内部约束条件内部约束条
11、件：卫星的功能基线，如规定的轨道卫星的功能基线，如规定的轨道类型、卫星的轨道高度、卫星的重量、有效载荷对卫类型、卫星的轨道高度、卫星的重量、有效载荷对卫星的特性要求星的特性要求(指向精度、控制方式、电源功率等指向精度、控制方式、电源功率等)以以及各种技术接口，这类约束条件可以说是一种内部约及各种技术接口，这类约束条件可以说是一种内部约束条件，是必须要达到的目标。束条件，是必须要达到的目标。外部约束条件外部约束条件：如运载火箭、发射场、地面测控如运载火箭、发射场、地面测控系统和地面应用系统以及卫星研制的周期和费用。这系统和地面应用系统以及卫星研制的周期和费用。这些约束条件不是卫星本身，而是卫星系
12、统外部的接口些约束条件不是卫星本身，而是卫星系统外部的接口特性和使用部门提出的要求。卫星设计时，这类约束特性和使用部门提出的要求。卫星设计时，这类约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。2023-2-5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外部设计 概念性研究 可行性方案 方案性设计 软/硬件研制 总装/总测 靶场测试 发射入轨 详细设计 在轨应用 全部技术资料 卫星设计阶段 卫星制造阶段 卫星发射阶段 卫星应用阶段 卫星整体及系统软件 反馈 卫星进入空间轨道 2023-2-5第第 17 页页卫星设计及
13、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 卫星的外部设计，也称为外部环境设计是卫星卫星的外部设计，也称为外部环境设计是卫星设计程序的第一步，要进行如下工作：设计程序的第一步，要进行如下工作：(1)(1)明确卫星在其外部工程环境所构成的整体明确卫星在其外部工程环境所构成的整体中所处的地位，明确卫星与这个整体及其中的统计中所处的地位，明确卫星与这个整体及其中的统计系统之间的关系；系统之间的关系；(2)(2)明确卫星面临的技术、经济和人力的支持明确卫星面临的技术、经济和人力的支持和限制条件；和限制条件；(3)(3)明确卫星储运、发射、运行和返回过程中明确卫星储运、发射、运
14、行和返回过程中的人工的和自然的环境。的人工的和自然的环境。2023-2-5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 目的是发现和确定新的航天需求，提出卫星系目的是发现和确定新的航天需求，提出卫星系统及卫星应用的新概念，分析可能的技术实现途径。统及卫星应用的新概念，分析可能的技术实现途径。研究内容包括：卫星系统及应用新概念研究，研究内容包括：卫星系统及应用新概念研究，进行概念设计、任务分析、工程系统组成、任务运进行概念设计、任务分析、工程系统组成、任务运行研究、系统关键技术、费用效益与风险分析等。行研究、系统关键技术
15、、费用效益与风险分析等。2023-2-5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2023-2-5第第 20 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同轨立体成像示意图同轨立体成像示意图 H0vL1A1B2A2BMN光学探测 部件 1B()NL1BL2023-2-5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 2023-2-5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
16、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2023-2-5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明确外部环境明确外部环境 确定卫星在外部环境中的确定卫星在外部环境中的地位和接口关系地位和接口关系 提出初步设计任务书提出初步设计任务书 提出多个设想方案提出多个设想方案 多方案分析、比较、综合和多方案分析、比较、综合和优选优选 提出卫星可行方案提出卫星可行方案 确定卫星的研制部门和总确定卫星的研制部门和总设计师设计师 下达和接受卫星正式设计下达和接受卫星正式设计任务书任务书 确定分系
17、统确定分系统 卫星构形设计卫星构形设计 进行功能和指标分配进行功能和指标分配 提出关键技术提出关键技术 下达分系统设计任务书下达分系统设计任务书 接受分系统设计任务书接受分系统设计任务书 分系统可行方案设计分系统可行方案设计 关键技术攻关关键技术攻关 卫星分系统正样详细设计卫星分系统正样详细设计 提出分系统方案提出分系统方案 卫星总体初样详细设计卫星总体初样详细设计 卫星总体检测设备设计卫星总体检测设备设计 卫星总装设计卫星总装设计 分系统初样详细设计分系统初样详细设计 分系统检测设备设计分系统检测设备设计 卫星总体正样详细设计卫星总体正样详细设计 主要设计工作主要设计工作 卫星外部设计卫星外部设计 任务和指标任务和指标 的初步确定的初步确定 卫星卫星概要概要设计设计 卫星可行卫星可行 方案设计方案设计 卫星总体卫星总体 方案设计方案设计 分系统分系统 方案设计方案设计 分系统分系统 初样设计初样设计 卫星卫星正样正样设计设计 设计程序设计程序 评审评审 检测检测试验试验评审评审 评审评审 评审评审 评审评审 评审评审 检测检测试验试验评审评审 检测检测试验试验评审评审 评价方式评价方式 卫星卫星初样初样设计设计 2023-2-5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
