卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计第系统的整体性课件

2023/1/7第1页二、卫星设计及其一般过程2023/1/7第1页二、卫星设计及其一般过程2023/1/7第2页飞行器现代设计方法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2023/1/7第2页飞行器现代设计方法2023/1/7第3页卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计

卫星：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，以服务于地上人类的特定需求的一类工程技术的人造物体。2023/1/7第3页卫星设计及其一般过程2023/1/7第4页

卫星是一种工程产品，因此具有一般工程产品的特性：系统整体性质、系统层次性质。

卫星又是一种天上的产品，因此又具有其极强的个性：对特殊环境的适应性、高度自动化性、高风险性及不可维修性。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第4页卫星是一种工程产品2023/1/7第5页

系统的整体性

“整体大于它的各部分的总和”——贝塔朗菲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。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优化。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第5页系统的整体性“整2023/1/7第6页

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位于哪一个层次，并且要做到工作确实“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：

不重视系统层次到位，对上一层次不清楚；工作“错位”，做非本层次或非本位置上的工作卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第6页系统的层次性卫星2023/1/7第7页

对特殊环境的适应性

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层空间环境，还有返回过程的环境。

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

对外层空间的适应性

自然环境、诱导环境和人为环境等

对返回环境的适应性

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及卫星设计2023/1/7第7页对特殊环境的适应性对运载器环境2023/1/7第8页

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。

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——卫星测控系统和应用系统之间进行联系。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第8页高度自动化性卫星2023/1/7第9页

高风险性

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，包括爆炸螺栓、推进系统等。

卫星是“一次性”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，不致发生整星失效的事件。

不可维修性卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第9页高风险性卫星的高2023/1/7第10页

卫星设计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、计算机技术、推进技术等学科知识通过分析综合和创造思维，将设计要求转化为一组能完整描述卫星的参数的过程。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第10页卫星设计是指设计2023/1/7第11页

卫星设计具有一般工程项目设计的特点：顺序性和创造性。

卫星设计具有不同于一般工程项目设计的特点：（1）由运载器有效载荷引发的设计特点（2）适应外层空间环境引发出的设计特点（3）由特殊一次使用性引发的设计特点（4）由单件生产引发的设计特点卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第11页卫星设计具有一般2023/1/7第12页卫星设计及其一般过程卫星的设计要求

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。2023/1/7第12页卫星设计及其一般过程2023/1/7第13页卫星设计及其一般过程卫星的设计要求

设计卫星需要达到一定的目的，同时又要受到现实条件的制约。

卫星设计遵循“先高后低、先外后内”原则，因此技术要求也有层次性。2023/1/7第13页卫星设计及其一般过程2023/1/7第14页卫星设计及其一般过程卫星的设计要求

卫星设计要求可分为目标性设计要求和约束性设计要求2023/1/7第14页卫星设计及其一般过程2023/1/7第15页卫星设计及其一般过程卫星设计的约束要求

内部约束条件：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、有效载荷对卫星的特性要求(指向精度、控制方式、电源功率等)以及各种技术接口，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。

外部约束条件：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，这类约束条件也必须得到满足，且必须协调一致。2023/1/7第15页卫星设计及其一般过程2023/1/7第16页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序

卫星型号的全任务周期2023/1/7第16页卫星设计及其一般过程2023/1/7第17页卫星设计及其一般过程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设计程序的第一步，要进行如下工作：

(1)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系统之间的关系；

(2)明确卫星面临的技术、经济和人力的支持和限制条件；

(3)明确卫星储运、发射、运行和返回过程中的人工的和自然的环境。2023/1/7第17页卫星设计及其一般过程2023/1/7第18页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序

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，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。2023/1/7第18页卫星设计及其一般过程2023/1/7第19页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序立体测绘卫星2023/1/7第19页卫星设计及其一般过程2023/1/7第20页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序同轨立体成像示意图2023/1/7第20页卫星设计及其一般过程2023/1/7第21页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序异轨立体成像示意图2023/1/7第21页卫星设计及其一般过程2023/1/7第22页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序双星编队立体成像2023/1/7第22页卫星设计及其一般过程2023/1/7第23页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序卫星通用设计程序的流程2023/1/7第23页卫星设计及其一般过程2023/1/7第24页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序2023/1/7第24页卫星设计及其一般过程2023/1/7第25页二、卫星设计及其一般过程2023/1/7第1页二、卫星设计及其一般过程2023/1/7第26页飞行器现代设计方法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2023/1/7第2页飞行器现代设计方法2023/1/7第27页卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计

卫星：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，以服务于地上人类的特定需求的一类工程技术的人造物体。2023/1/7第3页卫星设计及其一般过程2023/1/7第28页

卫星是一种工程产品，因此具有一般工程产品的特性：系统整体性质、系统层次性质。

卫星又是一种天上的产品，因此又具有其极强的个性：对特殊环境的适应性、高度自动化性、高风险性及不可维修性。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第4页卫星是一种工程产品2023/1/7第29页

系统的整体性

“整体大于它的各部分的总和”——贝塔朗菲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。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优化。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第5页系统的整体性“整2023/1/7第30页

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位于哪一个层次，并且要做到工作确实“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：

不重视系统层次到位，对上一层次不清楚；工作“错位”，做非本层次或非本位置上的工作卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第6页系统的层次性卫星2023/1/7第31页

对特殊环境的适应性

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层空间环境，还有返回过程的环境。

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

对外层空间的适应性

自然环境、诱导环境和人为环境等

对返回环境的适应性

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及卫星设计2023/1/7第7页对特殊环境的适应性对运载器环境2023/1/7第32页

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。

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——卫星测控系统和应用系统之间进行联系。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第8页高度自动化性卫星2023/1/7第33页

高风险性

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，包括爆炸螺栓、推进系统等。

卫星是“一次性”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，不致发生整星失效的事件。

不可维修性卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第9页高风险性卫星的高2023/1/7第34页

卫星设计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、计算机技术、推进技术等学科知识通过分析综合和创造思维，将设计要求转化为一组能完整描述卫星的参数的过程。卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第10页卫星设计是指设计2023/1/7第35页

卫星设计具有一般工程项目设计的特点：顺序性和创造性。

卫星设计具有不同于一般工程项目设计的特点：（1）由运载器有效载荷引发的设计特点（2）适应外层空间环境引发出的设计特点（3）由特殊一次使用性引发的设计特点（4）由单件生产引发的设计特点卫星设计及其一般过程卫星及卫星设计2023/1/7第11页卫星设计具有一般2023/1/7第36页卫星设计及其一般过程卫星的设计要求

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。2023/1/7第12页卫星设计及其一般过程2023/1/7第37页卫星设计及其一般过程卫星的设计要求

设计卫星需要达到一定的目的，同时又要受到现实条件的制约。

卫星设计遵循“先高后低、先外后内”原则，因此技术要求也有层次性。2023/1/7第13页卫星设计及其一般过程2023/1/7第38页卫星设计及其一般过程卫星的设计要求

卫星设计要求可分为目标性设计要求和约束性设计要求2023/1/7第14页卫星设计及其一般过程2023/1/7第39页卫星设计及其一般过程卫星设计的约束要求

内部约束条件：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、有效载荷对卫星的特性要求(指向精度、控制方式、电源功率等)以及各种技术接口，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。

外部约束条件：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，这类约束条件也必须得到满足，且必须协调一致。2023/1/7第15页卫星设计及其一般过程2023/1/7第40页卫星设计及其一般过程卫星设计的一般程序

卫星型号的全任务周期2023/1/7第16页卫星设计及其一般过程2023/1/7第41页卫星设计及其一般过程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设计程序的第一步，要进行如下工作：

(1)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系统之间的关系；

(2)明确卫星面临的技术、经济和人力的支持和限制条件；