1、,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),第四章衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)4.1概述4.2任務(wù)分析4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì)4.5總體詳細(xì)設(shè)計(jì)4.6總體設(shè)計(jì)展望4.7衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,1.衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的概念航天器總體設(shè)計(jì)是指為完成航天任務(wù)規(guī)定的目標(biāo)所開展的以航天器為對象的一系列設(shè)計(jì)活動。航天器總體設(shè)計(jì)是航天器研制的頂層設(shè)計(jì)，是用系統(tǒng)工程的原理和方法，提出并優(yōu)選航天器的總體方案、分系統(tǒng)方案，擬定、協(xié)調(diào)、優(yōu)選和控制航天器的各項(xiàng)參數(shù)和性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)出能滿足任務(wù)要求的、達(dá)到規(guī)定技術(shù)指標(biāo)的、滿足成本與研制周期要求的航天器。航天器總體

2、設(shè)計(jì)貫穿于整個航天器工程論證和工程研制過程中，主要分為任務(wù)分析、總體方案可行性論證、總體方案設(shè)計(jì)、總體詳細(xì)設(shè)計(jì)四個階段?？傮w詳細(xì)設(shè)計(jì)又分為總體初樣設(shè)計(jì)和總體正樣設(shè)計(jì)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,2.總體設(shè)計(jì)的任務(wù)在規(guī)定的研制周期和成本情況下，設(shè)計(jì)能滿足用戶特定任務(wù)要求的、優(yōu)化的航天器。將用戶要求轉(zhuǎn)化成由若干分系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，形成系統(tǒng)的功能及性能參數(shù)，并使該系統(tǒng)滿足大系統(tǒng)（運(yùn)載火箭、發(fā)射場、測控中心和應(yīng)用系統(tǒng)）的約束要求；將衛(wèi)星系統(tǒng)功能和性能參數(shù)分解到各個分系統(tǒng)中，經(jīng)過分析和協(xié)調(diào)，保證系統(tǒng)和分系統(tǒng)之間的各種功能的、電氣的和程序的接口兼容，最終完成總體方案設(shè)計(jì)；完成衛(wèi)星總體詳細(xì)設(shè)計(jì)(包含總裝

3、設(shè)計(jì)、總體電路設(shè)計(jì)、電性能測試和環(huán)境模擬試驗(yàn)要求)；提出產(chǎn)品保證要求，完成可靠性、可用性、可維修性、安全性、電磁兼容性及軟件等保證大綱及規(guī)范。,航天器總體設(shè)計(jì)在航天器研制過程中一直起著主導(dǎo)性和決策性的作用。主要表現(xiàn)在：（1）定大局；（2）定方向；（3）定方案；（4）定功能；（5）定指標(biāo)；（6）定規(guī)范；（7）定接口；（8）定狀態(tài)；（9）定流程；（10）定結(jié)論。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,3.基本設(shè)計(jì)原則1）滿足用戶需求的原則衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)必須以用戶需求或國家的特定需求為目標(biāo)和依據(jù)，除滿足特定的使用性能指標(biāo)要求外，還要滿足用戶提出的研制周期和成本要求。2）系統(tǒng)整體性原則衛(wèi)星

4、是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它是由相關(guān)的組成部分(分系統(tǒng)、子系統(tǒng)或獨(dú)立部件)有機(jī)地組合成的一個整體。衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)一定要服從系統(tǒng)的整體性規(guī)律，不僅從衛(wèi)星的整體功能和性能出發(fā)，而且應(yīng)從航天大系統(tǒng)的整體功能和性能出發(fā)，把握各組成部分之間的相互聯(lián)系和相互協(xié)調(diào)，進(jìn)行系統(tǒng)分解和綜合兩方面的技術(shù)協(xié)調(diào)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,3.基本設(shè)計(jì)原則3）系統(tǒng)層次性原則系統(tǒng)的另一個性質(zhì)就是它的層次性。層次性原則就是要處理好工程大系統(tǒng)、航天器總體及分系統(tǒng)之間的關(guān)系。總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是把用戶下達(dá)的任務(wù)要求作為主要設(shè)計(jì)依據(jù)，把上一層次(大系統(tǒng))經(jīng)選擇和認(rèn)證的各系統(tǒng)的各種接口作為約束條件，經(jīng)系統(tǒng)方案論證確定系統(tǒng)構(gòu)成、分系統(tǒng)方案選

5、擇、性能分析、指標(biāo)分配、制定接口要求，最后向各分系統(tǒng)研制單位下達(dá)任務(wù)書。衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中要廣泛了解各個層次的組成、各組成部分的功能及其之間的相互關(guān)聯(lián)，但主要精力要放在衛(wèi)星系統(tǒng)本級設(shè)計(jì)上，在設(shè)計(jì)中要處理好本層次與上、下層次的關(guān)系。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,3.基本設(shè)計(jì)原則4）衛(wèi)星研制階段性原則衛(wèi)星系統(tǒng)研制和應(yīng)用過程大致可分為設(shè)計(jì)、制造、發(fā)射和應(yīng)用4個階段。衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)又可大致分為任務(wù)分析、可行性總體方案論證、總體方案設(shè)計(jì)和總體詳細(xì)設(shè)計(jì)4個階段。衛(wèi)星的階段性是由于衛(wèi)星系統(tǒng)的整體性和層次性而產(chǎn)生的一項(xiàng)固有的特性。而且由于衛(wèi)星系統(tǒng)還要適應(yīng)外界環(huán)境要求(通過鑒定試驗(yàn))，所以其詳細(xì)設(shè)計(jì)還要分成初樣設(shè)

6、計(jì)和正樣設(shè)計(jì)兩個階段。衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)階段是系統(tǒng)工程客觀上存在的先后順序，前一階段工作未做完，則后一階段工作無法進(jìn)行；如果一定要辦，不但辦不好，而且會出現(xiàn)差錯和返工。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,3.基本設(shè)計(jì)原則5）創(chuàng)新性和繼承性原則衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中必須發(fā)揮創(chuàng)新性，提高衛(wèi)星總體性能。但創(chuàng)新必須建立在繼承的基礎(chǔ)上，決不能為創(chuàng)新而創(chuàng)新。在衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中要遵循整體優(yōu)化的原則，不要把精力集中在或過多地用在某些局部的創(chuàng)新上。處理好繼承和創(chuàng)新的關(guān)系，才是創(chuàng)新性發(fā)揮的主要任務(wù)。6）效益性原則衛(wèi)星研制成本很高，為了獲得最高的效益，總體設(shè)計(jì)要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，最有效地利用現(xiàn)有的技術(shù)成就進(jìn)行最佳的組合，提高可靠性，縮短

7、研制周期，降低研制成本，使衛(wèi)星研制以最少的代價，達(dá)到用戶對系統(tǒng)的功能和性能的要求。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,4.總體設(shè)計(jì)模式,現(xiàn)有樹形工作模式,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.總體設(shè)計(jì)模式,網(wǎng)絡(luò)形狀工作模式,空間飛行器總體設(shè)計(jì),5.方案論證設(shè)計(jì)工作的組織機(jī)構(gòu),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,6.對衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的要求1）空間環(huán)境適應(yīng)性適應(yīng)熱真空和輻照等環(huán)境。衛(wèi)星在軌運(yùn)行時處于真空環(huán)境，其熱環(huán)境十分惡劣；同時還受到各種空間輻照(電子、質(zhì)子、紫外、宇宙射線等)和微流星以及空間碎片的威脅。在總體設(shè)計(jì)中，除對各分系統(tǒng)提出耐受空間環(huán)境要求外，還要設(shè)計(jì)合理的外形和布局，以保證衛(wèi)星具有良好的散熱面和防護(hù)空間輻

8、照措施。克服太陽、月亮和地球非球形等的攝動。衛(wèi)星大多需要有軌道修正能力，在總體設(shè)計(jì)中要給予保證。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,6.對衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的要求2）大系統(tǒng)中各組成系統(tǒng)的約束運(yùn)載火箭的約束。在總體方案設(shè)計(jì)中，根據(jù)衛(wèi)星總質(zhì)量大小，選擇合適的運(yùn)載火箭。一旦選定了運(yùn)載火箭，就要反過來約束衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)：要求衛(wèi)星質(zhì)量盡量??；要求衛(wèi)星與火箭接口協(xié)調(diào)；衛(wèi)星在運(yùn)載火箭發(fā)射過程中要經(jīng)受火箭發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的振動、沖擊、過載以及氣動產(chǎn)生的噪聲等力學(xué)環(huán)境，因此，總體構(gòu)型設(shè)計(jì)要充分考慮力學(xué)環(huán)境的影響，使主承力構(gòu)件傳力路線短，并完成鑒定級和驗(yàn)收級試驗(yàn)條件和要求設(shè)計(jì)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,6.對衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)

9、的要求2）大系統(tǒng)中各組成系統(tǒng)的約束地面測控船站的約束。它包括地面測控船站對測控頻段、測控體制、測控船站的位置和控制弧段的約束等。發(fā)射場的約束。它包括衛(wèi)星與發(fā)射場之間相互技術(shù)協(xié)調(diào)要求。在總體設(shè)計(jì)中主要考慮發(fā)射場的地理位置和射向要求對衛(wèi)星入軌的影響。地面應(yīng)用系統(tǒng)的約束。地面應(yīng)用系統(tǒng)的頻段、信息傳輸和性能指標(biāo)的要求等約束衛(wèi)星總體性能的參數(shù)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,6.對衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的要求3）衛(wèi)星高可靠和高安全性要滿足工作壽命下的高可靠要求，如采用備份措施、選用成熟技術(shù)、對分系統(tǒng)提出適當(dāng)?shù)目煽啃砸蟮取Ｒ紤]安全性和風(fēng)險性。衛(wèi)星研制和發(fā)射的風(fēng)險很大。因此，在總體設(shè)計(jì)中，要充分考慮安全性和風(fēng)險

10、性，如：對推進(jìn)劑貯箱設(shè)計(jì)提出一定的安全系數(shù)要求；對火工品管理器采取多重保險措施；對衛(wèi)星進(jìn)行動力學(xué)響應(yīng)分析和試驗(yàn)，避免共振等。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,6.對衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的要求4）高度自主控制性能在軌運(yùn)行期間對衛(wèi)星姿態(tài)測量和控制、備份件切換、蓄電池充放電、加熱器通斷電等控制都需要衛(wèi)星自主完成。這樣可減小地面測控站的負(fù)擔(dān)，并減少人為差錯引起的故障。衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間對其軌道測量和控制可采用制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制技術(shù)，自主實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星在軌軌道保持和修正，以減少地面測控站的負(fù)擔(dān)。利用跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)可自主實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道跟蹤測量和對地觀測衛(wèi)星大范圍的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸。這樣，可提高跟蹤測量精度，增加跟蹤和通信

11、的覆蓋率。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.1概述,6.對衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的要求5）制定研制技術(shù)流程衛(wèi)星系統(tǒng)工程是一個非常復(fù)雜的工程，而且研制成本高、周期長、風(fēng)險大，因此在總體設(shè)計(jì)初期就要遵循衛(wèi)星研制階段性原則，制訂研制技術(shù)流程，以達(dá)到整體優(yōu)化的目標(biāo)。6）滿足公用平臺的設(shè)計(jì)要求研制一顆新型衛(wèi)星的周期需要5-8年，而衛(wèi)星研制發(fā)射成功后，其結(jié)構(gòu)、電源、姿態(tài)和軌道控制、推進(jìn)、測控和熱控等分系統(tǒng)所形成的平臺還可繼續(xù)用于其他新研制的相同類型和規(guī)模的衛(wèi)星。為了縮短研制周期、降低成本，在總體設(shè)計(jì)時應(yīng)將衛(wèi)星平臺有目標(biāo)地設(shè)計(jì)成能適應(yīng)多種有效載荷的公用平臺。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)

12、分析,1.用戶任務(wù)要求與初步分析用戶任務(wù)要求的提出可以有兩種形式：基于社會某方面的需要提出研制某種衛(wèi)星，由研制部門提出方案，經(jīng)與用戶協(xié)商后申報立項(xiàng)，批準(zhǔn)后開始研制；由用戶提招標(biāo)書，研制部門經(jīng)分析提出方案去投標(biāo)，中標(biāo)后開始研制。用戶任務(wù)要求一般包括：任務(wù)、定義、明確使用技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)費(fèi)預(yù)算（招標(biāo)時不提供）與研制周期。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,1.用戶任務(wù)要求與初步分析1）任務(wù)定義任務(wù)定義包括：地面應(yīng)用和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的配套研制要求；衛(wèi)星平臺；某些公司的產(chǎn)品或設(shè)備；在軌交付。任務(wù)定義明確了任務(wù)對象，提供了衛(wèi)星的最基本的任務(wù)要求。同一種衛(wèi)星，其任務(wù)定義不同，它的任務(wù)對象或多少是不同的。,空間

13、飛行器總體設(shè)計(jì),航天任務(wù)一般有幾個目標(biāo)。有的是可以由規(guī)定的一組儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)的從屬目標(biāo)；有的則是附加的目標(biāo)，需要更多的儀器。幾乎所有的航天任務(wù)都有一個通常由非技術(shù)性的從屬目標(biāo)組成“隱藏的計(jì)劃”。這些目標(biāo)一般是政治的、社會的或是文化的，具有同樣的實(shí)現(xiàn)、同樣重要的意義，必須滿足。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),不同的航天任務(wù)所利用的空間特性,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,1.用戶任務(wù)要求與初步分析2）衛(wèi)星使用的技術(shù)指標(biāo)為將任務(wù)目標(biāo)（內(nèi)容）轉(zhuǎn)換為對系統(tǒng)的要求，主要考慮三個方面：功能要求：確定系統(tǒng)滿足目標(biāo)要求的性能指標(biāo)。運(yùn)營要求：確定為完成總體目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)如何運(yùn)營，如何與用戶連接。約束條件：限制了成本、時間進(jìn)

14、度以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可獲得的實(shí)施技術(shù)。以通信衛(wèi)星為例，使用技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容有：通信覆蓋區(qū)、轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、飽和功率通量密度(Ws)、接收品質(zhì)因素(G/T)、等效全向輻射功率(EIRP)、定點(diǎn)位置、衛(wèi)星壽命、衛(wèi)星壽命末期可靠性等。,任務(wù)最高層的系統(tǒng)要求舉例,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,1.用戶任務(wù)要求與初步分析3）研制經(jīng)費(fèi)完成衛(wèi)星研制任務(wù)所需經(jīng)費(fèi)與衛(wèi)星任務(wù)定義密切相關(guān)，如：通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量，覆蓋區(qū)，Ws、EIRP、G/T參數(shù)等直接決定衛(wèi)星有效載荷研制的規(guī)模，進(jìn)而影響衛(wèi)星平臺的規(guī)模；衛(wèi)星的壽命和可靠性指標(biāo)影響衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，影響機(jī)電部件的備份方案、電子元器件的選購、可靠性試驗(yàn)的

15、制定以及整星質(zhì)量大小等。4）研制周期衛(wèi)星研制周期是與前述衛(wèi)星任務(wù)定義、使用技術(shù)指標(biāo)、研制經(jīng)費(fèi)、承擔(dān)衛(wèi)星研制單位所具備的條件以及研制策略相關(guān)。在總體設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用現(xiàn)有公用平臺、利用成熟技術(shù)、簡化技術(shù)流程、減少關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目、優(yōu)化總體設(shè)計(jì)等，來縮短研制周期。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,1.用戶任務(wù)要求與初步分析5）初步分析初步分析是明確用戶任務(wù)的基本要求、找出完成用戶任務(wù)的最佳技術(shù)途徑、與用戶協(xié)調(diào)或修改用戶要求。明確用戶任務(wù)的基本要求：一是要掌握用戶提出的基本任務(wù)要求，二是要分析用戶要求的合理性。通過任務(wù)分析找出完成用戶任務(wù)的基本技術(shù)途徑，即選擇衛(wèi)星的軌道或星座、確定約束條件、提出若

16、干種可行的衛(wèi)星總體方案設(shè)想(包括選用成熟的公用平臺或新研制的平臺)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,論證火災(zāi)衛(wèi)星的幾項(xiàng)選擇要素,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,2.衛(wèi)星總體約束條件的確定1）用戶任務(wù)要求的約束使用技術(shù)要求研制經(jīng)費(fèi)研制周期2）現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的限制工業(yè)基礎(chǔ)（原材料、元器件、加工設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備、測試設(shè)備）；技術(shù)水平（設(shè)計(jì)水平、工藝水平）；管理能力；研制手段、人員素質(zhì)。3）其它約束條件衛(wèi)星工作頻率、火箭殘骸落點(diǎn)、離軌要求等。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,3.提出總體方案設(shè)想1）總體方案設(shè)想總體方案設(shè)想主要做以下工作：選擇能滿足用戶使用技術(shù)要求的軌道或星座；提出能滿足用戶

17、使用技術(shù)指標(biāo)要求的有效載荷方案設(shè)想；設(shè)想和初步提出可能組成衛(wèi)星的必不可少的分系統(tǒng)，并初步提出分系統(tǒng)的可行方案和相互間的關(guān)系；初步提出衛(wèi)星總體性能技術(shù)指標(biāo)，對質(zhì)量和功耗做初步概算；,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,3.提出總體方案設(shè)想1）總體方案設(shè)想設(shè)想和初步提出衛(wèi)星的大致構(gòu)型(或稱衛(wèi)星草圖)，若選擇現(xiàn)有的公用平臺，則要提出適應(yīng)性修改的設(shè)想；初步提出衛(wèi)星工程系統(tǒng)內(nèi)各系統(tǒng)的選擇和各系統(tǒng)之間的相互關(guān)系；提出衛(wèi)星各分系統(tǒng)在總體方案設(shè)計(jì)階段可能要突破的關(guān)鍵技術(shù)；初步估計(jì)衛(wèi)星的研制經(jīng)費(fèi)和產(chǎn)品經(jīng)費(fèi)；初步估計(jì)衛(wèi)星的研制周期。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),飛行任務(wù)各組成單元的一般備選對象,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛

18、行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,3.提出總體方案設(shè)想2）總體設(shè)想方案的擇優(yōu)在衛(wèi)星設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以整體優(yōu)化為中心對所提出的多個設(shè)想方案進(jìn)行分析、比較和評價。評價方法一般采用適合方案總體評價的綜合評價法。評價重點(diǎn)應(yīng)放在如下方面：各總體設(shè)想方案在多大程度上可以滿足衛(wèi)星初步設(shè)計(jì)任務(wù)書的技術(shù)指標(biāo)要求；各總體設(shè)想方案在初步設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的經(jīng)費(fèi)和研制周期的限制下，有多大把握可以完成；各總體設(shè)想方案所冒的風(fēng)險大小如何；從可行性角度看，各總體設(shè)想方案的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),下面給出火災(zāi)衛(wèi)星飛行任務(wù)6個初步方案中的2個方案,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,4.關(guān)鍵技術(shù)分析在開展上述工作時，要對

19、衛(wèi)星總體和分系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析。衛(wèi)星設(shè)計(jì)可能采用的技術(shù)，從成熟程度看，可以分為成熟技術(shù)、成熟技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸技術(shù)、不成熟技術(shù)和新技術(shù)四類。成熟技術(shù)是指已經(jīng)過衛(wèi)星在軌使用過的、沿用原有的分系統(tǒng)方案、部件、線路、結(jié)構(gòu)等。延伸技術(shù)是指在成熟技術(shù)基礎(chǔ)上要進(jìn)行少量修改設(shè)計(jì)的分系統(tǒng)方案、部件、線路、結(jié)構(gòu)等。不成熟技術(shù)是指那些必須經(jīng)過研究、生產(chǎn)和試驗(yàn)(即攻關(guān))來確定它們適合在衛(wèi)星上采用的技術(shù)。新技術(shù)是指過去還沒有在衛(wèi)星中采用過的新技術(shù)，并且必須經(jīng)過研究、生產(chǎn)和試驗(yàn)的證實(shí)(即攻關(guān))，才能確定是否采用。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,4.關(guān)鍵技術(shù)分析關(guān)鍵技術(shù)分析是一項(xiàng)很重要的工作。如果在設(shè)想的衛(wèi)星總體方

20、案中，關(guān)鍵技術(shù)太多，或難于攻關(guān)突破，那就說明這個方案的可行性有問題或風(fēng)險太大。如果所選的衛(wèi)星總體方案設(shè)想中存在有關(guān)鍵技術(shù)需在衛(wèi)星方案設(shè)計(jì)階段攻關(guān)突破，而在任務(wù)分析階段沒有分析提出來，則要延誤衛(wèi)星研制進(jìn)度。減少衛(wèi)星設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目和攻關(guān)工作量的途徑：委托經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)水平高的研制部門去承擔(dān)研制或外購；有計(jì)劃和有目標(biāo)地將一些預(yù)計(jì)可能會在衛(wèi)星上采用的高、新、難技術(shù)項(xiàng)目預(yù)先安排攻關(guān)。,阿波羅登月計(jì)劃總體方案及關(guān)鍵技術(shù)（1）直接登月方案登月飛船組合體直接發(fā)射、整體登月和返回地球軌道。（2）地球軌道會合方案登月組合體在地球軌道上裝配、整體登月和返回地球。（3）月球表面會合方案登月組合體分別送至月面上，

21、燃料加注后部分返回。（4）月球軌道會合方案登月組合體（登月艙+阿波羅飛船）在地球軌道上裝配，整體至月球軌道，登月艙登月，登月艙上升段從月面返回至月球軌道，人員轉(zhuǎn)移至阿波羅飛船，飛船返回。關(guān)鍵技術(shù)：大推力火箭技術(shù)、交會對接技術(shù)、月面著陸及返回,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),阿波羅飛船與登月艙,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.2任務(wù)分析,5.衛(wèi)星研制技術(shù)流程的制定衛(wèi)星研制技術(shù)流程是衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)各階段技術(shù)工作程序以及制造、測試、試驗(yàn)、發(fā)射、在軌測試和管理等工作程序的進(jìn)一步細(xì)化。該流程制定的合理性和先進(jìn)性直接關(guān)系到整個衛(wèi)星研制質(zhì)量、周期和成本。衛(wèi)星研制技術(shù)流程應(yīng)包括反映衛(wèi)星研制階

22、段的劃分、各個階段任務(wù)和工作內(nèi)容、工作順序、保障條件、參加單位以及注意事項(xiàng)。衛(wèi)星的技術(shù)流程與衛(wèi)星方案是否采用現(xiàn)有的經(jīng)過飛行考驗(yàn)的公用平臺、分系統(tǒng)或儀器設(shè)備而有所不同。衛(wèi)星研制技術(shù)流程可提供有關(guān)部門作為制定研制(設(shè)計(jì)、制造、測試和試驗(yàn))計(jì)劃流程、物資采購計(jì)劃和安排經(jīng)費(fèi)等的依據(jù)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),衛(wèi)星研制簡略技術(shù)流程圖,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,1.方案分析和綜合1）分系統(tǒng)組成及其方案選擇在方案論證中總體設(shè)計(jì)所選分系統(tǒng)的方案可各不相同，分系統(tǒng)方案不同將對衛(wèi)星總體方案形成產(chǎn)生影響，特別是有效載荷、控制、推進(jìn)和電源分系統(tǒng)對總體方案影響最大。以姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)為例，采用雙

23、自旋穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定的不同方案，會給衛(wèi)星總體方案帶來截然不同的影響。如下表?？傮w所選衛(wèi)星有效載荷分系統(tǒng)方案不同對衛(wèi)星總體方案的影響也是明顯的。如下表。,雙自旋穩(wěn)定或三軸穩(wěn)定對相關(guān)分系統(tǒng)的影響,空間飛行器總體設(shè)計(jì),不同有效載荷對衛(wèi)星總體方案的影響,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,1.方案分析和綜合2）論證實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星使用技術(shù)要求的途徑衛(wèi)星使用技術(shù)要求對衛(wèi)星總體方案的影響也是明顯的。例如通信衛(wèi)星只要求24個小功率放大器的轉(zhuǎn)發(fā)器，用東方紅三號衛(wèi)星平臺方案即可。若有效載荷要求比東方紅三號的有效載荷轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量多或功率大（現(xiàn)在有的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量多達(dá)5090個），則東方紅三號平臺就不能用，就要重

24、新研制新平臺，其總體方案就截然不同。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,1.方案分析和綜合3）衛(wèi)星基本構(gòu)形初步設(shè)計(jì)衛(wèi)星構(gòu)形設(shè)計(jì)包括外形設(shè)計(jì)（含外伸部件天線、太陽電池翼等）、主承力構(gòu)件類型設(shè)計(jì)和總體布局等。在總體方案論證中，不同衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計(jì)對衛(wèi)星總體方案影響也很大。例如同樣容量、同樣三軸穩(wěn)定的通信衛(wèi)星（包括覆蓋區(qū)要求相同），由于衛(wèi)星構(gòu)型不同（特別是主承力構(gòu)件不同）則衛(wèi)星的總體方案也不同。下列3種方案不僅使結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)與整星質(zhì)量比不一樣，有效載荷艙的結(jié)構(gòu)和布局不一樣，而且有效載荷可擴(kuò)充能力也不同。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),右圖是美國勞拉公司FSl300平臺，其主承力構(gòu)件采用中心承力筒，兩

25、個推進(jìn)貯箱串聯(lián)放在承力筒內(nèi)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),右圖是洛克希德馬丁公司的A2100平臺，其主承力構(gòu)件采用箱板式，幾個推進(jìn)劑貯箱并列放在底板上。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),右圖是休斯公司的HS702平臺，其主承力構(gòu)件采用桁架式，幾個推進(jìn)劑貯箱也是并列放在底板上。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,1.方案分析和綜合3）衛(wèi)星基本構(gòu)形初步設(shè)計(jì)與承力筒構(gòu)形相比，箱板式和桁架式承力構(gòu)件主要優(yōu)點(diǎn)：傳力線路短，承受力學(xué)載荷?。挥欣谟行лd荷與衛(wèi)星平臺分艙設(shè)計(jì)；可實(shí)現(xiàn)熱管在南北散熱面上的交叉耦合散熱。據(jù)洛克希德馬丁公司專家分析，箱式結(jié)構(gòu)質(zhì)量較傳統(tǒng)的承力筒式結(jié)構(gòu)小40%左右；休斯的桁架式結(jié)構(gòu)質(zhì)量就更

26、小。上述三種主承力構(gòu)件形式的優(yōu)缺點(diǎn)比較見下表。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),三種主承力構(gòu)件形式的優(yōu)缺點(diǎn)比較,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,2.衛(wèi)星與衛(wèi)星工程大系統(tǒng)中其他系統(tǒng)之間的接口1）運(yùn)載火箭衛(wèi)星設(shè)計(jì)所受到運(yùn)載火箭的限制：火箭能力限制：衛(wèi)星的質(zhì)量、軌道及其入軌精度；火箭整流罩尺寸限制：衛(wèi)星外形最大尺寸；火箭力學(xué)環(huán)境條件限制：衛(wèi)星的整體縱向和橫向剛度，衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)和各分系統(tǒng)的儀器設(shè)備要能經(jīng)受運(yùn)載火箭在起飛、飛行和分離時所產(chǎn)生的過載、振動、噪聲和沖擊等；火箭接口的限制：兩者之間的機(jī)、電、熱接口應(yīng)協(xié)調(diào)，同時還要滿足電磁兼容性要求等。,機(jī)械接口（1）衛(wèi)星對接環(huán)（2）衛(wèi)星適配器（3）星箭壓點(diǎn)

27、開關(guān)（4）星箭連接包帶,航天器總體設(shè)計(jì),機(jī)械接口（1）衛(wèi)星對接環(huán)衛(wèi)星對接環(huán)尺寸為660mm,高度80mm，通過衛(wèi)星適配器與運(yùn)載火箭相連。,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（2）衛(wèi)星適配器衛(wèi)星適配器上框?yàn)?60mm，高度為320mm。上框與衛(wèi)星對接環(huán)連接，下框與運(yùn)載火箭支撐艙連接。,航天器總體設(shè)計(jì),（3）衛(wèi)星與運(yùn)載火箭的壓點(diǎn)分離開關(guān),航天器總體設(shè)計(jì),（4）星箭連接包帶包括2段條帶，2個無污染爆炸螺栓，V型夾塊及限位裝置。,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),對整流罩的要求（1）整流罩內(nèi)有效空間,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體

28、設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),對整流罩的要求（2）操作窗口（3）透波要求,航天器總體設(shè)計(jì),（4）射前罩內(nèi)環(huán)境溫度射前整流罩內(nèi)應(yīng)具有調(diào)溫、調(diào)濕、通風(fēng)功能：溫度：155潔凈度：10萬級濕度：3055%（5）發(fā)射飛行階段壓力變化曲線整流罩內(nèi)靜壓變化不大于2500Pa/s。（6）發(fā)射飛行階段罩內(nèi)環(huán)境溫度整流罩內(nèi)壁及儀器對衛(wèi)星任何位置的輻射熱流密度均應(yīng)小于500W/m2，同時不允許氣流直接沖擊衛(wèi)星表面。,航天器總體設(shè)計(jì),對入軌精度、發(fā)射窗口及分離角速度的要求（1）軌道標(biāo)稱值平均軌道高度：791.0km軌道傾角：i=9

29、8.47偏心率：e=0.0降交點(diǎn)地方時：6:307:00（2）入軌精度半長軸偏差：|a|5km（3）偏心率偏差：e0.0035（3）軌道傾角偏差：|i|0.1（3）（3）發(fā)射窗口最大發(fā)射窗口小于30分鐘。,航天器總體設(shè)計(jì),（4）分離姿態(tài)角、角速度和速度要求|x|1.0/s(對應(yīng)于運(yùn)載坐標(biāo)系的z軸)|y|0.35/s(對應(yīng)于運(yùn)載坐標(biāo)系的x軸)|z|1.0/s(對應(yīng)于運(yùn)載坐標(biāo)系的y軸)（5）分離后瞬時的相對分離速度：相對分離速度：大于1m/s。（6）分離角度偏差要求：|x|1.5(對應(yīng)于運(yùn)載坐標(biāo)系的z軸)|y|1.5(對應(yīng)于運(yùn)載坐標(biāo)系的x軸)|z|1.5(對應(yīng)于運(yùn)載坐標(biāo)系的y軸),航天器總體設(shè)計(jì),

30、航天器總體設(shè)計(jì),電接口要求（1）星箭電導(dǎo)通要求衛(wèi)星與運(yùn)載火箭通過對接環(huán)實(shí)現(xiàn)等電位，接觸電阻小于10毫歐。（2）衛(wèi)星脫落插頭分離方式衛(wèi)星脫落插頭穿過運(yùn)載操作窗口與衛(wèi)星地面測試設(shè)備相連，衛(wèi)星脫落插頭在射前30分鐘由衛(wèi)星方進(jìn)行電分離。（3）星箭分離指令星箭分離指令、分離裝置供電由運(yùn)載火箭負(fù)載。（4）遙測信號運(yùn)載火箭提供衛(wèi)星分離遙測信號及星箭分離面處的力學(xué)環(huán)境遙測參數(shù)。,航天器總體設(shè)計(jì),飛行程序星箭分離后衛(wèi)星的測控時間。,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),環(huán)境與試驗(yàn)條件（1）基頻要求要求衛(wèi)星整體結(jié)構(gòu)頻率滿足：一階橫向基頻不小于30Hz，一階縱向基頻不小于60Hz，一階扭轉(zhuǎn)基頻不小于60Hz。（2）載荷條

31、件（3）低頻振動環(huán)境（4）隨機(jī)振動環(huán)境（5）噪聲環(huán)境（6）沖擊環(huán)境,航天器總體設(shè)計(jì),電磁兼容性及試驗(yàn)要求安全要求（1）在吊裝整流罩時，不得碰撞衛(wèi)星表面；（2）拋罩時，不得有異物撞擊衛(wèi)星；（3）運(yùn)載分離應(yīng)采用無污染火工裝置；（4）星箭分離時不發(fā)生碰撞；（5）箭上反推力火箭的燃?xì)獠坏梦廴拘l(wèi)星。,航天器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,2.衛(wèi)星與衛(wèi)星工程大系統(tǒng)中其他系統(tǒng)之間的接口2）航天發(fā)射場航天發(fā)射場由技術(shù)區(qū)和發(fā)射區(qū)及其相關(guān)部分組成。衛(wèi)星對技術(shù)區(qū)的總裝、測試及加注等使用的廠房尺寸，空氣環(huán)境，供電、氣、水、推進(jìn)劑，通信設(shè)備，電磁環(huán)境，安全等都有一定要求；衛(wèi)星對發(fā)射區(qū)吊裝、測

32、試、通信、塔架、電磁環(huán)境及氣象條件等也有一定要求。這些要求經(jīng)協(xié)調(diào)確定后就作為雙方的制約條件。發(fā)射場的地理緯度、運(yùn)載火箭射向限制(與運(yùn)載能力，火箭一、二級落點(diǎn)限制有關(guān))是衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)必須要考慮的約束條件。,發(fā)射場發(fā)射區(qū)布局,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),與發(fā)射塔架的接口,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,2.衛(wèi)星與衛(wèi)星工程大系統(tǒng)中其他系統(tǒng)之間

33、的接口3）航天測控網(wǎng)航天測控網(wǎng)與衛(wèi)星之間接口，如測控臺站的選用、覆蓋范圍、測控體制、測控性能指標(biāo)、測控程序、測控要求、無線電頻率選擇、鏈路特性等都要通過分析確定后作為雙方的制約條件。這些條件在衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)時必須保證。4）地面應(yīng)用系統(tǒng)地面應(yīng)用系統(tǒng)對各種應(yīng)用衛(wèi)星是不同的：對返回式衛(wèi)星，只是將衛(wèi)星回收的膠片和各種搭載實(shí)驗(yàn)品交給各自應(yīng)用部門處理和分析應(yīng)用；對傳輸型對地觀測衛(wèi)星，地面應(yīng)用系統(tǒng)需有接收衛(wèi)星無線電信息及其處理等設(shè)備；對通信衛(wèi)星，地面應(yīng)用系統(tǒng)需接收和發(fā)射無線通信信息，并與地面通信網(wǎng)連接。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,3.衛(wèi)星總體性能指標(biāo)分解與綜合1）衛(wèi)星總體性能指標(biāo)主要內(nèi)

34、容以靜止軌道三軸穩(wěn)定通信衛(wèi)星為例，衛(wèi)星總體性能參數(shù)主要內(nèi)容列于下表。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,3.衛(wèi)星總體性能指標(biāo)分解與綜合2）分析和綜合方法經(jīng)驗(yàn)法是根據(jù)過去總體設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和調(diào)研國內(nèi)外同類型衛(wèi)星的有關(guān)性能指標(biāo)，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行預(yù)先分解和綜合。經(jīng)驗(yàn)法一般用于任務(wù)分析階段和總體方案論證階段，如各分系統(tǒng)的儀器設(shè)備的質(zhì)量、功耗和尺寸等。分析法是研究每一個性能指標(biāo)與各有關(guān)分系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)，找出影響因素，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行合理分配和綜合的基本的科學(xué)方法。通過分析計(jì)算可得出合理而精確的性能指標(biāo)。在任務(wù)分析和方案論證階段也要用到分析

35、法。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,3.衛(wèi)星總體性能指標(biāo)分解與綜合2）分析和綜合方法協(xié)調(diào)法是對各種有關(guān)性能指標(biāo)和相關(guān)接口，通過與衛(wèi)星工程大系統(tǒng)及衛(wèi)星各分系統(tǒng)之間進(jìn)行技術(shù)協(xié)商和調(diào)整來確定。協(xié)調(diào)法在衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)全過程中自始至終都要用到，只不過是前期協(xié)調(diào)工作量大，而隨著衛(wèi)星研制進(jìn)展，協(xié)調(diào)量越來越少。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,4.方案優(yōu)選在找出滿足用戶使用技術(shù)要求的多個可行的衛(wèi)星總體技術(shù)方案后，就要對多個方案進(jìn)行分析、比較和評價。分析和比較的對象一般可分成兩個層次：第一層次：以多個衛(wèi)星總體方案為對象；第二層次：以分系統(tǒng)或總體相關(guān)項(xiàng)目（如軌道、構(gòu)型、承力主結(jié)

36、構(gòu)、回收方案、布局和總體性能參數(shù)等）為對象。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,4.方案優(yōu)選分析比較的因素包括：性能高低(如功能特性、質(zhì)量、功耗、體積等)；方案合理性（含可行性）；技術(shù)復(fù)雜程度（如零部件及活動部件數(shù)量、技術(shù)難度、工藝性等）；風(fēng)險度；銜接性(繼承性和擴(kuò)展性)；經(jīng)濟(jì)性；研制周期長短等。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),通信衛(wèi)星總體方案定性比較,空間飛行器總體設(shè)計(jì),返回式衛(wèi)星回收方案比較,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,4.方案優(yōu)選,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器

37、總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,5.總體優(yōu)化設(shè)計(jì)1）總體優(yōu)化設(shè)計(jì)的含義總體優(yōu)化設(shè)計(jì)是指從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)和要求，巧妙地運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，確定適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，使其對空間、時間、物質(zhì)、能量和信息的利用率最高，從而最優(yōu)地滿足人們的要求。2）總體優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則總體最優(yōu)的原則系統(tǒng)內(nèi)各分系統(tǒng)協(xié)調(diào)的原則系統(tǒng)和外部環(huán)境協(xié)調(diào)的原則合理處理備份的原則合理處理低概

38、率事件原則3）總體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,6.衛(wèi)星可行性總體方案論證報告總體方案論證報告一般包括以下內(nèi)容：前言(包括任務(wù)來源、任務(wù)定義、總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則等)；用戶使用技術(shù)要求；衛(wèi)星總體性能指標(biāo)；衛(wèi)星對衛(wèi)星工程系統(tǒng)間的基本接口；軌道選擇和軌道參數(shù)優(yōu)選；分系統(tǒng)組成及其基本方案概述；衛(wèi)星基本構(gòu)型(包括外形、內(nèi)部主承力部件和布局)初步設(shè)計(jì)；,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,6.衛(wèi)星可行性總體方案論證報告衛(wèi)星總體性能指標(biāo)(質(zhì)量、功耗、推進(jìn)劑、可靠性、精度、遙測參數(shù)和遙控指令等)初步分配；關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目確定；對可靠性、安全性和技術(shù)風(fēng)險(含備份措施、降

39、低技術(shù)風(fēng)險措施)基本估計(jì)；衛(wèi)星基本研制技術(shù)流程的制定；對衛(wèi)星研制經(jīng)費(fèi)和周期的基本估計(jì)(配合有關(guān)部門完成)；滿足用戶要求分析；對衛(wèi)星可行性方案的基本評價等。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,7.提出初步的分系統(tǒng)技術(shù)要求1）功能和性能指標(biāo)要求性能指標(biāo)要按衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)考慮的各種因素，合理地、全面地提出相關(guān)要求。如對地觀測衛(wèi)星有效載荷主要性能指標(biāo)有：相機(jī)分辨率、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)壓縮比、信息存貯容量等，此外，還有與衛(wèi)星其他分系統(tǒng)(或服務(wù)系統(tǒng))相關(guān)的性能指標(biāo)有：尺寸、質(zhì)量、功耗、壽命、可靠性、遙測參數(shù)、遙控指令等。除結(jié)構(gòu)和熱控制分系統(tǒng)外，一般功能要求要用功能方塊圖表示其功能和配置要求。

40、,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,7.提出初步的分系統(tǒng)技術(shù)要求2）接口要求各分系統(tǒng)的儀器設(shè)備需要通過總裝將它們安裝固定在衛(wèi)星的某個位置上；通過總體電路(配電器和電纜網(wǎng)等)將它們的電源和信息互相聯(lián)接起來；通過熱控制保證其工作溫度環(huán)境；同時要保證各種儀器設(shè)備的功能和性能正常發(fā)揮，并且相互不受干擾；最終保證衛(wèi)星整體的功能正常發(fā)揮。為此，對衛(wèi)星各分系統(tǒng)各個儀器設(shè)備的機(jī)、電、熱等接口進(jìn)行協(xié)調(diào)和設(shè)計(jì)，這項(xiàng)工作一直要延續(xù)到總體方案設(shè)計(jì)，甚至到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段才能最后完成。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,7.提出初步的分系統(tǒng)技術(shù)要求3）環(huán)境模擬試驗(yàn)要求衛(wèi)星對各種環(huán)境的適應(yīng)性要

41、求需在衛(wèi)星總體可行性方案論證階段提出初步要求。例如，不同軌道、不同壽命對電子器件抗輻射的要求是不同的。各儀器設(shè)備經(jīng)初樣詳細(xì)設(shè)計(jì)并制造出來后，要按照總體設(shè)計(jì)部門提出的環(huán)境模擬試驗(yàn)條件和要求進(jìn)行鑒定性考核，以驗(yàn)證其對真實(shí)環(huán)境的適應(yīng)能力。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)星可行性總體方案論證,8.關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的目的在于掌握這些技術(shù)，或者證明這些技術(shù)肯定可以通過設(shè)計(jì)制造和試驗(yàn)工作而被掌握，從而可以在衛(wèi)星總體方案中選用。關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)往往要通過反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證才能得出明確結(jié)論，花費(fèi)較多的人、財(cái)、物力和時間。因此，在設(shè)計(jì)衛(wèi)星時一般都力求減少關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目、減少技術(shù)攻關(guān)工作。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.3衛(wèi)

42、星可行性總體方案論證,9.總體方案的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑通過已有成熟衛(wèi)星平臺（公用平臺）進(jìn)行適應(yīng)性改造。繼承已有成熟分系統(tǒng)或有效載荷。繼承成熟技術(shù)。引進(jìn)國外成熟設(shè)備、部件、器件、材料。研制新的衛(wèi)星平臺。,基于公用平臺的設(shè)計(jì)方案,航天器總體設(shè)計(jì),基于公用平臺的設(shè)計(jì)方案（適應(yīng)軌道方案變化）,航天器總體設(shè)計(jì),基于公用平臺的設(shè)計(jì)方案（適應(yīng)有效載荷變化）,航天器總體設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)實(shí)例俄美載人航天器總體方案比較,空間飛行器總體設(shè)計(jì),俄美載人航天總體方案的比較（1）載人航天器總體布局比較；（2）發(fā)射逃逸方案比較；（3）宇航員出艙方案比較；（4）返回艙方案比較；（5）返回艙再入大氣層后開傘方案比較；（6）返回艙著陸方案比

43、較；（7）空間站及月球探測航天器方案比較；（8）新一代載人航天器總體方案比較。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),（一）載人航天器總體布局比較,空間飛行器總體設(shè)計(jì),東方號載人飛船,空間飛行器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),前蘇聯(lián)第三代載人飛船聯(lián)盟號,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),美國第三代載人飛船阿波羅飛船,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（二）發(fā)射逃逸方案比較,前蘇聯(lián)第一代載人飛船東方號,航天器總

44、體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（三）宇航員出艙方案比較,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),前蘇聯(lián)第二代載人飛船上升號,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),美國第二代載人飛船雙子星座飛船,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（四）返回艙方案比較,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天

45、器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（五）再入大氣層后開傘方案比較,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（六）返回艙著陸方案比較,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),雙子星座飛船濺落,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（七）空間站及月球探測航天器方案

46、比較,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),聯(lián)盟飛船與禮炮號空間站對接,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),阿波羅飛船與空間實(shí)驗(yàn)室對接,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),阿波羅飛船與登月艙,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),阿波羅飛船與聯(lián)盟飛船空間對接,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),（八）新一代載人航天器總體方案比較,俄羅斯“快船”總體方案,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),俄羅斯“快船

47、”總體方案,航天器總體設(shè)計(jì),俄羅斯“快船”總體方案,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),俄羅斯“快船”總體方案,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),俄羅斯新一代載人飛船“羅斯”號,航天器總體設(shè)計(jì),俄羅斯新一代載人飛船“羅斯”號的返回艙,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),美國“獵戶座”飛船總體方案,航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總

48、體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),航天器總體設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),1.總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：衛(wèi)星總體方案的確定；衛(wèi)星分系統(tǒng)組成及其技術(shù)要求；衛(wèi)星總體性能指標(biāo)正式確定；幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算；軌道或星座設(shè)計(jì)；衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計(jì)；衛(wèi)星初樣和正樣研制技術(shù)流程制定；完成關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目攻關(guān)；其他設(shè)計(jì)。,4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),2.衛(wèi)星總體性能參數(shù)1）衛(wèi)星質(zhì)量特性衛(wèi)星質(zhì)量特性參數(shù)，通常包括衛(wèi)星質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量等。2）衛(wèi)星軌道特性衛(wèi)星軌道是指衛(wèi)星從運(yùn)載火箭末

49、級推力中止時到衛(wèi)星返回地面(或隕落)之前，衛(wèi)星質(zhì)心運(yùn)動的軌跡。衛(wèi)星軌道特性參數(shù)的選擇是根據(jù)衛(wèi)星的使命，如何合理選取描述衛(wèi)星運(yùn)行的六個軌道要素，從而決定衛(wèi)星的軌道形狀、大小以及衛(wèi)星在空間運(yùn)動的方向和飛行時間。,4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),2.衛(wèi)星總體性能參數(shù)3）衛(wèi)星電源功率電源功率就是發(fā)電裝置在衛(wèi)星在軌運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的電能供保障分系統(tǒng)和有效裁荷使用。電源功率的大小是由衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中，根據(jù)有效載荷的種類、方案以及保障分系統(tǒng)的組成、方案提出的供電功率要求來研究確定。4）衛(wèi)星姿態(tài)控制參數(shù)衛(wèi)星姿態(tài)控制精度參數(shù)完全是根據(jù)衛(wèi)星有效載荷工作時的要求確定的。,4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),空間飛行

50、器總體設(shè)計(jì),2.衛(wèi)星總體性能參數(shù)5）衛(wèi)星可靠性參數(shù)衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì)時，根據(jù)用戶提出的任務(wù)要求，必須確定所設(shè)計(jì)整星的可靠性指標(biāo)。6）衛(wèi)星著陸速度返回式衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)時，必須明確規(guī)定它返回地面時的著陸速度。不論是回收什么樣的有效載荷，總是要求在著陸的瞬間，沖擊小，對有效載荷的影響要最小，使有效載荷不易著陸而損壞。7）有效載荷衛(wèi)星任務(wù)不同，它的有效載荷也不同。衛(wèi)星有效載荷性能參數(shù)的選擇，是衛(wèi)星總體方案可行性論證是否能完成用戶提出的任務(wù)要求的最主要參數(shù)。,4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算1）衛(wèi)星質(zhì)量預(yù)算衛(wèi)星總質(zhì)量M0為M0MGMT式中，M

51、G衛(wèi)星的干質(zhì)量；MT衛(wèi)星推進(jìn)劑的質(zhì)量。其中，衛(wèi)星干質(zhì)量MG和分配到各分系統(tǒng)及總裝直屬件的質(zhì)量Mi可用下式計(jì)算：MP平衡質(zhì)量；MY余量。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算1）衛(wèi)星質(zhì)量預(yù)算由于平衡質(zhì)量和余量又與各分系統(tǒng)儀器設(shè)備及總裝直屬件質(zhì)量之和有關(guān)，所以上式又可表示為式中：i衛(wèi)星分系統(tǒng)儀器設(shè)備和總裝直屬件號數(shù)；n衛(wèi)星分系統(tǒng)儀器設(shè)備和總裝直屬件總數(shù)；kp平衡質(zhì)量分配系數(shù)(一般取0.02左右)；kY余量分配系數(shù)(一般取0.050.10)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算2

52、）衛(wèi)星功率指標(biāo)預(yù)算總體設(shè)計(jì)中進(jìn)行功率預(yù)算時，首先將各儀器設(shè)備功耗按性質(zhì)分成長期、短期、大電流脈沖等幾類負(fù)載。大電流脈沖負(fù)載：特點(diǎn)是負(fù)載電流很大（功率也很大），時間很短，因此消耗蓄電池的安時容量很小，可直接引到蓄電池供電。如電爆閥門、爆炸螺栓、電磁閥、火工索等。短期負(fù)載：特點(diǎn)是時間短，可按時間順序盡量錯開，降低用電高峰，有時短期負(fù)載也可使用蓄電池。對地觀測傳輸型衛(wèi)星的一些有效載荷功率很大，但不是長期工作，可用主陣、充電陣和蓄電池同時供電。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算2）衛(wèi)星功率指標(biāo)預(yù)算光照期間總負(fù)載需求由下式給出式中：P總負(fù)荷；PC長期工作設(shè)備總負(fù)

53、載；PD某時期短期工作設(shè)備重疊負(fù)載；PCi第i個長期工作設(shè)備的功耗；nC長期工作設(shè)備數(shù)量；PDj第j個短期工作設(shè)備的功耗；nD短期工作設(shè)備同時工作的重疊數(shù)；儀器設(shè)備功率轉(zhuǎn)換效率(包括直流變換器、充放電控制器等)；P分配余量。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),衛(wèi)星電源供電可有下列3種模式：總負(fù)載功率低于太陽電池陣主陣產(chǎn)生的功率（圖中t1）?？傌?fù)載功率高于太陽電池陣主陣產(chǎn)生的功率，但低于主陣加充電陣的總輸出功率（圖中t2）?？傌?fù)載功率高于太陽電池陣主陣加充電陣產(chǎn)生的功率。圖中t3時間，就是這種模式。,光照區(qū)最大功率預(yù)算示意圖,PC長期工作設(shè)備總負(fù)載；PDi某時期短期工作設(shè)備重疊負(fù)載。,

54、空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算3）體積尺寸分配各分系統(tǒng)的儀器設(shè)備外形尺寸要盡量小，即內(nèi)部結(jié)構(gòu)安排要緊湊。各儀器設(shè)備外形一般要設(shè)計(jì)成長方體，這樣可充分利用星內(nèi)空間，也有利于儀器設(shè)備外殼的制造。外伸部件尺寸較大時，要設(shè)計(jì)成可折疊和展開的結(jié)構(gòu)。對儀器設(shè)備的安裝尺寸（包括安裝耳片位置尺寸、連接孔尺寸等）、儀器接插件的位置及外伸形體尺寸提出要求，以控制儀器設(shè)備所占星內(nèi)體積并保證安裝、操作的開敞性和連接強(qiáng)度等要求。各分系統(tǒng)的儀器設(shè)備應(yīng)根據(jù)其功能特性適當(dāng)分塊，不能過于分散，也不能尺寸過大。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算

55、4）精度指標(biāo)分配總體設(shè)計(jì)制定衛(wèi)星性能指標(biāo)時，要考慮允許的誤差，以保證衛(wèi)星的功能和技術(shù)指標(biāo)要求在一定的誤差情況下能夠得到滿足。5）推進(jìn)劑預(yù)算在衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中，首先對入軌軌道參數(shù)誤差、軌道機(jī)動、姿態(tài)調(diào)整和軌道攝動等進(jìn)行分析，計(jì)算出所需速度增量V，并計(jì)算出所需推進(jìn)劑質(zhì)量。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算6）散熱預(yù)算衛(wèi)星在總體方案設(shè)計(jì)早期要分析衛(wèi)星各分系統(tǒng)儀器設(shè)備的散熱量，提出衛(wèi)星散熱面布局和總散熱能力要求；最后對儀器設(shè)備做散熱分配，并留有一定的余量。7）壽命指標(biāo)分配衛(wèi)星壽命一般分為設(shè)計(jì)壽命、在地面貯存壽命、在軌存活等待壽命和在軌工作壽命。,空間飛行器總體設(shè)

56、計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算7）壽命指標(biāo)分配對于在軌長期工作的無活動部件的儀器設(shè)備要求其設(shè)計(jì)壽命大于衛(wèi)星在軌工作壽命?？捎孟铝嘘P(guān)系表示：TijTWGi=l,2,n；j=1,2,m式中：Tij第i個分系統(tǒng)中第j儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命；i分系統(tǒng)號數(shù)；j儀器設(shè)備號數(shù)；n分系統(tǒng)總數(shù)；m分系統(tǒng)中的儀器設(shè)備的總數(shù)；TWG用戶要求的衛(wèi)星在軌工作壽命。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算7）壽命指標(biāo)分配對于在整個衛(wèi)星工作壽命期間間歇工作的儀器設(shè)備可用下列關(guān)系式表示：TkG+TkJTWGk=1,2,q式中：TkG衛(wèi)星中第k個儀器設(shè)備在軌工作時間；

57、TkJ衛(wèi)星中第k個儀器設(shè)備在軌間歇時間；k衛(wèi)星中間歇工作的儀器設(shè)備號數(shù)；q衛(wèi)星中間歇工作的儀器設(shè)備總數(shù)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算7）壽命指標(biāo)分配對于在軌具有活動部件的設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命要求如下：TlHS=fTlHGl=l,2,p式中：TlHS衛(wèi)星中第l個活動部件設(shè)計(jì)及地面試驗(yàn)壽命(或次數(shù))；TlHG衛(wèi)星中第l活動部件在軌工作壽命(或次數(shù))；l衛(wèi)星中活動部件號數(shù)；p衛(wèi)星中活動部件總數(shù)；f安全系數(shù)，一般取1.53.0（倍）。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算8）可靠性指標(biāo)分配整星的可靠性數(shù)學(xué)模型基本上都是簡單的串聯(lián)系統(tǒng)。若有效載荷為多任務(wù)時，包括衛(wèi)星通信有多個轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量時，有效載荷是否采用并聯(lián)模型要與用戶商定。衛(wèi)星串聯(lián)系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型表示為：式中：RW衛(wèi)星系統(tǒng)級的可靠性；Ri第i個分系統(tǒng)的可靠性；n分系統(tǒng)總數(shù)。,空間飛行器總體設(shè)計(jì),4.4衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì),3.幾個典型的總體性能指標(biāo)預(yù)算8）可靠性指標(biāo)分配如果衛(wèi)星的可靠性指標(biāo)RW預(yù)測結(jié)果低于用戶規(guī)定的指標(biāo)，則衛(wèi)星總體需對各分系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)Ri進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的原則是根據(jù)各分系統(tǒng)及其儀器設(shè)備的復(fù)雜程度和技術(shù)成熟程度確定各分系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)ki?？傮w與分系統(tǒng)經(jīng)多次協(xié)商調(diào)整