具体描述
内容介绍
本书围绕航天器系统设计主题，基于型号研制流程，梳理了系统设计方法，重点从任务分析、总体方案设计、外部接口设计、构形及总装设计、试验验证等航天器研制中的关键环节进行了详细阐述，同时对型号研制过程中必要的轨道设计、环境因素影响、可靠性设计保证、动力学分析等内容进行了概述，此外对提升系统设计效能的数字化环境及方法进行了综述。 本书适合有志成为航天设计师的研究生、有航天工程经验的工程师及*级管理人员参考和阅读。
作者介绍
张庆君，博士，研究员，博士生导师。历任中国空间技术研究院总体部载人飞船总体室主任、载人飞船副总设计师、“资源一号”系列卫星总设计师、“海洋二号”卫星总设计师和“高分三号”卫星总设计师。长期从事航天器总体设计、卫星遥感等技术研究工作，参与了“神舟一号”到“神舟六号”飞船的研制和飞行试验，主持研制并成功发射了“资源一号”02B卫星、“资源一号”02C卫星、“资源一号”03/04卫星、“海洋二号”卫星和“高分三号”卫星等多颗遥感卫星。获得国家科技进步奖特等奖、国家发明奖一等奖、国防科技进步奖一等奖等多项奖励，2009年入选“新世纪百千万人才”*家级人选，2014年入选国家“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才。 刘杰，博士，中国空间技术研究院研究员。历任中国空间技术研究院总体部微波遥感卫星总体研究室主任和环境与态势感知监测总体室主任。长期从事航天器系统设计和卫星遥感技术的研究工作，曾担任“海洋二号”卫星总体副主任设计师、“高分三号”卫星总体主任设计师及多项系统级型号论证和设计的技术负责人。
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目录
第 1章 绪论001
1.1 航天器系统工程的定义003
1.2 航天器系统工程的发展006
1.3 航天工程系统010
1.4 航天器系统012
1.5 航天器系统设计的概念016
1.5.1 系统设计思维的基本观念016
1.5.2 航天器系统设计的内涵021
1.5.3 航天器系统设计的基本原则023
1.6 航天器系统设计的特殊要求025
第 2章 航天器系统设计方法及流程029
2.1 航天器系统设计方法030
2.1.1 系统设计程序030
2.1.2 系统设计通用框架035
2.2 航天器系统研制阶段037
2.3 航天器系统通用设计流程040
2.3.1 概念性论证阶段流程040
2.3.2 方案设计阶段流程044
2.3.3 初样研制阶段流程049
2.3.4 正样研制阶段流程055
2.4 航天器总体设计标准体系060
2.5 航天器总体设计工具软件体系062
第3章 航天器环境影响分析064
3.1 航天器地面环境及影响065
3.1.1 地面自然环境065
3.1.2 地面制造环境066
3.1.3 地面操作环境066
3.1.4 地面贮存环境066
3.1.5 地面运输环境067
3.2 航天器发射环境及影响069
3.2.1 发射过程中的力学环境069
3.2.2 发射过程中其他环境071
3.3 航天器在轨运行环境及影响073
3.3.1 在轨空间环境073
3.3.2 在轨热环境085
3.3.3 在轨力学环境087
3.4 航天器空间环境效应及防护设计093
3.4.1 空间环境影响093
3.4.2 空间带电粒子的辐射效应094
3.4.3 大气与真空环境防护设计要求097
3.4.4 太阳紫外辐射防护设计要求097
3.4.5 带电粒子辐射防护设计要求098
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 *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
用户评价
第九段评价： 我一直认为，真正的知识，不仅在于“是什么”，更在于“为什么”和“怎么做”。《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，在我看来，就是这样一本极具深度和启发性的作品。它不仅仅是在介绍航天器系统设计的“是什么”，更是在深入剖析“为什么”需要如此设计，以及“怎么做”才能实现最优解。作者的分析非常到位，逻辑严谨，让我能够理解每一个设计决策背后的考量。而当读到“互联网+”与空间技术结合的部分时，更是让我眼前一亮。这不仅仅是技术的叠加，更是一种思维的碰撞和模式的创新。它让我看到了，如何利用互联网的连接性和数据处理能力，极大地提升了空间技术的应用效率和价值。书中丰富的案例，让我能够更直观地感受到这种结合所带来的巨大潜力，例如如何通过互联网平台，实现对全球环境的实时监测和预警，如何利用卫星数据，推动智慧农业的发展。这种前瞻性的思考和对未来趋势的把握，让我对这本书的价值有了更深的认识。
第六段评价： 我是一个对太空探索充满无限向往的人，虽然我不是专业人士，但一直渴望能够更深入地了解航天器背后的故事。《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，绝对满足了我对知识的渴求，并且远超预期。它的内容不仅仅是冰冷的科学原理，更充满了故事性和人情味。作者以一种非常平实却又不失深刻的语言，将航天器系统的设计过程娓娓道来。从最初的设想到最终的实现，每一个环节都凝聚着无数人的心血和智慧。而书中对“互联网+”与空间技术结合的探讨，更是让我耳目一新。我之前总觉得，航天技术是高高在上的，但这本书让我看到了它如何与我们的生活紧密相连。通过互联网，卫星数据可以被实时分析，应用于气象预报、灾害监测、交通管理等多个领域，这些都极大地便利了我们的生活。书中的案例分析，让我看到了科技的实际应用价值，也让我对中国的航天事业有了更直观的认识。它让我明白，航天不仅仅是探索宇宙，更是服务于人类社会进步的重要力量。
第十段评价： 长期以来，我对那些能够代表国家科技最高水平的“国之重器”都充满了敬意和好奇。而《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，无疑是我接触到的关于航天领域最全面、最深刻的读物之一。它以一种宏大叙事的视角，展现了中国航天器系统设计的辉煌成就，同时也以前瞻性的目光，探讨了“互联网+”与空间技术融合所带来的无限可能。我尤其喜欢书中关于系统设计部分的论述，作者并没有使用过于晦涩的语言，而是将复杂的概念拆解开来，娓娓道来，让我这个非专业读者也能理解其中的精妙之处。而“互联网+”与空间技术结合的部分，更是让我看到了一个更加智能、互联的未来。它让我明白，航天技术不再是高不可攀的科学实验室项目，而是已经深入到我们生活的方方面面，并且正在通过互联网，以前所未有的方式改变着我们的世界。这本书让我对中国的科技创新能力有了更深的认识，也让我对未来的科技发展充满了期待。
第五段评价： 我一直对“国之重器”这个词汇有着特殊的感情，它代表着一个国家的实力和科技水平。而《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，正是这样一部展现中国航天实力、探讨未来发展方向的力作。我尤其钟情于其中关于“互联网+”与空间技术结合的部分。这部分内容，不仅仅是技术上的探讨，更是一种理念的革新。它打破了许多人对航天技术高高在上的固有认知，让我看到了航天技术如何深入到我们生活的方方面面，如何与我们息息相关。书中的例子非常生动，比如如何利用卫星数据结合互联网平台，进行精准农业、智慧城市建设，甚至是在偏远地区提供可靠的通信服务。这些都让我真切地感受到，科技的力量正在改变世界，而航天技术，在互联网的加持下，正变得更加普惠、更加高效。它让我对未来充满了憧憬，也对我们国家在航天领域的投入和发展感到由衷的自豪。这本书不仅仅是专业人士的案头必备，更是每一个关心国家发展、对未来科技充满好奇的读者都应该阅读的佳作。
第七段评价： 在我看来，一本真正优秀的科技书籍，不仅要讲解理论，更要展现实践的魅力，并且能引领读者思考未来。《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，恰恰做到了这一点。它在航天器系统设计的深度剖析上，无可挑剔，每一个环节的阐述都恰到好处，让我这个非专业人士也能窥见其中的奥秘。但更让我激动的是，它将“互联网+”的概念巧妙地融入其中，描绘了一幅充满活力的未来图景。我一直认为，科技的进步最终要服务于人类，而互联网与空间技术的结合，正是实现这一目标的绝佳范例。书中对如何利用互联网技术，优化航天器的性能、拓展其应用范围的分析，让我深受启发。它不仅仅是理论的堆砌，更是对未来发展方向的有力探索。它让我看到了，一个更加智能、高效、互联的太空时代正在向我们走来，而中国，正走在这场变革的前沿。这本书让我对科技的未来充满了希望，也让我更加关注那些致力于推动社会进步的创新力量。
第二段评价： 老实说，拿到这本书之前，我并没有抱太大的期望，以为又是那种晦涩难懂的科普读物，充其量能了解一些皮毛。但事实证明，我错了，而且错得离谱。这本书的震撼程度，远超我的想象。它不仅仅是关于航天器设计，更像是一部关于智慧、创新和坚持的史诗。作者的笔触非常细腻，将无数个“不可能”变成“可能”的历程，刻画得淋漓尽致。书中对于“互联网+”与空间技术融合的探讨，更是让我眼前一亮，颠覆了我过去对航天技术的认知。我一直以为航天就是发射火箭、卫星，是科学家们的“阳春白雪”，但这本书告诉我，它早已与我们的日常生活息息相关，并且正在以前所未有的速度向我们靠近。“互联网+”的赋能，让航天技术的应用场景变得更加丰富多彩，无论是精准农业、智慧交通，还是灾害预警、环境保护，都离不开空间技术的支撑，而互联网的连接，更是将这些能力放大了无数倍。读这本书，我仿佛看到了一个由数据驱动、智能响应的未来世界，而航天技术正是这个未来世界的基石。书中详尽的分析，让我理解了其中的逻辑和可行性，而不是简单地停留在概念层面。这是一种思维的革新，让我对未来的发展方向有了更清晰的认识。
第四段评价： 作为一名在相关行业工作多年的从业者，我深知航天器系统设计的复杂性和挑战性。然而，当我翻开《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书时，我仍然被其深度和广度所震撼。作者在系统设计方面的论述，严谨且条理清晰，从宏观的总体设计原则，到微观的部件选型与集成，每一个细节都透露出作者深厚的专业功底。但更让我惊喜的是，本书并没有仅仅停留在传统的设计层面，而是将目光聚焦于“互联网+”与空间技术的融合。这部分内容，可以说是我在其他同类书籍中鲜有看到的。它为我们展现了如何利用大数据、云计算、人工智能等互联网技术，来优化航天器的设计、运行和管理，甚至拓展其应用边界。这对于提升航天系统的智能化水平、降低运行成本、提高任务效率，都具有里程碑式的意义。书中的一些创新性观点，让我深受启发，也为我今后的工作提供了新的思路和方向。它让我看到了，传统航天工程与新兴互联网技术结合所产生的巨大能量，也让我对中国航天事业的未来发展充满期待。
第一段评价： 这本书简直就是一本打开了新世界大门的钥匙！我一直对航天领域充满了好奇，但总觉得它离我们很遥远，充斥着各种专业术语，让人望而却步。然而，《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，以一种极其生动、易懂的方式，将庞大复杂的航天器系统设计过程展现在我面前。它不像那些枯燥的技术手册，而是像一位经验丰富的工程师，娓娓道来，从最初的概念构思，到详细的系统分解，再到各个子系统的协同工作，每一个环节都剖析得鞭辟入里。我尤其被书中对“互联网+”与空间技术结合的部分所吸引，它打破了我对传统航天技术的刻板印象，让我看到了一个更加智能、互联的未来空间探索图景。书中不仅有理论的深度，更有实践的广度，通过大量的案例分析，我仿佛亲身参与到了每一次航天任务的设计与实施中。它让我明白，一个看似微小的部件，都可能蕴含着巨大的智慧和精密的计算。读完这本书，我不再只是一个旁观者，而是对航天事业有了更深层次的理解和敬畏。它激发了我进一步探索的欲望，让我开始思考，在未来，普通人如何也能参与到这场伟大的事业中来。这种知识的启迪，以及思维的拓展，是任何其他读物都无法给予我的。它让我看到了科技进步的无限可能，也让我对中国的航天事业充满了信心与骄傲。
第八段评价： 作为一名对中国航天发展一直保持高度关注的读者，我一直渴望能有一本书，能够系统地介绍我国在航天器系统设计领域的成就，并展望未来的发展方向。《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，完全满足了我的这一期待。它不仅仅是一本技术手册，更是一部关于中国航天精神的记录。书中对航天器系统设计的讲解，深入浅出，让我能够理解其中复杂的技术细节。但最令我印象深刻的，还是书中关于“互联网+”与空间技术结合的部分。这部分内容，展现了中国航天技术的最新发展趋势，也让我看到了科技如何赋能于社会。我之前可能对航天技术的理解比较片面，但这本书让我看到了它在现代社会中的广泛应用，从智慧交通到精准医疗，再到环境保护，都离不开空间技术和互联网的协同作用。它让我对中国航天事业的未来发展充满了信心，也让我对科技创新在促进社会进步中的作用有了更深刻的认识。
第三段评价： 我是一个对科技发展始终保持高度敏感的爱好者，尤其关注那些能够改变人类生活方式的颠覆性技术。《国之重器出版工程 航天器系统设计 空间技术与科学研究丛书 互联网＋与空间技术的结合》这本书，可以说是我近期阅读体验中最令人振奋的一本。它不仅仅是一本关于航天器系统设计的著作，更是一份关于未来趋势的深度洞察报告。书中对“互联网+”与空间技术结合的论述，极具前瞻性。我一直认为，航天技术的高精尖属性，让它似乎与普通人渐行渐远，但这本书彻底打破了我的这种观念。它清晰地展示了，如何通过互联网的手段，将原本遥不可及的航天技术，转化为服务于社会、便利于民生的强大工具。从无人机巡检、遥感数据分析，到智能导航、精准定位，再到全球通信网络覆盖，这些都离不开“互联网+”与空间技术的深度融合。书中的案例分析，更是让我大开眼界，了解到许多我从未想象过的应用场景。它不仅让我看到了科技的进步，更让我看到了科技所带来的价值和社会效益。它让我意识到，我们正处在一个技术飞速发展的时代，而航天技术，尤其是与互联网结合后的航天技术，将是驱动这个时代前进的重要引擎。