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內(nèi)容簡介

　　本書基于我國小衛(wèi)星事務(wù)管理技術(shù)（簡稱星務(wù)技術(shù)）二十多年的成功經(jīng)驗和創(chuàng)新內(nèi)涵，將其推廣到整個小微衛(wèi)星的設(shè)計、制造和運行應(yīng)用中，建立另一種新型衛(wèi)星體系架構(gòu)，稱之謂“星務(wù)小衛(wèi)星”。目前，國內(nèi)許多小衛(wèi)星都是依據(jù)它，在星上建立了星務(wù)系統(tǒng)。由于它的存在，使得復(fù)雜的衛(wèi)星制造可以簡化，使得星上的許多分系統(tǒng)“虛擬化”，部分硬件功能被軟件功能替代，設(shè)備的功能可以軟件定義，帶來衛(wèi)星運行管理的靈話性。同時，基于星務(wù)管理技術(shù)，使得衛(wèi)星分系統(tǒng)、星上設(shè)備容易模塊化，使其與衛(wèi)星總體的接口和信息交換方便，帶來總體與分系統(tǒng)的協(xié)調(diào)融合，整星運行有序無沖突。此外，本書還提出了一些企圖在小微衛(wèi)星工程中采用的部分新技術(shù)的不同設(shè)想或猜想，借以“拋磚引玉”促進小微衛(wèi)星工程的進步。

作者簡介

　　李孝同研究員，小微衛(wèi)星總體設(shè)計專家，任職于中科院衛(wèi)星設(shè)計院、中國空間技術(shù)研究院總體部、東方紅衛(wèi)星公司等科研院所。首次提出小衛(wèi)星星務(wù)管理系統(tǒng)的概念，并在我國**顆現(xiàn)代小衛(wèi)星上建立統(tǒng)一的信息系統(tǒng)；在多顆衛(wèi)星的電源系統(tǒng)、測試設(shè)備、星務(wù)系統(tǒng)等設(shè)備工作中獲得多項國防科工委科技進步獎。施思寒航天東方紅衛(wèi)星有限公司研究員，先后在公司總體設(shè)計部、研發(fā)中心、科學(xué)與技術(shù)試驗項目辦等部門工作，參加小微衛(wèi)星的總體設(shè)計工作。主持開發(fā)了“希望一號”“希望二號”“珠海一號”等衛(wèi)星的研制工作。在預(yù)研、星務(wù)系統(tǒng)方面獲得多次國防科工委的獎項。李捷工程師，任職于航天五院總體部，參加過各種衛(wèi)星、飛船、火星著陸車的設(shè)備試驗工作，先后攻克離心狀態(tài)下瞬態(tài)沖擊信號采集、產(chǎn)品供油/供氣等關(guān)鍵技術(shù)，完成多項特殊試驗任務(wù)，在國內(nèi)離心試驗領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

圖書目錄

第１章　緒　論…………………………………………………………………… 001
１．１　小微衛(wèi)星的出現(xiàn)……………………………………………………… 002
１．２　小微衛(wèi)星需求分析…………………………………………………… 005
１．３　國外小微衛(wèi)星發(fā)展概況……………………………………………… 008
１．３．１　美國小微衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………… 008
１．３．２　歐洲小微衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………… 016
１．３．３　亞洲小微衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………… 023
１．４　我國小微衛(wèi)星發(fā)展概況……………………………………………… 028
１．４．１　“ 希望一號” 衛(wèi)星………………………………………… 029
１．４．２　“ 希望二號” 衛(wèi)星………………………………………… 030
１．４．３　“ 珠海一號” 衛(wèi)星………………………………………… 032
１．４．４　“ 創(chuàng)新一號” ／ “ 向日葵一號” 衛(wèi)星…………………… 034
１．４．５　“ 皮星一號” ／ “ 皮星二號” 衛(wèi)星……………………… 035
１．４．６　“ 天拓” 系列衛(wèi)星………………………………………… 036
１．４．７　“ 紫丁香” 系列…………………………………………… 037
１．５　小微衛(wèi)星的特點……………………………………………………… 038
第２章　小微衛(wèi)星工程系統(tǒng)概論……………………………………………… 043
２．１　小微衛(wèi)星的航天任務(wù)工程系統(tǒng)……………………………………… 044
２．１．１　航天任務(wù)工程系統(tǒng)………………………………………… 044
２．１．２　小微衛(wèi)星的航天任務(wù)的特點……………………………… 047
２．１．３　小微衛(wèi)星的航天任務(wù)的目標……………………………… 049
２．２　小微衛(wèi)星自動化技術(shù)………………………………………………… 050
２．２．１　衛(wèi)星自動化技術(shù)的內(nèi)容…………………………………… 050
２．２．２　衛(wèi)星自動化系統(tǒng)的發(fā)展階段……………………………… 053
２．２．３　小微衛(wèi)星自動化系統(tǒng)的進展……………………………… 058
２．３　小微衛(wèi)星工程及其進展……………………………………………… 061
２．３．１　小微衛(wèi)星工程……………………………………………… 061
２．３．２　小微衛(wèi)星的發(fā)展…………………………………………… 061
２．４　小微衛(wèi)星在航天任務(wù)中可承擔的角色…………………………… 067
２．４．１　作為空間的觀察平臺……………………………………… 067
２．４．２　作為空間的中繼站………………………………………… 067
２．４．３　作為空間基準點…………………………………………… 067
２．４．４　作為無人空間試驗室……………………………………… 068
２．４．５　作為空間星群組合體……………………………………… 069
２．５　小微衛(wèi)星總體設(shè)計…………………………………………………… 071
２．５．１　小微衛(wèi)星是一個復(fù)雜系統(tǒng)………………………………… 072
２．５．２　小微衛(wèi)星總體工作的基本方法…………………………… 077
２．５．３　總體部的設(shè)計工作：總體設(shè)計…………………………… 085
２．５．４　小微衛(wèi)星總體設(shè)計過程的流程再造……………………… 095
第３章　近地空間環(huán)境對小微衛(wèi)星的影響…………………………………… 101
３．１　地球引力場…………………………………………………………… 103
３．１．１　地球引力場對運行軌道的影響…………………………… 103
３．１．２　地球引力場對衛(wèi)星姿態(tài)的影響…………………………… 109
３．２　地磁場………………………………………………………………… 113
３．２．１　地磁場模型…………………………………………………… 113
３．２．２　地磁場對航天器的影響…………………………………… 116
３．２．３　地磁場在航天器姿態(tài)測量和控制方面的應(yīng)用…………… 118
３．２．４　減少航天器剩磁矩的控制方法…………………………… 124
３．３　地球大氣……………………………………………………………… 125
３．３．１　標準大氣……………………………………………………… 126
３．３．２　地球大氣對航天器飛行軌道的影響……………………… 127
３．３．３　地球大氣對航天器姿態(tài)的影響…………………………… 131
３．４　電離層環(huán)境…………………………………………………………… 132
３．４．１　電離層及其對航天任務(wù)的影響…………………………… 132
３．４．２　短波電磁波在航天任務(wù)中的應(yīng)用猜想…………………… 136
第４章　星務(wù)小微衛(wèi)星概述……………………………………………………… 139
４．１　星務(wù)小微衛(wèi)星的體系結(jié)構(gòu)…………………………………………… 141
４．１．１　星務(wù)小微衛(wèi)星的硬件體系結(jié)構(gòu)…………………………… 141
４．１．２　星務(wù)小微衛(wèi)星的軟件體系結(jié)構(gòu)…………………………… 145
４．２　星務(wù)小微衛(wèi)星的元技術(shù)……………………………………………… 147
４．２．１　內(nèi)嵌式技術(shù)…………………………………………………… 147
４．２．２　封裝技術(shù)……………………………………………………… 155
４．２．３　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)……………………………………………………… 157
４．２．４　虛擬化技術(shù)…………………………………………………… 158
４．２．５　核心芯片技術(shù)……………………………………………… 161
４．３　星務(wù)小微衛(wèi)星組成之一：星務(wù)系統(tǒng)……………………………… 161
４．３．１　星務(wù)系統(tǒng)的定義…………………………………………… 161
４．３．２　星務(wù)系統(tǒng)的基本設(shè)計思想………………………………… 163
４．３．３　星務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展階段……………………………………… 165
４．３．４　星務(wù)系統(tǒng)的組成…………………………………………… 170
４．３．５　星務(wù)系統(tǒng)的功能…………………………………………… 172
４．３．６　星務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)特點……………………………………… 174
４．３．７　星務(wù)系統(tǒng)的標準文件……………………………………… 179
４．４　星務(wù)小微衛(wèi)星組成之二：星體系統(tǒng)……………………………… 185
４．４．１　星體系統(tǒng)的定義…………………………………………… 185
４．４．２　星體系統(tǒng)的基本組成……………………………………… 186
４．５　星務(wù)小微衛(wèi)星組成之三：載荷系統(tǒng)……………………………… 192
４．５．１　載荷設(shè)備的總體架構(gòu)……………………………………… 193
４．５．２　光學(xué)遙感衛(wèi)星的載荷系統(tǒng)………………………………… 198
第５章　星務(wù)小衛(wèi)星的制造技術(shù)和軟件定義方法…………………………… 201
５．１　引言…………………………………………………………………… 202
５．２　星務(wù)小衛(wèi)星（ＸＷＳａｔ） ……………………………………………… 206
５．２．１　概述…………………………………………………………… 208
５．２．２　基于星務(wù)的新型小衛(wèi)星（ＸＷＳａｔ）的架構(gòu)……………… 214
５．２．３　ＸＷＳａｔ的技術(shù)特點………………………………………… 218
５．２．４?。兀祝樱幔?的關(guān)鍵技術(shù)方法…………………………………… 225
５．２．５　ＸＷＳａｔ的生產(chǎn)過程………………………………………… 229
５．３　即插即用衛(wèi)星與星務(wù)小衛(wèi)星的對比……………………………… 230
５．３．１　主要目的基本相似：快…………………………………… 230
５．３．２　制造的技術(shù)路線不同……………………………………… 231
５．３．３　基本組成結(jié)構(gòu)相同：計算機系統(tǒng)＋網(wǎng)絡(luò)………………… 232
５．３．４　集成生產(chǎn)的基本元素（硬件）來源不同………………… 232
５．３．５　星上基本元素（硬件）的架構(gòu)基本相同：
設(shè)備本體＋計算機系統(tǒng)…………………………………… 233
５．３．６　軟件生產(chǎn)方式不同………………………………………… 233
５．３．７　星上網(wǎng)的類型不同………………………………………… 235
５．３．８　星上網(wǎng)運行管理原則基本相同：發(fā)布／訂閱模型……… 235
５．４　星務(wù)小衛(wèi)星的軟件定義方法………………………………………… 236
５．４．１　軟件無線電的硬件架構(gòu)…………………………………… 236
５．４．２　軟件定義衛(wèi)星的硬件架構(gòu)………………………………… 243
５．４．３　星務(wù)小衛(wèi)星（ＸＷＳａｔ）的軟件定義方法………………… 245
５．５　小結(jié)…………………………………………………………………… 247
第６章　虛擬（軟件）化測控管技術(shù)………………………………………… 249
６．１　虛擬遙測分系統(tǒng)及其技術(shù)…………………………………………… 252
６．１．１　小衛(wèi)星星務(wù)系統(tǒng)的遙測技術(shù)……………………………… 252
６．１．２　統(tǒng)一遙測……………………………………………………… 257
６．１．３　可控遙測……………………………………………………… 267
６．１．４　虛擬遙測分系統(tǒng)…………………………………………… 269
６．１．５　頂層標準文件之三：遙測數(shù)據(jù)格式約定………………… 272
６．２　虛擬遙控分系統(tǒng)及其技術(shù)…………………………………………… 277
６．２．１　遙控分系統(tǒng)的組成………………………………………… 277
６．２．２?。校茫?遙控…………………………………………………… 280
６．２．３　分包遙控和統(tǒng)一遙控……………………………………… 294
６．２．４　虛擬遙控系統(tǒng)……………………………………………… 306
６．２．５　頂層標準文件之四：遙控數(shù)據(jù)格式約定………………… 307
６．３　虛擬程控技術(shù)………………………………………………………… 314
６．３．１　虛擬程控分系統(tǒng)及其技術(shù)………………………………… 314
６．３．２　衛(wèi)星自主管理……………………………………………… 336
６．３．３　全星運行架構(gòu)與工作流管理……………………………… 350
第７章　虛擬姿控分系統(tǒng)及其技術(shù)…………………………………………… 353
７．１　概述…………………………………………………………………… 354
７．２　姿態(tài)確定工作從姿控過程中分離出來…………………………… 356
７．２．１　單周期順序流程姿態(tài)控制………………………………… 357
７．２．２　快慢雙周期姿控并行工作流程…………………………… 358
７．３　網(wǎng)絡(luò)姿態(tài)控制系統(tǒng)…………………………………………………… 362
７．３．１　虛擬姿控分系統(tǒng)的架構(gòu)及其軟件可定義方法…………… 362
７．３．２　網(wǎng)絡(luò)姿控系統(tǒng)的組成和關(guān)鍵問題………………………… 366
７．３．３?。裕牛茫粒?協(xié)議………………………………………………… 369
７．．３．．４?。裕牛茫粒?協(xié)議調(diào)度算法及其在小衛(wèi)星姿態(tài)控制
中的應(yīng)用……………………………………………………… 372
７．４　衛(wèi)星姿態(tài)的邏輯控制………………………………………………… 380
７．４．１　從姿態(tài)控制的推力器系統(tǒng)談起…………………………… 381
７．４．２　衛(wèi)星姿態(tài)的邏輯控制方法………………………………… 389
７．５　小結(jié)…………………………………………………………………… 401
第８章　電源管理………………………………………………………………… 403
８．１　概述…………………………………………………………………… 404
８．１．１　電源分系統(tǒng)的組成和性能提升的方向…………………… 404
８．１．２　工作原理和發(fā)展…………………………………………… 406
８．２　數(shù)字分流調(diào)節(jié)器……………………………………………………… 409
８．２．１　傳統(tǒng)衛(wèi)星電源的分流調(diào)節(jié)器……………………………… 409
８．２．２　數(shù)字分流調(diào)節(jié)器的組成…………………………………… 413
８．２．３　數(shù)字分流調(diào)節(jié)器的工作原理……………………………… 415
８．２．４　三余度信號表決器的功能………………………………… 415
８．２．５　數(shù)字分流調(diào)節(jié)器的好處…………………………………… 417
８．３　自主充放電管理的蓄電池模塊……………………………………… 417
８．３．１　概述…………………………………………………………… 417
８．３．２　雙向ＤＣ／ＤＣ變換器………………………………………… 419
８．３．３　蓄電池控制管理器………………………………………… 432
８．４　太陽電池陣的兩個極值跟蹤問題…………………………………… 438
８．４．１　問題的提出…………………………………………………… 438
８．４．２　自尋優(yōu)峰值功率跟蹤……………………………………… 443
８．４．３　太陽電池陣對日跟蹤……………………………………… 456
８．５　蓄電池的過充過放電保護、蓄電池充電的安時控制和
鋰離子電池組的均勻充電控制……………………………………… 464
８．５．１　蓄電池的過充過放電保護………………………………… 464
８．５．２　蓄電池充電的安時控制…………………………………… 465
８．５．３　鋰離子電池組的均勻充電控制…………………………… 466
８．６　帶管理總線的電源母線技術(shù)………………………………………… 468
８．６．１　問題的提出…………………………………………………… 468
８．６．２　帶電源管理的星上電網(wǎng)實現(xiàn)技術(shù)………………………… 472
８．６．３　電源母線管理執(zhí)行單元：ＭＥＵｐ ………………………… 474
８．７　分布式電源系統(tǒng)……………………………………………………… 478
８．７．１　問題的提出…………………………………………………… 478
８．７．２　光熱發(fā)電系統(tǒng)……………………………………………… 479
８．７．３　廢熱發(fā)電系統(tǒng)……………………………………………… 480
參考文獻…………………………………………………………………………… 481
索　引……………………………………………………………………………… 489