通信卫星总体设计和动力学分析(平装)(见选题2012D0141) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周志成 等 著

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出版社： 中国科学技术出版社

ISBN：9787504662545

商品编码：29332126784

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：通信卫星总体设计和动力学分析(平装)(见选题2012D0141)

定价：126.00元

作者：周志成 等

出版社：中国科学技术出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787504662545

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：1.022kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《通信卫星总体设计和动力学分析》（作者周志成、曲广吉）以现代通 信卫星为代表的地球静止轨道（GEO）航天器为设计研究对象，在系统工程方法论和航天器总体设计框架体系指导下， 结合几十年航天工程实践，并从航天器设计学科高度，系统总结和详细介绍了GEO航天器总体设计、动力学与控制分析仿真、多学科设计 优化和设计验证的技术内容和理论方法。全书编写遵循系统性、可读性、科学性、创新性、实用性的宗旨要求，并在有关章节设置了工程 应用范例。
　　全书共分15章。章为绪论；第2、3章为轨道动力学和空间 环境；第4、5、6章为航天器总体设计、有效载荷设计和主要分系统设计；第7章为航天器总体设计优化方法，包括构型拓扑优化、设备 布局优化、结构参数优化、总体参数多学科设计优化；第8章为航天器结构动力学、模型修正、力学环境和力学试验；第9～13章为柔性、 晃动、多体和热致微振动等动力学以及动力学与控制仿真；4章为航天器总体设计、分析、优化范例；5章为可靠性设计、分析、 验证。
　　《通信卫星总体设计和动力学分析》读者对象为航天科研院所和高等 院校从事航天器总体设计、动力学与控制分析仿真、优化设计理论方法研究应用的科技人员、教 师和研究生，也可作为空间飞行器设计专业及相关专业的教学参考书。

目录

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章 绪论
　1．1 航天器设计的研究范畴和基本内涵
　1．2 航天器系统工程和总体设计方法
　　1．2．1 航天器工程
　　1．2．2 航天器系统工程
　　1．2．3 航天器任务分析和总体设计方法
　1．3 航天器动力学（工程）的分析研究方法
　　1．3．1 现代航天器动力学的主要特征
　　1．3．2 航天器动力学（工程）的基本概念、研究范畴和研究内容
　　1．3．3 航天器动力学（工程）的研究方法
　1．4 我国通信卫星工程的研究进展和重要意义
　　1．4．1 通信卫星工程发展应用概况
　　1．4．2 通信卫星关键技术研究进展
　　1．4．3 发展通信卫星工程重要意义
第2章 航天器轨道动力学
第3章 航天器空间环境
第4章 航天器总体设计
第5章 航天器有效载荷设计
第6章 航天器主要分系统设计
第7章 航天器总体设计优化方法
第8章 航天器结构动力学与力学环境
第9章 航天器柔性耦合动力学
第9章 航天器柔性耦合动力学
0章 航天器液体晃动动力学
1章 航天器多体动力学
2章 航天器热致微振动动力学
3章 航天器动力学与控制总体仿真
4章 航天器总体方案设计分析优化范例
5章 航天器可靠性设计和故障对策
缩略词表

作者介绍

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文摘

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序言

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通信卫星总体设计与动力学分析 内容概述： 本书深入探讨了通信卫星的总体设计理念、关键技术及其精密的动力学分析方法。本书旨在为通信卫星的设计者、工程师、研究人员以及相关领域的学生提供一个全面、深入的学习平台，帮助他们掌握通信卫星从概念提出到成功运行所涉及的各个环节。内容涵盖了通信卫星的轨道设计、姿态控制、热控、结构设计、电源系统、有效载荷集成，以及卫星在轨道上运行的动力学特性和行为分析。 第一部分：通信卫星总体设计 第一章：通信卫星系统概述 本章首先对通信卫星的定义、发展历程及其在现代通信网络中的重要地位进行介绍。详细阐述了通信卫星系统的基本组成，包括地面站、中继卫星本身以及连接两者的信号传输链路。在此基础上，重点剖析了不同类型通信卫星（如地球同步通信卫星、中圆轨道通信卫星、低地球轨道通信卫星星座）的设计目标、特点和适用场景，以及它们在广播、固定通信、移动通信、数据传输等领域的广泛应用。读者将了解通信卫星系统在满足全球通信需求中所扮演的核心角色。 第二章：通信卫星轨道设计与轨道维持 轨道是通信卫星赖以生存和工作的“家”。本章将深入讲解通信卫星的轨道设计原理。内容包括： 轨道类型与选择： 详细介绍静止轨道（GEO）、中圆轨道（MEO）、低地球轨道（LEO）的特性，包括其轨道周期、覆盖范围、延迟特性、星座设计原则等。分析不同轨道类型适用于不同通信场景的原因，例如GEO的固定覆盖、MEO的较低延迟、LEO的低延迟和星座组网能力。 轨道参数与轨道力学基础： 回顾轨道力学基本概念，包括开普勒定律、牛顿万有引力定律在轨道描述中的应用。介绍轨道根数（如半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角）及其对卫星轨道位置的影响。 轨道维持与轨道控制： 详细阐述在轨道运行过程中，由于地球非球形引力、太阳光压、大气阻力（在LEO）等摄动力引起的轨道漂移。重点讲解各种轨道维持技术，包括使用推进剂进行轨道修正的策略、脉冲推力器的使用、推进剂消耗分析以及轨道寿命预测。介绍轨道编队控制技术，特别是对于LEO和MEO星座，如何维持星座的相对位置和几何形状。 轨道设计工具与仿真： 介绍用于轨道设计和分析的常用软件工具，如STK、GMAT等，并展示如何利用这些工具进行轨道模拟、轨道误差分析以及轨道维持方案的设计。 第三章：通信卫星姿态确定与控制系统（ADCS） 卫星在太空中需要精确地指向地球或特定的空间区域，以确保天线与地面站的对准以及有效载荷的正常工作。本章将详细介绍姿态确定与控制系统的设计： 姿态表示方法： 讲解用于描述卫星姿态的各种数学模型，包括欧拉角、四元数、旋转矩阵等，以及它们之间的转换关系。 姿态确定传感器： 详细介绍星敏感器、太阳敏感器、地球敏感器、陀螺仪、磁力计等各类姿态确定传感器的原理、性能指标、误差来源及选择依据。 姿态控制执行机构： 深入分析反作用轮、动量轮、磁力矩器、推力器等不同类型的姿态控制执行机构的工作原理、优缺点、功率消耗和控制能力。 姿态控制算法： 讲解PID控制、LQR控制、滑模控制、模糊逻辑控制等先进的姿态控制算法。分析不同算法在处理外部干扰、提高控制精度和鲁棒性方面的性能。 目标指向与稳定： 介绍通信卫星如何实现对地面的精确指向（如天线对准）以及在轨期间保持姿态稳定。分析对地指向、太阳帆板指向、天线指向等不同姿态模式的要求。 ADCS系统集成与测试： 讨论ADCS系统的整体架构设计、硬件选型、软件开发、以及在地面进行的仿真测试和集成验证。 第四章：通信卫星热控制系统（TCS） 太空环境温度变化剧烈，通信卫星需要一个可靠的热控制系统来维持各部件在适宜的温度范围内工作。本章将重点阐述热控制系统的设计： 热控制系统目标与要求： 阐述热控制系统的主要目标，即防止电子设备过热或过冷，确保载荷和结构的性能稳定。分析不同载荷对温度范围的精确要求。 热源分析： 识别卫星内部和外部的热源，包括太阳辐射、地球红外辐射、电子设备产生的功率损耗、以及内部组件间的传热。 传热机制： 详细讲解传导、对流、辐射这三种主要的传热方式在卫星内部和外部环境中的体现。 被动热控制技术： 介绍表面涂层（如多层绝热材料MLI、热控涂层）、热管、热开关、表面处理（如抛光、阳极氧化）等被动热控组件的设计原理、材料选择和应用。 主动热控制技术： 讲解电加热器、散热器、制冷器、热泵等主动热控设备的工作原理、控制策略以及功率需求。 热模型建立与分析： 介绍如何建立卫星的热模型，利用数值仿真软件（如Thermal Desktop, SINDA/FLUINT）对卫星的热性能进行分析和优化。 热设计验证： 讨论在地面进行的真空热试验（VCTA）等验证方法，以确认热控系统的有效性。 第五章：通信卫星结构设计与载荷集成 坚固可靠的结构是卫星稳定运行的基础，而高效的载荷集成是实现通信功能的关键。本章将涵盖： 结构设计原则与要求： 介绍卫星结构设计的总体原则，包括质量轻、强度高、刚度好、可靠性强、便于制造和装配。分析结构在承受发射载荷（振动、冲击）、在轨载荷（热应力、姿态机动）以及保证机构稳定运行方面的需求。 材料选择与工艺： 详细讲解用于卫星结构的常用材料，如铝合金、钛合金、复合材料（如碳纤维增强聚合物），分析它们的力学性能、热学性能、密度以及加工工艺。 结构件设计与分析： 介绍卫星结构的主要组成部分，如主体结构、支架、舱体、连接件等，以及其设计方法。重点讲解有限元分析（FEA）在结构强度、刚度、模态分析中的应用，以及应力、应变、变形等关键指标的计算。 有效载荷集成： 阐述通信载荷（如转发器、天线）如何与卫星平台集成。考虑接口设计（机械、电气、热）、安装固定、电磁兼容性（EMC）以及通信链路的性能要求。 发射载荷分析： 详细分析卫星在火箭发射过程中所承受的静载荷、动载荷（振动、冲击）以及声载荷，并讲解结构如何满足这些载荷要求。 力学环境试验： 介绍卫星结构在地面进行振动试验、冲击试验、模态试验等力学环境试验的目的和方法。 第六章：通信卫星电源系统设计 能源是卫星工作的动力源泉。本章将深入研究通信卫星的电源系统： 电源系统架构： 介绍通信卫星电源系统的总体架构，包括能源产生、能量存储、能量分配和管理。 能源产生： 太阳能电池阵列（SAD）： 详细讲解太阳能电池的工作原理、不同类型太阳能电池（如硅电池、砷化镓电池）的性能比较。分析太阳能电池阵列的设计，包括电池片选择、串并联方式、阵列展开机构、以及其功率输出随日照角度、温度和寿命的变化。 放射性同位素温差发电机（RTG）： 简要介绍RTG在特定任务中的应用，及其基本原理。 能量存储： 蓄电池： 详细讲解用于通信卫星的蓄电池类型（如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池），包括它们的能量密度、功率密度、循环寿命、充放电特性以及在轨道阴影区的作用。 电源管理与分配单元（PCDU）： 介绍PCDU的功能，包括电压调节、电流限制、过载保护、电能分配给各个子系统。 功率预算分析： 讲解如何进行详细的功率预算分析，计算卫星在不同工作模式下的总功率需求，并与电源系统的输出能力进行匹配。 电磁兼容性（EMC）考虑： 阐述电源系统在电磁兼容性设计中的重要性，如何避免电源噪声干扰其他电子设备。 第七章：通信卫星有效载荷与子系统 本章将聚焦于通信卫星的核心功能部分——有效载荷，以及支持其工作的其他关键子系统。 通信转发器（Transponder）： 详细介绍通信转发器的组成，包括低噪声放大器（LNA）、混频器、功率放大器（PA）、滤波器等。讲解其工作原理，如何接收、放大、变频和转发地面信号。分析转发器的性能指标，如增益、带宽、噪声系数、线性度等。 天线系统： 介绍通信卫星上使用的各种类型天线，如抛物面天线、相控阵天线、波导缝隙天线等，分析它们的辐射特性、增益、波束宽度以及指向机构。探讨高增益天线的设计及其对指向精度的要求。 指令与遥测系统（TT&C）： 介绍TT&C系统在卫星与地面之间的通信功能，包括遥控指令的接收与执行，以及卫星状态遥测数据的下传。 数据处理与存储： 阐述载荷数据在传输前的预处理、压缩以及存储的需求。 通信协议与调制解调技术： 简要提及在卫星通信中使用的常用通信协议和调制解调技术。 第二部分：通信卫星动力学分析 第八章：轨道动力学与摄动力分析 本章是动力学分析的基础，将深入探讨卫星在轨道上的运动规律及其受到的外部影响。 轨道动力学基础回顾： 进一步回顾轨道力学，包括两体问题、三体问题（如考虑地月引力）、多体问题。 轨道摄动力： 地球引力摄动： 详细分析地球非球形引力（J2, J3等）对卫星轨道长短时间尺度的影响，包括轨道偏心率、倾角、升交点赤经和近地点幅角的变化。 三体引力摄动： 分析太阳和月球引力对卫星轨道的影响，尤其对于长寿命的GEO卫星。 大气阻力： 重点分析低地球轨道（LEO）卫星受到的空气阻力，讨论大气密度模型、阻力系数、以及其对卫星轨道衰减的影响。 太阳光压： 阐述太阳光压对卫星轨道和姿态的影响，特别是对表面积较大、质量较小的卫星。 轨道预报与轨道确定： 介绍如何利用动力学模型进行轨道预报，以及如何通过地面观测数据（测站跟踪数据）来确定卫星的精确轨道。 第九章：卫星姿态动力学与扰动力分析 本章将深入分析卫星在轨道上姿态变化背后的动力学原理以及影响其姿态稳定的各种扰动力。 卫星姿态动力学模型： 引入欧拉动力学方程，描述卫星的角动量、转动惯量张量以及外部力矩之间的关系。 姿态扰动力： 地球引力梯度力矩： 分析地球引力场在卫星不同部位产生的引力差，形成对卫星姿态的力矩，特别是对长条形卫星的影响。 磁力矩： 阐述地球磁场与卫星上磁性部件相互作用产生的磁力矩，这是姿态控制的重要扰动力源。 大气阻力力矩： 分析LEO卫星受到的空气阻力在不同部位产生的力矩，对卫星姿态造成影响。 太阳光压扰动力矩： 分析太阳光压在卫星表面产生的压力分布不均所导致的力矩。 内部力矩： 讨论由卫星内部部件（如动量轮、展开机构）运动产生的力矩。 姿态稳定分析： 分析卫星在不受控情况下的姿态稳定性，包括稳定点和不稳定点。 惯性参数的测量与标定： 探讨如何精确测量卫星的转动惯量张量，以及这些参数在姿态动力学分析中的重要性。 第十章：推进系统动力学与轨道机动 推进系统是实现轨道转移、轨道保持和姿态机动的重要工具。本章将分析其动力学特性： 推进系统类型与工作原理： 介绍化学推进（如冷气推进、单组元/双组元推进）和电推进（如离子推进、霍尔推进）等不同类型推进器的工作原理、性能参数（如比冲、推力）。 推进器性能模型： 建立推进器的性能模型，描述推力、比冲等参数与工作条件的关系。 轨道机动设计： 详细讲解如何设计轨道机动，包括轨道转移（如从转移轨道到工作轨道）、轨道保持（补偿摄动力）、以及星座的轨道编队。 推进剂消耗分析： 计算在各种机动操作过程中所消耗的推进剂，并据此估算卫星的轨道寿命。 推力器集成与力学耦合： 分析推力器产生的推力如何作用于卫星结构，以及推力作用对卫星姿态和轨道的影响。 推进系统动力学仿真： 利用仿真工具模拟推进系统的点火、关机过程，以及其对卫星整体动力学行为的影响。 第十一章：卫星动力学仿真与验证 精确的仿真和严格的验证是确保卫星成功运行的关键。本章将介绍相关的技术和方法。 动力学仿真软件与工具： 介绍用于卫星动力学仿真的专业软件，如MATLAB/Simulink, Python with SciPy/NumPy, GMAT, STK等，以及如何利用它们建立和求解动力学方程。 仿真模型开发： 讲解如何根据卫星的物理特性、子系统性能和外部环境，建立综合的动力学仿真模型。 仿真场景设计： 设计各种仿真场景，包括轨道机动、姿态控制、轨道扰动等，以全面评估卫星的性能。 仿真结果分析与评估： 如何分析仿真结果，包括轨道精度、姿态精度、能量消耗、寿命预测等，并与设计指标进行对比。 地面模拟试验： 介绍地面上进行的各种模拟试验，如高精度转台试验、振动台试验、真空热试验等，以及它们如何验证动力学模型的准确性。 在轨数据验证： 阐述如何利用在轨观测到的实际数据（如轨道跟踪数据、遥测数据）来验证和修正仿真模型，提高其预测能力。 结论： 本书通过对通信卫星总体设计和动力学分析的全面梳理，旨在为读者构建一个系统性的知识框架。从宏观的轨道规划到微观的姿态控制，从坚固的结构设计到可靠的电源系统，再到深入的动力学行为分析，本书力求涵盖通信卫星领域的关键技术和理论。希望本书能够成为通信卫星从业者和研究者的宝贵参考，助力他们在该领域的创新与发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一名业余的航天爱好者，我一直对通信卫星的运作原理充满好奇。当我看到《通信卫星总体设计和动力学分析》这本书时，我的第一反应就是“这绝对是我想要深入了解的！”。尽管我还没有时间仔细阅读整本书，但我通过翻阅目录和部分章节，已经能够感受到它在内容上的广度和深度。从卫星的轨道设计、姿态控制，到通信系统的具体实现，再到动力学仿真的各个方面，这本书似乎涵盖了通信卫星的方方面面。我尤其对其中关于“总体设计”的部分很感兴趣，它一定能够解答我一直以来对卫星是如何被“整体”设计出来的疑问。而“动力学分析”更是激发了我对卫星在太空中如何稳定运行的兴趣。这本书的结构安排，让我觉得它能够帮助我建立起一个完整的、系统性的认知体系，而不是零散的知识点。我期待着在未来，能够通过这本书，更深入地理解通信卫星的复杂性以及其背后的科学与工程智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在行业内肯定是一位备受尊敬的前辈，从这本书的内容和论述风格就能看得出来。它的语言风格非常凝练，不带任何多余的修饰，直击核心问题。这种风格我很喜欢，因为它节省了读者的时间和精力，能让我在短时间内抓住关键信息。我注意到书中有不少参考文献，这表明作者在内容上进行了大量的研究和梳理，确保了信息的准确性和权威性。我特别欣赏它在探讨某个设计方案或动力学模型时，会详细分析其优缺点以及适用场景。这种辩证的分析方式，对于我们进行技术决策非常有指导意义。虽然我目前还只是处于对这本书内容的一瞥，但已经能感受到其中蕴含的深厚技术积淀和丰富的工程经验。这绝对是一本值得反复研读、并且能够在实际工作中提供宝贵参考的专业书籍，我非常期待能从中汲取更多的养分。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的深度远远超出了我的初步预期。我在寻找关于卫星轨道动力学的一些基础概念时，偶然看到了这本书的介绍。虽然书名听起来非常硬核，但我想着至少可以从中学习一些基础知识。结果却让我大吃一惊，它所涉及的内容之全面和深入，远非我最初设想的那般浅显。我甚至觉得，如果不是在特定专业领域有一定积累的读者，可能在阅读过程中会感到吃力。不过，这也是这本书的价值所在。它并没有为了迎合所谓的“大众读者”而降低门槛，而是坚持以其专业性和严谨性来吸引真正需要它的群体。我看到书中有大量详细的数学推导和公式，这让我意识到，要真正理解通信卫星的动力学，绕不开这些严谨的数学工具。虽然目前我还在努力消化其中的一部分内容，但已经能感受到它所蕴含的扎实功底和高水平的研究价值。这本书更像是一本研究手册，而非简单的入门指南，这使得它的价值和目标读者群体更加明确。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧倒是挺精美的，纸张的质感也很不错，拿在手里沉甸甸的，一看就是一本有分量的专业书籍。封面的设计虽然不是那种花里胡哨的，但却透露出一种严谨、沉静的气息，很符合我对技术类书籍的期待。我刚拿到手的时候，迫不及待地翻了几页，虽然里面的内容我暂时还不能完全理解，但从排版、图表的清晰程度以及公式的规范性来看，就知道作者在编排上花了很多心思。我尤其喜欢它那种留白适度的感觉，不会让人觉得拥挤，读起来会相对轻松一些。封底的简介虽然没有太多剧透，但已经足够吸引我对这本书产生兴趣，它给人的第一印象就是专业、扎实，不是那种泛泛而谈的科普读物。我感觉这本书应该适合那些真正想深入研究通信卫星设计和动力学领域的读者，而不是只想了解个大概的人。它的实用性和理论深度估计会是它的一大亮点，我非常期待在后续的学习中，能够通过这本书来系统地建立起相关的知识体系。总的来说，这本书在外观和初步的阅读体验上，是给我留下了非常好的第一印象的。

评分☆☆☆☆☆

这本《通信卫星总体设计和动力学分析》给我的感觉，就像一位经验丰富的老工程师，带着你一步步解剖复杂的系统。我并不是这个领域的科班出身，所以在阅读之前，对通信卫星的了解仅限于“天上那个发信号的东西”。但这本书的叙述方式，尽管专业性很强，却非常有条理。它不是那种上来就抛出大量枯燥公式的教科书，而是先为你构建一个宏观的框架，然后层层深入，讲解每一个环节的设计考量和背后的原理。我尤其欣赏它在动力学分析部分的处理，将抽象的数学模型与实际的卫星姿态控制、轨道维持等问题紧密结合，让我在理解理论的同时，也能感受到它在工程实践中的重要性。书中的图示和案例分析也起到了关键作用，它们将复杂的概念可视化，让我这个非专业人士也能勉强跟上作者的思路，虽然有时候需要反复琢磨。我感觉这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的引导，它教会你如何从系统整体出发，考虑各个子系统的相互影响和协同工作。对于我来说，这是一次既有挑战性又充满收获的学习过程。