通信卫星总体设计和动力学分析(平装)(见选题2012D0141) 978750466254 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：29676809327

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

售价：92.0元,便宜34.0元,折扣73

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

内容提要

　　《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

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

文摘

序言

通信卫星总体设计与动力学分析：深空探索的智慧结晶 在浩瀚的宇宙舞台上，通信卫星扮演着连接地球与星辰、传递信息、拓展人类认知边界的关键角色。它们是现代通信网络的基石，是气象预报、地球观测、科学研究不可或缺的工具，更是人类探索未知宇宙的先锋。本书并非仅仅是一本介绍通信卫星的入门读物，而是深入剖析通信卫星在复杂多变太空环境中实现稳定运行和高效通信背后，所凝聚的精深工程技术、严谨科学分析和前瞻性设计理念。本书将带领读者，从宏观的系统层面，审视通信卫星的“生命周期”，并聚焦于其核心的“心脏”——动力学分析，揭示卫星在轨运行的奥秘。 一、通信卫星的宏观图景：总体设计的多维考量 通信卫星的诞生，是一项集多学科智慧于一体的系统工程。其总体设计，是对卫星在太空中的“生存之道”进行全方位规划的过程。这远非简单的部件堆砌，而是需要在满足通信任务需求的基础上，综合平衡重量、功耗、成本、可靠性、寿命等诸多相互制约的因素。 任务需求分析与系统架构： 任何一项工程的起点，都是对任务需求的精准定义。对于通信卫星而言，任务需求直接决定了卫星需要提供的通信服务类型（如广播电视、移动通信、数据传输、宽带互联网等）、覆盖范围、信号带宽、传输速率、用户数量、以及所需的轨道参数（如静止轨道、中低地球轨道、倾斜同步轨道等）。基于这些需求，工程师们需要构建卫星的整体系统架构，明确各个子系统的功能划分与接口关系，如同建造一座精密运转的城市，需要规划好能源、交通、通信、居住等各个功能区。 有效载荷设计： 有效载荷是通信卫星的“灵魂”，直接承载其核心通信功能。这通常包括天线系统（负责信号的接收与发射）、转发器（对接收到的信号进行放大、变频、调制和解调）、以及其他辅助通信设备。有效载荷的设计需要考虑信号的频率、功率、极化方式、覆盖区域等，并确保其在太空环境中能够稳定工作，抵御严酷的辐射和温度变化。不同类型的通信任务，对有效载荷的设计要求也大相径庭，例如，直播卫星需要大功率的转发器和宽覆盖的天线，而低轨宽带星座则需要大量的小型化、低功耗的有效载荷。 平台设计： 平台是卫星的“身体”，为有效载荷提供稳定、可靠的运行环境。它包括结构、电源、热控、姿态与轨道控制、遥测遥控与数据传输（TT&C）、以及推进系统等子系统。 结构设计： 卫星的结构必须轻巧而坚固，能够承受发射时的巨大载荷，并在太空中保持形状稳定。材料的选择至关重要，需要兼顾强度、刚度、耐高温、耐低温、抗辐射以及低重量等特性，例如，先进的复合材料和铝合金得到了广泛应用。 电源系统： 卫星的“能量源泉”是其电源系统。目前主流的电源系统是太阳能电池阵列，辅以蓄电池，以在卫星进入地球阴影时提供电力。电源系统的设计需要精确计算卫星的功耗，并根据轨道和日照条件，设计最大化的能量收集和存储能力，确保卫星在整个寿命周期内拥有充足的电力供应。 热控系统： 太空环境的温度变化极其剧烈，阳光直射时可能高达上百摄氏度，而在阴影中则可能低至零下上百摄氏度。通信卫星必须具备高效的热控系统，通过巧妙的散热器、隔热材料、表面涂层以及主动温控装置，将卫星内部的关键部件维持在适宜的工作温度范围内，防止过热或过冷导致的性能下降甚至失效。 姿态与轨道控制系统（AOCS）： 这是通信卫星实现稳定运行和精准通信的关键。AOCS负责确定卫星在太空中的指向（姿态）和位置（轨道），并对其进行精确的控制。它涉及到传感器（如星敏感器、太阳敏感器、地磁传感器）、执行器（如反作用轮、磁力矩器、推进器）以及精密的控制算法。对于通信卫星而言，姿态控制尤为重要，需要将通信天线精确地指向地面站，以保证信号的稳定传输。轨道控制则负责维持卫星在预定轨道上运行，抵抗地球引力、太阳光压等外部扰动。 遥测遥控与数据传输（TT&C）： TT&C系统是地面站与卫星之间的“生命线”。地面站通过TT&C系统发送指令，控制卫星的运行；同时，卫星也将自身的健康状况、工作参数等遥测数据发送回地面站，供地面人员监控和分析。TT&C系统的可靠性和安全性至关重要。 推进系统： 推进系统主要用于卫星的轨道调整、姿态维持以及寿命末期的离轨。根据任务需求和卫星大小，推进系统可能采用化学推进、电推进等不同技术。 系统集成与测试： 总体设计完成后，需要将各个子系统进行集成，并进行严格的地面测试。测试环节包括功能测试、性能测试、环境测试（如真空、高低温、振动、声振测试）、电磁兼容测试等，以确保卫星在设计指标范围内正常工作，并具备应对太空复杂环境的能力。 二、卫星动力学分析：太空中的“运动哲学” 如果说总体设计为通信卫星构建了“物质躯壳”，那么动力学分析则赋予了它在太空中的“生命力”与“行动能力”。卫星动力学是研究卫星在轨道上运动规律、姿态变化、以及各种力和力矩作用下响应的科学。它贯穿于卫星设计、轨道设计、姿态控制设计以及在轨运行的整个过程。 轨道动力学： 轨道动力学研究的是卫星如何围绕地球（或其他天体）运动。这涉及到牛顿万有引力定律、开普勒定律等基本物理原理。更复杂的轨道动力学分析需要考虑地球引力的非球形摄动、月球和太阳的引力摄动、大气阻力（对近地轨道卫星）、以及太阳光压等因素。 轨道设计与维持： 根据通信任务的需求，需要为卫星设计合适的轨道。例如，静止轨道卫星（GEO）能够相对固定地覆盖地球某一区域，但需要较高的发射成本；中低地球轨道卫星（MEO/LEO）组成的星座可以提供全球覆盖，但需要复杂的星座管理和在轨补充。轨道动力学分析是进行轨道设计、轨道机动计算、轨道保持策略制定以及轨道交会和对接任务规划的基础。 轨道摄动分析： 了解和预测各种摄动因素对卫星轨道的影响，是保证卫星长期稳定运行的关键。例如，对GEO卫星，需要定期进行轨道维持，以抵消东、西向的漂移。对于LEO卫星星座，则需要精密的编队飞行控制，以保持星座的几何构型。 姿态动力学： 姿态动力学研究的是卫星在太空中的“身体”如何运动，即其围绕自身质心的转动。这涉及到角动量守恒、欧拉动力学方程等。卫星的姿态受到多种力和力矩的影响，例如： 外部干扰力矩： 地球磁场力矩、地球梯度力矩、太阳光压扰动力矩、以及推进系统产生的残余推力等，都会引起卫星姿态的漂移。 内部执行器力矩： 姿态控制系统中的反作用轮、磁力矩器等执行器，会主动施加力矩，用于调整和稳定卫星的姿态。 惯性力矩： 当卫星的质心发生位移（如有效载荷工作状态变化）或结构发生形变时，也会产生一定的惯性力矩。 姿态动力学分析的应用： 姿态控制律设计： 精确的姿态动力学模型是设计高效、鲁棒的姿态控制律的基础。控制律需要能够根据传感器测量到的姿态信息，精确计算出执行器需要施加的指令，从而将卫星稳定在预定的指向。 姿态稳定性分析： 分析卫星在各种外部干扰和内部扰动下的姿态稳定性，评估控制系统的性能，并提出相应的优化方案。 指向精度预测： 对通信卫星而言，天线的指向精度直接影响通信质量。姿态动力学分析能够预测卫星在复杂环境下可能达到的指向精度，为通信链路设计提供依据。 轨道-姿态耦合分析： 在某些情况下，轨道变化和姿态变化之间存在耦合效应，例如，地球梯度力矩的大小与卫星的姿态有关。在精确的动力学模型中，需要考虑这种耦合效应。 动力学建模的精度： 动力学模型的精度直接影响到分析结果的可靠性。从简化的二体模型到考虑了各种摄动因素的复杂模型，需要根据任务需求和分析的精度要求，选择合适的建模方法。 三、本书的价值与启示 本书的价值不仅在于系统地阐述了通信卫星的总体设计原则和动力学分析方法，更在于它提供了一种解决复杂工程问题的思维方式。它要求工程师们不仅要掌握扎实的理论知识，更要具备将理论应用于实践的创新能力，能够在多学科交叉的领域中，融会贯通，做出最优化的决策。 对于有志于从事航天事业的学子而言，本书是了解通信卫星工程全貌的宝贵资料，是学习轨道力学、姿态控制、系统工程等关键学科的基石。对于已经从事相关工作的工程师而言，本书提供了深入研究和解决实际问题的理论指导和参考。 通信卫星是人类智慧的结晶，每一次成功的发射和长期的稳定运行，都凝聚着无数工程师的汗水与智慧。本书深入浅出的讲解，将引领读者走进这个充满挑战与荣耀的领域，感受工程科学的魅力，并为未来的通信卫星技术发展提供源源不断的启示。它不仅仅是一本技术书籍，更是一部关于人类探索未知、连接世界的史诗。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一场与资深专家的深度对话。作者的行文风格在保持学术严谨性的同时，又展现出一种难得的老道与从容。他似乎深谙初学者的思维盲区，总能在关键转折点设置“防呆”机制，用深入浅出的语言点破那些看似玄奥的物理原理或工程挑战。尤其是在处理那些涉及多学科交叉的复杂系统集成问题时，作者没有采取堆砌术语的做法，而是倾向于构建清晰的层次结构，逐步剖析各个子系统的相互制约和协同工作机制。这种叙事方式，极大地提升了知识吸收的效率，让人在不知不觉中构建起了对整个通信卫星系统从概念到实现的完整认知框架。这种深入浅出、娓娓道来的大家风范，是很多教科书所欠缺的宝贵品质。

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