航天器总体设计课件

航天器总体设计课件1综合实例CE-1第十二章综合实例第十二章212.1概述12.2总体设计12.3轨道设计12.4有效载荷设计12.5公用平台设计12.1概述312.1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第一步]2007年10月24日发射探月卫星“嫦娥一号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。12.1概述嫦娥探月工程[第一步]2007年10月2412.1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第二步]2007年至2010年，目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上进行探测。使用降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围环境。12.1概述嫦娥探月工程[第二步]2007年至20512.1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第三步]2011至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据资料。12.1概述嫦娥探月工程[第三步]2011至202612.1概述四大科学目标1.CCD立体相机搭载激光计拍摄三维影像月球地形图2.探测月球上元素的分布3.任务是评估月球上土壤的厚度和氦-3的资源量4.任务是监测远至40万km范围内的空间环境12.1概述四大科学目标1.CCD立体相机搭载激光计拍712.1概述关键技术（1）卫星的姿态控制。因为“嫦娥一号”在正常探测时，卫星大部分探测仪器需要对准月面，卫星太阳帆板要对准太阳，卫星数传天线要对准地球，这种技术在以前的绕地卫星飞行器当中还没有使用过。（2）远距离的通讯。由于地月之间距离接近四十万公里，要完成这么远距离通讯，涉及到卫星上的天线要对准地球，卫星上的放大器要有足够的功率，地面接收站要有足够大直径的天线。这些技术都是中国航天所首次遇到，有一定难度。（3）探测仪器。卫星所载探测仪器都是根据这次科学目标新研制而成，它在后续的工作中是否能够正常工作要面临考验。（4）工作一年。“嫦娥一号”卫星设计的探测任务是工作一年，这一年工作当中对于卫星及星载各种仪器设备的可靠性也是一个考验。12.1概述关键技术（1）卫星的姿态控制。因为“嫦娥一号812.1概述飞行日志“嫦娥”八大关节点：发射(24日18:05已完成)--入轨(24日18:30已完成)--变轨(第一次变轨25日17:55已完成)(第二次变轨26日下午升到24小时轨道已完成)(第三次变轨29日进入48小时轨道已完成)--奔月(10月31日已完成)--修正(第一次修正完成)--制动(5日11时37分已完成)--“放歌”(11月7日前后)--传回照片(11月下旬)…12.1概述飞行日志“嫦娥”八大关节点：发射(24日18912.1概述领军人物总指挥：栾恩杰总设计师：孙家栋

首席科学家：欧阳自远测控系统总设计师：于志坚卫星系统总设计师：叶培建12.1概述领军人物总指挥：栾恩杰总设计师：孙家栋首席1012.2总体设计一、系统组成12.2总体设计一、系统组成1112.2总体设计1.卫星系统卫星系统总指挥兼总设计师为中国空间技术研究院的叶培建院士。“嫦娥一号”卫星外形与东方红三号卫星相似，是一个2.0米×1.72米×2.2米六面的立方体，两张太阳能电池板分布在两侧，最大跨度达18米，它选用东方红3号卫星平台并根据月球探测任务需要进行了技术改进，采用三轴稳定姿态控制，数据储存传输总量为39Gbit/24h，在轨寿命≥1年。12.2总体设计1.卫星系统卫星系统总指挥兼总设1212.2总体设计1.卫星系统12.2总体设计1.卫星系统1312.2总体设计2.运载火箭系统运载火箭系统总指挥、总设计师分别是中国运载火箭技术研究院的岑拯、贺祖明。嫦娥1号由我国长征3号甲运载火箭发射。12.2总体设计2.运载火箭系统运载火箭系统总1412.2总体设计3.发射场系统载人航天发射场基本任务：为运载火箭、飞船有效载荷提供满足技术要求的转载、总装、测试及运输设施。发射系统总指挥、总设计师分别是西昌卫星发射中心徐宏亮、解放军总装备部工程设计所于建平。12.2总体设计3.发射场系统载人航天发射场基本1512.2总体设计4.地面应用系统地面应用系统的总指挥、总设计师分别是国家天文台的艾国祥、李春来。地面应用系统是把月球探测器探测到的信息进行实际应用和开展应用研究的系统，负责探测器任务的规划、探测数据的接收、解译、探测数据的科学研究等。12.2总体设计4.地面应用系统地面应用系统的总1612.2总体设计4.地面应用系统12.2总体设计4.地面应用系统1712.2总体设计5.测控系统测控系统总指挥、总设计师分别是西安卫星测控中心董德义、解放军总装于志坚。我国航天器测控系统已经形成了以西安卫星测控中心为中枢，以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。12.2总体设计5.测控系统测控系统总指挥、总设1812.2总体设计二、卫星研制流程初样阶段：在初样阶段进行系统和分系统的接口协调、详细设计和试验验证。完成热控星、结构星、电性星的投产和试验，其目的是确定正样的技术状态。结构星采用真实的结构件，经过结构/热控模拟设备总装后，进行整星级振动试验；试验完成后，进行整星热控实施改装成热控星，进行热平衡试验；电性星由模拟结构件和真实设备组成，用以完成不同状态下的电性能测试和电磁兼容性试验。进行卫星与测控、应用系统的对接试验，以及星箭地三方电磁兼容性、星箭接口专项匹配性试验。12.2总体设计二、卫星研制流程初样阶段：1912.2总体设计二、卫星研制流程正样阶段：在正样阶段进行正样星设备的设计、生产、试验和验收。进行正样星的部装和总装，推进系统检漏、设备安装配准和精度测量、卫星质量特性测试等试验。进行正样星的电性能测试、EMC试验。进行正样星的力学环境试验和热试验。完成测控对接试验、应用对接试验和星箭接口匹配性检查。完成在发射场的总装、电测等发射准备工作。12.2总体设计二、卫星研制流程正样阶段：2012.3轨道设计12.3轨道设计2112.3轨道设计12.3轨道设计2212.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD嫦娥1号卫星将采取与其他国家不同的思路，搭载1台CCD立体相机和1个激光高度计，两者结合绘制完整细致的立体月球地图。CCD立体相机同时对卫星飞行的前方、下方和后方进行拍照，形成三维影像。12.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD嫦2312.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD12.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD2412.4有效载荷设计2.激光高度计激光高度计由激光器、望远镜和接收电路三部分组成。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。12.4有效载荷设计2.激光高度计激光高度计由激光2512.4有效载荷设计3.干涉成像光谱仪干涉成像光谱仪可以同时获取目标的“形影信息”和“光谱信息”，在空间遥感探测方面具有不可替代的优势，被誉为光学传感器发展历史上的一次革命。12.4有效载荷设计3.干涉成像光谱仪干涉成像光2612.4有效载荷设计4.伽马射线谱仪嫦娥1号卫星将用世界先进的伽马/X射线谱仪探测月球上14种元素的分布。通过开采月球资源，满足人类社会的需求。

12.4有效载荷设计4.伽马射线谱仪嫦娥1号卫星2712.4有效载荷设计5.微波辐射计微波辐射计是一种获取场景微波特征的重要手段，通过微波的特征，其穿透性的力量，可以看穿地下，测出土壤厚度。12.4有效载荷设计5.微波辐射计微波辐射计是一2812.4有效载荷设计6.高能粒子探测器、低能离子探测器太阳高能粒子探测器和低能离子探测器，将首次探测远至4万至40万km间的空间环境，这些关键科学数据，对今后深空探测器的环境防护设计具有重要的参考价值。这两种探测器，都是用以探测太阳辐射以及其它宇宙射线的最好工具。12.4有效载荷设计6.高能粒子探测器、低能离子探测器2912.5公用平台设计

嫦娥一号卫星整体重量2350千克，自身重量1150千克。本体尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米。两张太阳能电池帆板展开最大跨度18.1米。作为一个复杂的系统，嫦娥一号卫星由结构分系统，制导、导航与控制分系统，电源分系统，热控分系统，测控和数据传输分系统，数据管理分系统，推进分系统等多个部分组成。12.5公用平台设计嫦娥一号卫星整体重量23503012.5公用平台设计

一、结构与机构12.5公用平台设计一、结构与机构3112.5公用平台设计

二、控制系统制导、导航与控制分系统：由测量部件（敏感器）、控制计算机和执行机构等构成，负责对探测器飞行路线偏差进行修正和控制，对探测器姿态进行测量和控制，对太阳能电池帆板和有效载荷进行指向控制，从而保证整个飞行期间的轨道稳定，并保证一定的飞行姿态。我国研制出的新型紫外三轴姿态敏感器可以完成嫦娥1号三轴姿态的确定。12.5公用平台设计二、控制系统制导、导航与控制3212.5公用平台设计

三、推进系统在嫦娥一号卫星上，推进分系统配置了1台大推力的变轨发动机和12台小推力的推力器。12台推力器分成A、B两分支，每分支6台互为备份。在嫦娥一号奔月的过程中，运载火箭将卫星送入绕地球飞行的大椭圆轨道后，卫星的推进分系统就开始工作，经过1次远地点和3次近地点变轨，使卫星进入地月转移轨道，再经过2——3次中途修正和3次近月制动，将探测器送入绕月轨道。在随后卫星的1年寿命期内，还需要定期进行位置保持控制和姿态控制。

12.5公用平台设计三、推进系统在嫦娥一号卫星上，3312.5公用平台设计

四、热控制热控分系统对星内一般设备其温度范围为-10～45℃，其设计指标由热控分系统保证。12.5公用平台设计四、热控制热控分系统对星内一3412.5公用平台设计

五、测控与星载数据管理数据管理系统对所有数据进行收集。嫦娥一号”所获取的数据将源源不断地以无线电波的方式传送回地球，此时，中国四个观测站形成的“甚长基线阵”，将这些无线电波接收，然后集中发送到北京总部。测控和数据传输分系统：主要包括接收/发射机、放大器和天线网络等。它的主要功能是完成探测器的跟踪、测轨、遥测、遥控和数据传输任务。嫦娥1号的数据传输系统使用了高增益定向天线，这种抛物面形状的天线可以转动，保证在绕月飞行期间指向地球。12.5公用平台设计五、测控与星载数据管理数据管3512.5公用平台设计

五、测控与星载数据管理数据管理分系统：向各分系统提供时间基准及频率标准；接收地球站发来的实时遥控指令和存储延时指令，按时间要求分别发送给各分系统，产生执行动作；根据事先制定好的准则，控制各分系统的工作状态；根据各分系统的工作状态，给地球站下传遥测数据等。12.5公用平台设计五、测控与星载数据管理数据管理分系统3612.5公用平台设计

五、测控与星载数据管理数管分系统是二级分布式容错计算机系统，由一台上位机中央单元（CentralTerminalUnit—CTU）、4台下位机远置单元（RTU）、一台遥控单元（TCU）、一套双冗余的串行数据总线（SerialDataBus—SDB）以及数管分系统软件组成。12.5公用平台设计五、测控与星载数据管理数管分系统是二3712.5公用平台设计

六、电源月球探测卫星电源分系统由一次电源和二次电源两部分组成。一次电源为太阳电池阵/蓄电池组联合电源，其发电装置为二翼可展开式单自由度对日定向太阳电池阵，贮能装置由二组氢镍蓄电池组组成。电源控制器负责一次电源子系统的自主运行，具有太阳翼输出功率调节、蓄电池组充电控制、蓄电池组放电调节及遥测、遥控接口等功能。12.5公用平台设计六、电源月球探测卫星电源分系统由一次3812.5公用平台设计

六、电源二次电源采用模块电源分散配置方案，具有提高可靠性和改善电磁兼容性等两大优点。即各分系统、各用电设备自带DC/DC变换器，总体仅提供一次母线的29.01.0V电源，这样还可简化星上电缆，节省重量。模块电源可安装在各用电设备内。12.5公用平台设计六、电源二次电源采用模块电源分散配置39航天器总体设计课件40综合实例CE-1第十二章综合实例第十二章4112.1概述12.2总体设计12.3轨道设计12.4有效载荷设计12.5公用平台设计12.1概述4212.1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第一步]2007年10月24日发射探月卫星“嫦娥一号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。12.1概述嫦娥探月工程[第一步]2007年10月24312.1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第二步]2007年至2010年，目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上进行探测。使用降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围环境。12.1概述嫦娥探月工程[第二步]2007年至204412.1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段[第三步]2011至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据资料。12.1概述嫦娥探月工程[第三步]2011至2024512.1概述四大科学目标1.CCD立体相机搭载激光计拍摄三维影像月球地形图2.探测月球上元素的分布3.任务是评估月球上土壤的厚度和氦-3的资源量4.任务是监测远至40万km范围内的空间环境12.1概述四大科学目标1.CCD立体相机搭载激光计拍4612.1概述关键技术（1）卫星的姿态控制。因为“嫦娥一号”在正常探测时，卫星大部分探测仪器需要对准月面，卫星太阳帆板要对准太阳，卫星数传天线要对准地球，这种技术在以前的绕地卫星飞行器当中还没有使用过。（2）远距离的通讯。由于地月之间距离接近四十万公里，要完成这么远距离通讯，涉及到卫星上的天线要对准地球，卫星上的放大器要有足够的功率，地面接收站要有足够大直径的天线。这些技术都是中国航天所首次遇到，有一定难度。（3）探测仪器。卫星所载探测仪器都是根据这次科学目标新研制而成，它在后续的工作中是否能够正常工作要面临考验。（4）工作一年。“嫦娥一号”卫星设计的探测任务是工作一年，这一年工作当中对于卫星及星载各种仪器设备的可靠性也是一个考验。12.1概述关键技术（1）卫星的姿态控制。因为“嫦娥一号4712.1概述飞行日志“嫦娥”八大关节点：发射(24日18:05已完成)--入轨(24日18:30已完成)--变轨(第一次变轨25日17:55已完成)(第二次变轨26日下午升到24小时轨道已完成)(第三次变轨29日进入48小时轨道已完成)--奔月(10月31日已完成)--修正(第一次修正完成)--制动(5日11时37分已完成)--“放歌”(11月7日前后)--传回照片(11月下旬)…12.1概述飞行日志“嫦娥”八大关节点：发射(24日184812.1概述领军人物总指挥：栾恩杰总设计师：孙家栋

首席科学家：欧阳自远测控系统总设计师：于志坚卫星系统总设计师：叶培建12.1概述领军人物总指挥：栾恩杰总设计师：孙家栋首席4912.2总体设计一、系统组成12.2总体设计一、系统组成5012.2总体设计1.卫星系统卫星系统总指挥兼总设计师为中国空间技术研究院的叶培建院士。“嫦娥一号”卫星外形与东方红三号卫星相似，是一个2.0米×1.72米×2.2米六面的立方体，两张太阳能电池板分布在两侧，最大跨度达18米，它选用东方红3号卫星平台并根据月球探测任务需要进行了技术改进，采用三轴稳定姿态控制，数据储存传输总量为39Gbit/24h，在轨寿命≥1年。12.2总体设计1.卫星系统卫星系统总指挥兼总设5112.2总体设计1.卫星系统12.2总体设计1.卫星系统5212.2总体设计2.运载火箭系统运载火箭系统总指挥、总设计师分别是中国运载火箭技术研究院的岑拯、贺祖明。嫦娥1号由我国长征3号甲运载火箭发射。12.2总体设计2.运载火箭系统运载火箭系统总5312.2总体设计3.发射场系统载人航天发射场基本任务：为运载火箭、飞船有效载荷提供满足技术要求的转载、总装、测试及运输设施。发射系统总指挥、总设计师分别是西昌卫星发射中心徐宏亮、解放军总装备部工程设计所于建平。12.2总体设计3.发射场系统载人航天发射场基本5412.2总体设计4.地面应用系统地面应用系统的总指挥、总设计师分别是国家天文台的艾国祥、李春来。地面应用系统是把月球探测器探测到的信息进行实际应用和开展应用研究的系统，负责探测器任务的规划、探测数据的接收、解译、探测数据的科学研究等。12.2总体设计4.地面应用系统地面应用系统的总5512.2总体设计4.地面应用系统12.2总体设计4.地面应用系统5612.2总体设计5.测控系统测控系统总指挥、总设计师分别是西安卫星测控中心董德义、解放军总装于志坚。我国航天器测控系统已经形成了以西安卫星测控中心为中枢，以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。12.2总体设计5.测控系统测控系统总指挥、总设5712.2总体设计二、卫星研制流程初样阶段：在初样阶段进行系统和分系统的接口协调、详细设计和试验验证。完成热控星、结构星、电性星的投产和试验，其目的是确定正样的技术状态。结构星采用真实的结构件，经过结构/热控模拟设备总装后，进行整星级振动试验；试验完成后，进行整星热控实施改装成热控星，进行热平衡试验；电性星由模拟结构件和真实设备组成，用以完成不同状态下的电性能测试和电磁兼容性试验。进行卫星与测控、应用系统的对接试验，以及星箭地三方电磁兼容性、星箭接口专项匹配性试验。12.2总体设计二、卫星研制流程初样阶段：5812.2总体设计二、卫星研制流程正样阶段：在正样阶段进行正样星设备的设计、生产、试验和验收。进行正样星的部装和总装，推进系统检漏、设备安装配准和精度测量、卫星质量特性测试等试验。进行正样星的电性能测试、EMC试验。进行正样星的力学环境试验和热试验。完成测控对接试验、应用对接试验和星箭接口匹配性检查。完成在发射场的总装、电测等发射准备工作。12.2总体设计二、卫星研制流程正样阶段：5912.3轨道设计12.3轨道设计6012.3轨道设计12.3轨道设计6112.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD嫦娥1号卫星将采取与其他国家不同的思路，搭载1台CCD立体相机和1个激光高度计，两者结合绘制完整细致的立体月球地图。CCD立体相机同时对卫星飞行的前方、下方和后方进行拍照，形成三维影像。12.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD嫦6212.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD12.4有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD6312.4有效载荷设计2.激光高度计激光高度计由激光器、望远镜和接收电路三部分组成。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。12.4有效载荷设计2.激光高度计激光高度计由激光6412.4有效载荷设计3.干涉成像光谱仪干涉成像光谱仪可以同时获取目标的“形影信息”和“光谱信息”，在空间遥感探测方面具有不可替代的优势，被誉为光学传感器发展历史上的一次革命。12.4有效载荷设计3.干涉成像光谱仪干涉成像光6512.4有效载荷设计4.伽马射线谱仪嫦娥1号卫星将用世界先进的伽马/X射线谱仪探测月球上14种元素的分布。通过开采月球资源，满足人类社会的需求。

12.4有效载荷设计4.伽马射线谱仪嫦娥1号卫星6612.4有效载荷设计5.微波辐射计微波辐射计是一种获取场景微波特征的重要手段，通过微波的特征，其穿透性的力量，可以看穿地下，测出土壤厚度。12.4有效载荷设计5.微波辐射计微波辐射计是一6712.4有效载荷设计6.高能粒子探测器、低能离子探测器太阳高能粒子探测器和低能离子探测器，将首次探测远至4万至40万km间的空间环境，这些关键科学数据，对今后深空探测器的环境防护设计具有重要的参考价值。这两种探测器，都是用以探测太阳辐射以及其它宇宙射线的最好工具。12.4有效载荷设计6.高能粒子探测器、低能离子探测器6812.5公用平台设计

嫦娥一号卫星整体重量2350千克，自身重量1150千克。本体尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米。两张太阳能电池帆板展开最大跨度18.1米。作为一个复杂的系统，嫦娥一号卫星由结构分系统，制导、导航与控制分系统，电源分系统，热控分系统，测控和数据传输分系统，数据管理分系统，推进分系统等多个部分组成。12.5公用平台设计嫦娥一号卫星整体重量23506912.5公用平台设计

一、结构与机构12.5公用平台设计一、结构与机构7012.5公用平台设计

二、控制系统制导、导航与控制分系统：由测量部件（敏感器）、控制计算机和执行机构等构成，负责对探测器飞行路线偏差进行修正和控制，对探测器姿态进行测量和控制，对太阳能电池帆板和有效载荷进行指向控制，从而保证整个飞行期间的轨道稳定，并保证一定的飞行姿态。我国研制出的新型紫外三轴姿态敏感器可以完成嫦娥1号三轴姿态的确定。12.5公用平台设计二、控制系统制导、导航与控制7112.5公用平台设计

三、推进系统在嫦娥一号卫星上，推进分系统配置了1台大推力的变轨发动机和12台小推力的推力器。12台推力器分成A、B两分支，每分支6台互为备份。在嫦娥一号奔月的过程中，运载火箭将卫星送入绕地球飞行的大椭圆轨道后，卫星的推进分系统就开始工作，经过1次远地点和3次近地点变轨，使卫星进入地月转移轨道，再经过2——3次中途修正和3次近月制动，将探测器送入绕月轨道。在随后卫星的1年寿命期内，还需要定期进行位置保持控制和姿态控制。

12.5公用平台设计三、推进系统在嫦娥一号