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：29624851784

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)

：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。第1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；第14章为航天器总体设计、分析、优化范例；第15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

第1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
第10章 航天器液体晃动动力学
第11章 航天器多体动力学
第12章 航天器热致微振动动力学
第13章 航天器动力学与控制总体仿真
第14章 航天器总体方案设计分析优化范例
第15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轨道动力学精要 引言 通信卫星作为现代信息社会不可或缺的基石，其设计与运行的精确性直接关乎全球通信的稳定与高效。本书并非详述某一具体通信卫星项目，而是致力于深入剖析通信卫星领域普遍适用的核心设计理念、关键技术挑战以及其轨道动力学的深邃原理。旨在为从事航天工程、通信技术、以及相关研究领域的工程师、研究人员和学生提供一套系统、详实的理论框架与实践指导，帮助他们理解和掌握通信卫星从概念构思到稳定运行的全过程。本书内容涵盖了通信卫星的整体架构、关键子系统的设计要点、以及影响其轨道行为的动力学规律，力求以严谨的学术态度和清晰的逻辑脉络，呈现出一幅通信卫星技术的全景图。 第一部分：通信卫星总体设计概述 第一章：通信卫星的系统构成与功能定位 本章将系统性地阐述通信卫星在整个通信网络中的角色及其所承载的核心功能。我们将从宏观角度出发，解析通信卫星的系统级划分，介绍其作为通信节点、转发器、信号处理单元以及地面站接口等关键组成部分的协同工作机制。通过分析不同类型通信卫星（如同步轨道、低地球轨道、中地球轨道卫星）在功能上的差异化定位，理解它们在满足多样化通信需求（如广播通信、移动通信、数据传输、卫星互联网等）中所扮演的独特角色。此外，还将探讨通信卫星在现代社会基础设施建设中的战略意义，以及其未来发展趋势对全球通信格局的影响。 第二章：轨道与姿态控制系统设计 轨道与姿态控制系统是通信卫星稳定运行的生命线。本章将深入探讨这一系统的设计原理与实现技术。我们将首先介绍卫星轨道的基本概念，包括轨道参数、轨道类型以及影响卫星轨道的各类摄动力（如地球引力异常、太阳光压、大气阻力等）。在此基础上，详细阐述轨道维持和变轨控制的策略与方法，包括使用推进系统（如化学推进、电推进）实现精确的轨道调整。 在姿态控制方面，我们将分析卫星姿态对通信任务成功与否的关键影响，包括指向精度、稳定性以及对太阳能帆板和天线的指向要求。随后，将重点介绍姿态确定与控制的关键技术，包括姿态传感器（如星敏感器、陀螺仪、磁力计）的工作原理，以及姿态执行机构（如反作用轮、磁力矩器、推力器）的选型与设计。我们将讨论如何通过闭环控制算法，实现高精度的姿态稳定和指向控制，以确保通信信号的有效传输。 第三章：通信载荷系统设计 通信载荷是通信卫星的核心功能实现单元，直接决定了卫星的通信能力。本章将聚焦通信载荷的系统设计，介绍其关键组成部分及其设计要点。我们将从通信链路的建立和信号的传输、接收、处理等方面进行分析。 首先，将详细介绍天线的设计，包括不同类型天线（如定向天线、全向天线、相控阵天线）的设计原则、增益、方向图以及在不同频段下的应用。接着，将深入探讨转发器的设计，包括上变频、下变频、放大、滤波等关键环节的原理和技术挑战。我们将分析不同类型的转发器（如线性转发器、再生转发器）的设计差异及其对信号质量和通信灵活性的影响。 此外，本章还将涉及射频前端和后端的设计，包括低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混频器、滤波器、以及数字信号处理（DSP）模块的选型与集成。我们将讨论如何优化载荷设计以提高信噪比、频谱效率和覆盖范围，并满足日益增长的通信带宽需求。 第四章：结构与热控系统设计 结构和热控系统是保障通信卫星在严酷空间环境中稳定可靠运行的物理基础。本章将详细阐述这两个关键子系统的设计理念与技术要点。 结构设计方面，我们将重点关注卫星整体结构的强度、刚度、质量优化以及振动特性。讨论材料的选择（如铝合金、复合材料）对结构性能的影响，以及结构设计如何适应发射过程中的载荷和空间环境的应力。还将介绍卫星的展开机构设计，如太阳能帆板、天线、以及其他科学载荷的展开机构，并分析其可靠性和稳定性要求。 热控系统设计方面，我们将分析空间环境对卫星的热载荷，包括太阳辐射、地球红外辐射以及卫星自身设备产生的热量。介绍热控系统的主动和被动控制手段，如隔热材料、热辐射涂层、热管、散热器、以及加热器等。我们将探讨如何通过精确的热设计，维持卫星内部关键电子设备的温度在设计范围内，防止过热或过冷导致的性能下降或故障。 第五章：电源系统与电力管理 可靠且高效的电源系统是通信卫星持续运行的动力源泉。本章将深入解析通信卫星的电源系统设计与电力管理策略。 我们将详细介绍卫星电源系统的构成，包括太阳能帆板、蓄电池以及电源管理和分配单元（PMAD）。重点阐述太阳能帆板的类型、效率、功率输出以及其在不同轨道和姿态下的工作特性。对于蓄电池，将分析其类型（如镍氢电池、锂离子电池）、容量选择、充放电管理以及寿命预测。 电源管理与分配单元（PMAD）在本章中将得到重点阐述，介绍其如何对电力进行有效采集、存储、转换和分配，以满足不同载荷和系统的实时电力需求。还将探讨电力管理策略，包括负载优先级排序、功率削减机制以及故障诊断与恢复，以确保在极端情况下卫星关键功能的持续运行。 第六章：测控与通信系统设计 测控与通信系统是实现卫星与地面站之间数据交换和指令传输的生命线。本章将详细介绍该系统的设计要点。 我们将阐述地面站与卫星之间的通信协议和链路设计，包括遥测（Telemetry）、遥控（Telecommand）、以及数据传输（Data Transmission）的信道设计。详细介绍上行和下行链路的频率分配、调制解调方式、编码技术，以及如何保证通信的可靠性和抗干扰能力。 在测控方面，我们将分析遥测数据的采集、编码、传输以及地面站的接收、解码和处理过程。对于遥控指令，将介绍指令的生成、编码、传输以及卫星上的接收、解码和执行机制。还将讨论不同通信频段（如S波段、C波段、Ku波段、Ka波段）在测控通信中的应用及其优劣势。 第七章：可靠性、安全性与寿命设计 通信卫星的设计必须以极高的可靠性、安全性和长寿命为核心目标。本章将聚焦这一关键的设计理念。 我们将深入探讨可靠性工程在卫星设计中的应用，包括故障模式与影响及危害性分析（FMECA）、故障树分析（FTA）等方法。分析关键元器件的可靠性指标，以及冗余设计、容错技术在提高系统可靠性中的作用。 安全性设计方面，将侧重于防止卫星在发射、运行过程中发生意外，如爆炸、失控等。探讨核安全、电磁兼容性（EMC）以及防静电设计的重要性。 寿命设计方面，我们将分析影响卫星寿命的各项因素，包括元器件的寿命、推进剂的消耗、以及空间环境的累积效应。介绍如何通过合理的系统设计和运行策略，最大化卫星的设计寿命，以实现经济效益和社会效益的最大化。 第二部分：通信卫星轨道动力学分析 第八章：基本轨道力学原理 本章将为后续的轨道动力学分析奠定坚实的理论基础，系统性地介绍卫星轨道力学的基本原理。 我们将从牛顿万有引力定律出发，推导描述天体运动的基本方程。详细阐述轨道要素（如半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、真近点角），并解释它们如何唯一地确定一个轨道。我们将介绍开普勒定律在描述卫星运动中的应用，以及轨道根数的概念。 此外，本章还将介绍不同轨道类型（如圆形轨道、椭圆轨道、抛物线轨道、双曲线轨道）的特点，以及它们在通信卫星任务中的适用性。同时，将初步引入速度、能量等概念，为理解卫星的变轨和轨道控制提供基础。 第九章：主要的摄动力分析 通信卫星在轨道上并非只受理想化的中心引力作用，而是受到多种外部摄动力的影响，这些摄动力是导致卫星轨道偏离其初始状态的关键因素。本章将深入分析这些主要的摄动力。 我们将详细解析非球形地球引力摄动，解释地球质量分布不均如何导致卫星轨道发生长期和短期的变化。重点分析地球的扁率和引力异常对卫星轨道的长期影响，以及如何通过求解摄动方程来预测这些变化。 其次，将深入探讨太阳光压摄动。解释太阳光子对卫星表面的碰撞如何产生推力，以及该推力的大小和方向如何随卫星的姿态、轨道位置以及表面材料的反射特性而变化。重点分析太阳光压对高轨道卫星（如同步轨道卫星）轨道和姿态的长期影响。 此外，还将分析大气阻力摄动，尤其是在低地球轨道（LEO）上的卫星。介绍大气密度随高度、太阳活动周期以及地磁活动的变化，以及大气阻力如何导致卫星轨道衰减，并分析其对卫星寿命的影响。 第十章：轨道摄动方程与摄动方法 为了精确预测和控制通信卫星的轨道，需要采用成熟的数学方法来描述和计算摄动力对轨道的影响。本章将介绍求解轨道摄动方程的常用方法。 我们将介绍拉格朗日方程和汉密尔顿方程在轨道动力学中的应用，并阐述它们如何用于推导描述轨道要素变化率的摄动方程。重点介绍平均摄动和真实摄动方程，以及它们在不同情况下的适用性。 随后，将详细介绍几种常用的摄动数值积分方法，如龙格-库塔法、沃纳法等。分析这些方法的精度、计算效率以及在卫星轨道预测中的实际应用。还将介绍摄动理论中的一些经典方法，如拉格朗日和泊松方法，以及它们在分析和预测轨道变化方面的优势。 第十一章：轨道维持与轨道控制策略 精确的轨道维持和轨道控制是确保通信卫星长期稳定运行的关键。本章将聚焦于此方面。 我们将详细阐述轨道维持的必要性，包括补偿摄动力引起的轨道漂移、保持通信覆盖范围的稳定性以及避免与其他卫星发生碰撞。介绍常用的轨道维持策略，包括周期性的轨道修正以及根据轨道预测结果进行的实时轨道调整。 在轨道控制策略方面，我们将分析不同轨道控制任务的需求，如星座卫星的相对位置保持、定点卫星的精确对准以及变轨操作。重点介绍推进系统在轨道控制中的作用，包括推进剂消耗的计算、推力器的选择与布局、以及推力脉冲的时机与大小的优化。 此外，还将介绍用于轨道控制的先进技术，如最优控制理论在变轨规划中的应用，以及基于实时轨道测量的自适应轨道控制方法。 第十二章：轨道动力学在通信卫星设计中的应用 本章将桥接轨道动力学理论与通信卫星的实际工程设计，阐述动力学分析在卫星总体设计过程中的重要作用。 我们将分析轨道动力学对通信卫星载荷设计的影响，例如，轨道倾角和偏心率的变化如何影响地面用户的可见性，以及对天线指向和通信覆盖范围的要求。 此外，还将探讨轨道动力学如何影响卫星结构和热控系统的设计。例如，轨道参数和摄动力的大小会影响卫星的受力情况和受热情况，进而影响结构强度和热控措施的设计。 最后，本章将强调轨道设计与姿态控制系统设计的协同关系，阐述如何通过精确的轨道动力学分析，为姿态控制系统提供精确的轨道信息和环境参数，从而实现最优的姿态稳定和指向控制，最终保障通信任务的成功。 结论 本书通过对通信卫星总体设计关键环节的深入剖析，以及对轨道动力学核心原理的细致阐述，力求为读者构建一个全面而深刻的认识框架。本书并非局限于某一特定项目，而是聚焦于普适性的设计理念、技术挑战以及理论基础，旨在提升读者在通信卫星领域的设计能力、分析能力和创新能力。理解和掌握本书所涵盖的知识，将有助于工程师们设计出更可靠、更高效、更经济的通信卫星系统，为未来信息社会的蓬勃发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我之前也接触过一些关于航天器的书籍，但很多要么过于理论化，要么过于浅显，很难找到一本能够兼顾深度和广度的。我对这本书的期望是，它能够提供一个比较完整的视角，不仅仅局限于技术细节，更要体现出“总体设计”的智慧。我希望通过阅读，能够理解不同设计决策背后的权衡和取舍，例如在成本、性能、寿命和可靠性之间如何找到最佳平衡点。书中会不会讨论到一些前沿的通信卫星技术，比如更高频段的应用、更智能化的星载处理能力，或是新型的轨道部署方式？如果作者能够结合当前行业的发展趋势，分享一些对未来通信卫星发展的洞察，那将非常有价值。我尤其关注书中是否能够探讨不同类型的通信卫星（例如GEO、MEO、LEO）在设计理念和动力学特性上的差异，以及它们各自的应用场景和优劣势。

评分☆☆☆☆☆

作为一个长期在通信行业摸爬滚打的从业者，我深知理论与实践相结合的重要性。这本书的“动力学分析”部分，让我看到了它在这方面的潜力。在实际的卫星运行过程中，各种动态因素对卫星的稳定性和性能有着至关重要的影响。我希望这本书能够深入浅出地讲解与通信卫星动力学相关的核心概念，比如轨道力学、姿态动力学以及这些动力学特性如何影响卫星的通信性能。我特别想了解，在设计过程中，工程师们是如何对卫星的轨道进行精确计算和维持的？在面对地球引力、太阳光压、大气阻力等外在扰动时，卫星又是如何通过其动力学系统来保持稳定指向和通信链路的？如果书中能提供一些实际的分析案例或者数值计算的示例，那将极大地帮助我理解这些抽象的理论，并思考如何在实际工作中应用这些知识，去优化卫星的设计和运行策略，解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

作为一名学生，我非常渴望能够找到一本既权威又具有启发性的教材，来帮助我打下坚实的通信卫星领域基础。这本书的书名和出版社信息，给了我初步的信心。我希望它能不仅仅是内容的堆砌，而是能够展现出作者深厚的专业功底和严谨的学术态度。书中是否会包含一些经典的理论推导过程，以及这些推导是如何一步步演化到今天的工程实践的？我更关心的是，这本书能否为我提供解决实际工程问题的思路和方法。例如，当遇到通信链路不稳定、信号衰减严重或者轨道漂移等问题时，如何从动力学分析的角度去诊断原因，并提出解决方案？如果书中能够穿插一些作者的个人经验和行业洞察，分享一些在实际项目中遇到的典型问题和创新性的解决方案，那将是对我学习道路上极大的帮助和鼓舞。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装给我留下了深刻印象，封面设计简洁大气，没有过于花哨的元素，但字体的选择和排版都显得非常专业，一看就知道是经过深思熟虑的。拿到手里，平装的质感也相当不错，纸张厚实，不易折损，拿在手中感觉很扎实，这对于一本技术类书籍来说非常重要，毕竟需要经常翻阅查阅。书本的大小适中，便于携带和放置，无论是放在书架上还是带到办公室，都不会显得笨重。书页的印刷清晰，字迹工整，即使是复杂的公式和图表也能够准确无误地呈现，阅读起来不会感到费力。总的来说，从开本、装帧到印刷质量，这本书都体现出一种严谨细致的态度，让人对书的内容充满期待。在阅读过程中，我注意到封底的信息也很丰富，包括出版社的标志和书号，这些细节都增加了我对这本书的信任感。它给人的第一印象是那种可以信赖的、有分量的技术读物，绝对不是那种随意印刷、内容粗糙的产品。这种对细节的追求，也预示着书本内容可能同样会精益求精。

评分☆☆☆☆☆

我一直对航空航天领域，尤其是通信卫星的部分很感兴趣，但苦于没有系统性的入门教材。偶然间看到了这本书，虽然书名听起来有些专业，但“总体设计”这个词点燃了我深入了解的兴趣。我想通过这本书，能够对通信卫星的整体框架有一个清晰的认识，比如它主要由哪些部分构成，各个部分之间又是如何协同工作的。我特别希望能了解到，一颗通信卫星从概念设计到最终发射入轨，需要经历哪些关键的阶段和决策过程。比如，在设计初期，工程师们会考虑哪些核心的通信需求，从而确定卫星的类型和轨道？在具体的结构设计上，有哪些挑战是需要特别关注的？还有，关于卫星的电源、姿态控制、通信载荷等关键子系统，我希望能获得一个相对全面的介绍，了解它们的基本原理和技术要求。这本书如果能将这些复杂的概念用清晰易懂的方式阐述出来，那对我这样的初学者来说，无疑是宝贵的资源。