國之重器出版工程 星務(wù)小衛(wèi)星技術(shù)

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?。兀祝樱幔?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　ＰＣＭ 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