2017年《航天器总体设计》课程作业1.嫦娥三号探测器航天工程系统的组成及各自的任务嫦娥三号探测器由月球软着陆探测器（简称着陆器）和月面巡视探测器（简称巡视器）组成。

（1）探测器系统：主要任务是研制嫦娥三号月球探测器。

嫦娥三号探测器由着陆器和巡视器组成。

着陆月面后，在测控系统和地面应用系统的支持下，探测器携带的有效载荷开展科学探测。

（2）运载火箭系统：主要任务是研制长征三号乙改进型运载火箭，在西昌卫星发射中心，将嫦娥三号探测器直接发射至近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道。

（3）发射场系统：主要任务是由西昌卫星发射中心承担嫦娥三号发射任务。

发射场系统通过适应性改造，具备长征三号乙改进型火箭的测试发射能力。

（4）测控系统：主要任务是对运载火箭、探测器在各个飞行阶段以及探测器在月面工作阶段的测控、轨道测量、月面目标定位以及落月后着陆器和巡视器的控制。

（5）地面应用系统：主要任务是根据科学探测任务，提出有效载荷配置需求；制定科学探测计划和有效载荷的运行计划，监视着陆器和巡视器有效载荷的运行状态，编制有效载荷控制指令和注入数据，完成有效载荷运行管理。

2.我国载人航天工程系统的组成及各自的任务（1）航天员系统：主要任务是选拔、训练航天员，并在载人飞行任务实施过程中，对航天员实施医学监督和医学保障。

研制航天服、船载医监医保设备、个人救生等船载设备。

（2）空间应用系统：主要任务是研制用于空间对地观测和空间科学实验的有效载荷，开展相关研究及应用实验。

（3）载人飞船系统：主要任务是研制“神舟”载人飞船。

“神舟”载人飞船采用轨道舱、返回舱和推进舱组成的三舱方案，额定乘员3人，可自主飞行7天，具有出舱活动和交会对接功能，可与空间实验室和空间站进行对接并停靠飞行半年。

（4）运载火箭系统：主要任务是研制满足载人航天要求的大推力长征二号F型运载火箭，对长征系列运载火箭进行多方面改进设计，控制系统采用冗余技术，增加故障检测、逃逸救生等功能，增加运载火箭的可靠性、安全性。

（5）发射场系统：主要任务是负责火箭、飞船和应用有效载荷在发射场的测试和发射，新建技术区，采用“垂直总装、垂直测试、垂直运输”以及远距离测试发射控制的先进测发模式。

（6）测控通信系统：主要任务是完成飞行试验的地面测量和控制。

在原有卫星测控通信网的基础上，研制建设符合国际标准体制的S波段统一测控通信设备。

形成由地面测控站、海上测量船及中继卫星组成的载人航天测控网。

（7）着陆场系统：主要任务是搜救航天员和回收飞船返回舱，建设主、副着陆场，设立上升段陆上、海上应急救生区和运行段应急着陆区。

（8）空间实验室系统：主要任务是研制空间实验室，包括具有交会对接功能的8吨级目标飞行器，为开展短期有人照料的空间科学实验提供基本平台，为研制空间站积累经验。

3.航天器总体设计的概念及主要阶段划分航天器总体设计，是指为完成航天任务规定的目标所开展的以航天器为对象的一系列设计活动。

航天器总体设计是航天器研制的顶层设计，是用系统工程的原理和方法，提出并优选航天器的总体方案、分系统方案，拟定、协调、优选和控制航天器的各项参数和性能指标，设计出能满足任务要求的、达到规定技术指标的、满足成本与研制周期要求的航天器。

航天器总体设计贯穿于整个航天器工程论证和工程研制过程中，主要分为任务分析、总体方案可行性论证、总体方案设计、总体详细设计四个阶段。

总体详细设计又分为总体初样设计和总体正样设计。

4.航天器总体设计的基本原则（1）满足用户需求的原则总体设计必须围绕用户的特定需求开展设计工作。

（2）系统整体性原则防止脱离系统整体功能和性能，片面追求局部高性能。

（3）系统层次性原则处理好工程大系统、航天器总体及分系统间的关系。

（4）研制的阶段性原则制定科学的研制流程。

（5）创新性和继承性原则处理好继承和创新的关系。

（6）效益性原则5.航天器技术从成熟程度上可分为哪四类技术，各自的含义（1）成熟技术已经过在轨飞行考核及成功应用的技术，可继承和沿用已有的成熟分系统的方案、部件、电路或结构。

（2）成熟技术基础上的延伸技术在已有的成熟技术基础上，需要在分系统方案、部件、电路或结构等方面，进行少量修改设计后而应用的技术。

（3）不成熟技术（属于关键技术）无成熟技术充分继承，必须经过充分研究、投产和充分地面试验（技术攻关）后，才能在航天器上试验及应用的技术。

（4）新技术（属于关键技术）在理论、原理或方法方面有创新，未在航天器应用的技术。

6.航天器总体方案的五种技术实现途径（1）利用已有的成熟的卫星平台或标准化的公用平台，通过适应性改造，更换新的任务载荷，从而满足新的任务要求。

（2）充分继承、使用已有的成熟分系统，或成熟有效载荷。

（3）充分继承和利用已有的成熟技术，应用于新的研制任务。

（4）采用技术引进方式，获得和应用国外的成熟设备、部件、器件、材料。

（5）采用全新的技术研制新的卫星载荷、部件，形成新的卫星平台或有效载荷。

7.航天器总体方案设计阶段的主要工作（1）用户使用要求及技术指标要求的确定。

（2）总体方案的确定。

（3）总体技术指标的分析、分配及预算。

（4）分系统方案及技术指标的确定。

（5）分系统机、电、热接口要求的确定。

（6）轨道设计与分析。

（7）构型设计。

（8）整星动力学分析及热分析。

（9）整星可靠性和安全性分析。

（10）总装、测试及大型试验方案的制定。

（11）继承性和技术成熟度分析。

（12）工程大总体接口协调与确定。

（13）关键技术成熟度、工程研制难点及风险分析。

（14）任务及技术指标满足度分析。

（15）研制技术流程和计划流程的制定。

（16）各级技术规范文件的编制。

8.总体方案设计阶段的性能指标分析、分配及预算工作（1）任务分析及指标分解。

（2）有效载荷技术指标的分析与分配。

（3）姿态指向精度及稳定度指标的分析与分配。

（4）航天器质量和功率的分配和预算。

（5）仪器设备安装空间分配。

（6）轨道任务分析与推进剂预算。

（7）测控及数传分系统的链路分析。

（8）测控及数传机会分析及存储器容量确定。

（9）整星供电能力及能量平衡分析。

（10）分系统可靠性指标分配。

（11）整星动力学分析。

（12）整星热分析。

（13）总装精度的分配与精度分析。

（14）整星EMC设计与分析。

（15）整星剩磁指标分配及预算。

（16）空间环境影响分析及对策和预案。

（17）飞行程序及工作模式规划。

（18）可靠性、安全性设计与分析。

9.根据轨道类型不同，低轨道航天器太阳电池阵有几种布局方式，画出示意图（1）太阳同步轨道单轴驱动的太阳电池阵的布局设计航天器运行姿态：对地定向适用轨道：太阳同步正午轨道带有预设安装角的单轴驱动的太阳电池阵布局设计航天器运行姿态：对地定向适用轨道：太阳同步正午轨道（2）回归轨道（3）太阳同步回归轨道（4）冻结轨道（5）地球同步（静止）轨道（6）临界倾角大椭圆轨道（7）甚低轨道与航天器通过铰链直接连接的太阳电池阵布局设计航天器运行姿态：长期对日定向，短期对地定向适用轨道：各类低地球轨道（8）星座10.基于飞轮的控制系统的优势及存在的问题轮控系统的特点和优点：（1）不消耗工质，只消耗电能，支持长寿命航天器运行；（2）能够提供较精确的控制力矩，实现高精度姿态控制；（3）特别适合用于克服（吸收）周期性的干扰力矩影响；（4）采用轮控系统的三轴稳定航天器，可以安装大型太阳电池阵，满足航天器的大功率能源需求；（5）与喷气控制相比，轮控系统可以避免对光学仪器的污染。

机械轴承轮控系统存在的问题：（1）存在转速饱和问题，航天器必须具备对飞轮的卸载能力；（2）飞轮高速运转时，对高稳定度姿态控制存在微振动影响；（3）飞轮转速过零时，存在较大的干扰力矩；（4）因为有高速转动部件，存在轴承寿命和可靠性问题。

11.航天器自身对姿态控制系统存在哪些干扰及影响12.联盟号载人飞船三舱设计方案相对两舱设计方案的优缺点优点：(1)轨道舱增加了飞船的有效空间，为长时间多人的空间飞行、携带多种载荷开展空间试验、航天员出舱提供了条件。

(2)基于联盟号飞船三舱布局的优点，可扩展形成其它形式的载人航天器，例如：将两艘联盟号飞船对接，可快速构建小型的空间站。

或扩展成为载人登月飞船使用。

(3)联盟号飞船已发展成为高可靠性的载人运输飞船及货运飞船。

缺点：(1)增加了舱段分离次数，带来了舱段分离的可靠性和安全性问题。

(2)三舱之间的电、气、液接口多，带来了设计的复杂性和可靠性问题。

(3)三舱构型导致飞船的气动外形复杂，要求运载火箭配置整流罩，因此飞船外形又受到整流罩直径的限制。

(4)返回舱位于三舱的中间位置，增加了发射阶段进行逃逸救生的复杂性。

13.航天器构型设计的基本原则（1）充分了解飞行任务要求及各种约束条件，掌握有效载荷及平台分系统对构型设计的要求，满足飞行方式、姿态指向、设备视场、发动机推力矢量、设备布局等要求、以及其它特殊设计要求。

（2）构型设计必须使结构传力路线合理，保证结构具有合理的强度、刚度和质量，结构生产工艺性好，总装操作简便，能够承受地面试验、起吊、运输、发射等各种载荷，安全可靠。

（3）构型设计必须和运载器整流罩的有效空间，运载器的纵向及横向基频、发射阶段的力学环境条件、星箭机械接口及电接口协调一致。

（4）大、中型航天器的构型设计一般采用模块化的多舱段设计方案，各舱段按功能进行划分。

小型航天器可采用一体化的单一舱段设计方案。

（5）整星的总装测量基准、仪器设计安装测量基准应布局合理，便于总装精度测量。

（6）整星的总装测量基准、仪器设计安装测量基准应布局合理，便于总装精度测量。

（7）空间飞行器构型设计必须考虑空间飞行环境的影响。

14.航天器总体布局的基本原则（1）根据有效载荷及星上各仪器设备的质量、体积及形状特点、以及各设备相互间的电气与机械连接关系，进行内、外部设备的布局。

（2）根据各仪器设备的发热量及运行模式进行布局，满足整个航天器的热控方式和散热通道设计要求。

（3）对于具有较高安装精度和灵敏度的设备，应合理布局。

光学相机、星敏感器、陀螺等高精度设备应布置于刚度好、振动小的位置。

（4）推进系统的布局和管路走向、装配方案、推进剂加注和防泄露、防污染方案应合理，推进剂消耗对质心位置变化的影响应最小。

（5）总体布局应满足在仪器设备的视场范围内，无遮挡、无反射光和热辐射影响。

（6）太阳电池阵、大型展开天线的外形尺寸、结构形式、折叠及展开方式等，应与航天器总装、姿态与轨道控制分系统的方案协调一致。

（7）航天器的电缆布局、走向、连接和固定方式，应满足电磁兼容设计要求，通过设备及电缆布局，减少整星剩磁矩。

15.月球探测器典型飞行阶段划分、发射段的四种主要发射方式的特点（1）发射段。

第一种方式：运载火箭一次发射，首先发射至地球停泊轨道，经调相轨道后，探测器加速进入月地转移轨道。