卫星总体方案设计
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卫星总体方案设计
概述
（决定的费用） （消耗的费用）
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卫星总体方案设计
概述
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卫星总体方案设计
概述
总体设计阶段所占时间相对较短，但需要作 出大量的关键决策
投入的人员和花费相对较少，但却决定了一 颗卫星大约80%的全寿命周期成本
卫星电源系统参数
电源功率、蓄电池容量以及供电电压等
卫星姿轨控精度参数
控制精度和控制稳定度
着陆速度
返回式卫星，着陆速度参数。
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
(1) 目标分辨率： (2) 成像幅宽：
1m （500km高度轨道） 100km
(3) 高程精度：
(4) 目标定位精度：
三轴指向精度
0.0001º /s
0.05º
三轴姿态稳定度
姿态机动角速度 机动后稳定时间
0.0001º /s
3º /s 小于20s
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
卫星平台总体方案主要技术指标
(5) 电源系统 供电阵输出功率（末期） 蓄电池组额定容量 1156W 50Ah(14节25Ah单体电池，2并7并) 干重660kg；燃料75kg；总重735kg 350kg 48%
卫星总体方案设计
1.0 2.0 3.0 4.0 7.0
或
总体性能参数确定与分配
失效报 废
生产
总装和 测试
发射和 部署
飞行任 务操作
5.0
培训
6.0
应急 操作
4.1
4.2
4.3
4.4
4.6
与
搜索森 林火灾
发现森 林火灾
跟踪已发现 的森林火灾
确定对地 定位数据
4.5
确定火 灾级别
应急 操作
4.4.1 4.4.5
30.0 17.5 300 50
测控应答机、天线等
贮箱、管道和推力器等 热控材料
含数据压缩、存储器和数传模块
设计余量
卫星干重 推进剂 卫星总重
18.5
660 75 735
单组元
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卫星总体方案设计
系 统 名 称
总体性能参数确定与分配
可 靠 性
结构与机构 热 控 平台电子学系统 电源与总体电路 测控通信 姿态控制 有效载荷 整 星
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
总体方案的数学模型是在确定了卫星内 部结构的基础上，用数学表达式来描述卫星 总体设计各变量间的相互作用和因果关系， 用于总体设计优化。
总体方案的数学模型就是把对卫星的设 计限制作为约束条件通过设计变量或功能 (性能)变量的一组不等式表示出来，把最能 反映主要设计要求的量做为目标函数，形成 可用数学手段求解的数学模型。
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
设计余量的处理：卫星的研制过程中有 不可预见的事情发生，且随着研制工作的推 进和深入，部分指标有上升趋势，故指标分 配要留有适当余地。 技术新或复杂成分多的项目，设计余量 要较大; 设计阶段越靠前，设计余量要较大;
设计师的经验丰富，设计余量留得适当。
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卫星总体方案设计
卫星
总体性能参数确定与分配
1 4 2 3
1.1 1.3 4.1 4.3 4.4 3.3 3.4 4.2 3.1 3.2 1.4 2.3 2.4 1.2 2.1 2.2
把卫星各 项主要功能自 上而下按层次 逐级分解为若 干功能成分。
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与
4.4.7
与
4.4.8
估计星 历表
4.4.2
估计惯性 定向矢量
估计森林火 灾惯性坐标
换算成当地 地理坐标
功能流程 图通过对功能 逐级分解得到， 能展示各功能 间的时间逻辑 顺序关系。
估计卫 星姿态
4.4.3
与
4.4.4
修正敏感器 安装误差
4.4.6
估计敏感器 指向误差
估算地球 椭球半径
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设计阶段 概念设计 初步设计 详细设计 人员比例 1％ 9％ 90％
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卫星总体方案设计
高度的综合性
概述
—综合考虑设计要求的各个方面，进行不同学科 专业间的权衡与协调
从孤立专业的角度设计出的飞机
重量 重量工程师的梦想 －航模飞机？
气动力 把机身、发动机等降低气 动效率的部件统统去掉！
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卫星总体方案设计
系统方案
总体性能参数确定与分配
和 需 求 描 述
系 统 性 能 参 数
系统指标 分配分析
系统级验证软件/平台 预想分配 分系统预 算分析 分系统级 试验
第一轮修改 协调各种修改
不合理分配 方案处理
系统级验 证试验 第二轮修改 考虑其他可选择方案 没通过
风险评估
通过 继续 设计
应该做哪些主要的比较研究和分析？ 花费的成本是多少？ 需要多长时间？
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第阶段 )：详细定义系统和分系 统设计细节，产生分系统需求和设计规范，进行 关键部件的研制。
完成任务的最佳卫星设计方案是什么？为什么？
所包含的风险是什么？
实现的计划是什么？ 成本估算是多少？ 是否有为确保计划所必需的长周期项目？
5m
10m
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
卫星平台总体方案主要技术指标
(1) 轨道 轨道高度 轨道倾角 500km（太阳同步圆轨道） 97.4º
交点周期
交点地方时 (2) 发射方式 (3) 姿态控制系统
94.6min
11:00 CZ-2C、CZ-2D等单独发射
三轴姿态测量精度
“简单任务”？
详细设计
专注于每一个细节 尺寸与参数
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卫星总体方案设计
概述
卫星总体方案设计的基本点：获得所需的功 能和适应外部环境。 卫星总体方案设计的基本任务：将卫星的需 求转变为对卫星的设计要求，把设计要求具体和 明确为设计任务书。选择和确定实现整体功能输 出和适应外部环境的卫星内部结构
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卫星总体方案设计
概述
卫星设计是指设计人员应用航天动力学、 结构力学、工程热物理、工程控制论、电子 技术、计算机技术、推进技术等学科知识通 过分析综合和创造思维，将设计要求转化为 一组能完整描述卫星的参数的过程。
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卫星总体方案设计
设计要求
概述
概念设计
（Conceptual Design）
质量特性参数包括重量、质心和转动惯量。
有效载荷性能参数
有效载荷性能参数的选择，是总体方案可行性论 证是否能完成用户提出的任务要求的最主要参数。
卫星轨道特性
决定卫星的轨道形状、高低以及卫星在空间运动 的方向和飞行时间
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
卫星总体性能参数的分类与确定
0.97 0.97 0.92 0.96 0.95 0.92 0.90 0.65
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3.3、卫星轨道设计
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卫星总体方案设计
卫星轨道设计
卫星在外层空间实现对地面服务的功能， 其前提在于使卫星达到并运行于某一适合任 务需求的空间轨道。
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卫星总体方案设计
卫星功能要求 确定卫星组成
总体性能参数确定与分配
环境变量 Z
选择变量 设计变量 X 功能变量 Y
多学科优化MDO (Multidiscipinary Optimization)
建立分析方法
h j ( X ,Y ) 0
形成约束条件
选择目标函数
gi ( X ) 0
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
卫星分系统间存在线性的关系，也存在非 线性的关系，设计指标中有加和性和相干性的 指标，不同的设计指标采用不同的分配方法：
有些指标不存在分配，如卫星轨道要素； 有些指标可以直接进行分配，如卫星质量;
还有一些要经过分析和转换后才能分配， 如卫星的准确度指标和可靠性指标;
(6) 卫星质量与功耗
卫星总质量 有效载荷质量 有效载荷比
一次电源长期功耗
(7) 设计寿命与可靠性 设计寿命 可靠性
278W
2年 0.65
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卫星总体方案设计
总体性能参数确定与分配
卫星总体性能指标的分配是将定量化表示出 的卫星功能或性能以及规定了的与外部环境的关 系，分解或转化到各分系统的设计工作。 功能分析：卫星的功能是卫星个组成部分协同 作用和有序工作的结果，卫星与外部环境的适 应关系也需由卫星各组成部分相互配合才能实 现，因此必须将指标分解到各分系统。
卫 星 外 部 设 计
卫 星 方 案 设 计
方分 案系 设统 计
卫 星 详 细 设 计
详分 细系 设统 计
狭义地讲，是指在概念研究、可行性论证以 及方案设计阶段与卫星系统有关的设计活动。
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