本书介绍航天器系统设计的基础知识，包括航天器系统工程与管理、空间环境、航天器动力学、航天器推进与发射、航天器姿态确定与控制、航天器电源系统、航天器热控、航天器构形与结构设计、空间通信、航天器测控、星载计算机系统、嵌入式软件系统、航天器可靠性、航天器集成与测试、空间任务操作、纳星概念设计等。

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       与第1版相比，《空间系统基础》第2版在两方面做了修订。首先，增加了自第1版出版以来空间系统科学研究和工程技术的新进展。其次，努力使本书更适合作为高级项目班的预修教材，用于开展航天器或航天仪器的设计以及可能的研制、发射。最后，根据作者学生及同事的评估意见，对部分内容进行了修改。另外，第2版提供了更多的实例，这些实例可能是某些工程问题的解决方案，同时增加了有关简单航天器设计概念的内容。由于大多数作者也讲授这些内容，本书为他们提供了重要的参考文档。作为学术成果，本书可作为相关工程学科的高级或初级研究生课程教材。
　　本书的主要目的是使读者在一定程度上理解空间系统的基础知识，从而可以进行概念设计。本书所有章节的作者均参与了书中提出的空间系统或子系统的开发，具有丰富的工程经验，并且负责在学术计划中讲授这些系统是如何开发的。因此，他们会忽略可能具有深奥学术价值、但不适合用于实际空间系统开发的内容。本书可以帮助航天领域的科学家和系统工程师理清工程问题，获取解决方案，用于开发满足各种需求的空间系统或子系统。随着航天工业技术的成熟，实践人员很有必要广泛地理解相关学科及其问题，从而提高空间系统设计性能，简化设计流程，降低成本和风险。

目录
译者序
前言
原书编写人员简介
第1章 空间系统工程与管理l
1.1引言l
1.2系统工程基础l
1.3系统工程中的概念4
1.3.1功能分析4
1.3.2验证与确认4
1.3.3技术成熟度5
1.3.4质量裕量5
1.3.5收益分析6
1.4项目开发流程7
1.5航天系统开发管理12
1.5.1系统工程管理计划13
1.5.2项目评审14
1.5.3接口控制文档17
1.5.4配置管理19
1.5.5工作定义和工作分解结构20
1.5.6任务调度24
1.5.7成本估计31
1.5.8挣值管理33
1.5.9风险管理34
1.6组织36
1.7习题38
参考文献42
第2章 空间环境43
2.1地球空间环境43
2.2引力44
2.3大气层46
2.3.1高度特性46
2.3.2热成层和外大气层的变化50
2.4电离层53
2.4.1电离54
2.4.2等离子体频率59
2.4.3德拜长度61
2.4.4航天器带电64
2.4.5撞击尾流效应65
2.5磁层65
2.5.1地球内部磁场65
2.5.2太阳风的影响68
2.5.3带电粒子在偶极子磁场的运动69
2.5.4磁层的分区78
2.5.5磁暴和亚磁暴84
2.6辐射85
2.7行星际介质87
2.8习题87
参考文献89
第3章 航天动力学92
3.1引言92
3.2动力学原理93
3.3中心引力作用下的二体运动98
3.3.1运动方程98
3.3.2二体中心引力问题的解100
3.3.3圆轨道104
3.3.4椭圆轨道105
3.3.5抛物线轨道108
3.3.6双曲线轨道109
3.4参考坐标系110
3.4.1基本原理110
3.4.2国际天球参考系112
3.4.3国际地球参考系统113
3.4.4 IERS地球指向参数113
3.4.5轨道根数115
3.5时间系统116
3.5.1儒略历117
3.5.2格利高里日历118
3.5.3国际原子时118
3.5.4力学时118
3.5.5坐标时119
3.5.6恒星时119
3.5.7世界时120
3.5.8世界协调时122
3.5.9全球定位系统时间122
3.6轨道摄动理论基础123
3.6.1拉格朗日行星方程124
3.6.2 Euler-Hill方程125
3.7轨道摄动126
3.7.1质量非均匀分布126
3.7.2太阳和月球129
3.7.3地球固体潮129
3.7.4大气阻力130
3.7.5辐射压力135
3.8定轨135
3.8.1两行轨道根数137
3.8.2全球定位系统138
3.9航天器覆盖率139
3.9.1覆盖公式139
3.9.2仰角和方位角指向140
3.9.3多普勒频移141
3.9.4典型轨道特性141
3.10行星际轨道143
3.10.1引力助推143
3.10.2圆锥曲线拼接144
3.10.3气动制动145
3.10.4拉格朗日平动点146
3.11习题147
参考文献151
第4章 航天器推进、发射系统和发射力学154
4.1简介154
4.2火箭推进的基本方程154
4.3热力学关系158
4.4喷管166
4.5无外力作用下的火箭运动167
4.6重力作用下的火箭运动172
4.7发射飞行力学175
4.7.1简介175
4.7.2重力转向轨迹176
4.7.3上升进入轨道179
4.7.4发射场179
4.7.5发射窗口181
4.8轨道转移181
4.8.1简介181
4.8.2拉格朗日行星方程182
4.8.3霍曼转移183
4.8.4双椭圆轨道转移185
4.8.5选择性轨道变换185
4.9固体推进系统186
4.9.1简介186
4.9.2发动机壳体187
4.9.3绝热层187
4.9.4推进剂188
4.9.5点火器191
4.9.6喷管191
4.9.7推力矢量控制192
4.10液体推进系统194
4.10.1简介194
4.10.2椎进剂195
4.10.3推进剂流量控制198
4.10.4喷注器198
4.10.5点火器199
4.10.6推力室199
4.10.7推力控制200
4.10.8举例200
4.11冷气系统204
4.12固液混合火箭204
4.13电推进系统205
4.13.1简述205
4.13.2电热推进206
4.13.3静电推进（离子推进）207
4.13.4电磁推力器208
4.14其他推进系统209
4.14.1核能209
4.14.2太阳帆210
4.15推进系统估算210
4.16习题212
第5章 航天器姿态确定与控制216
5.1简介216
5.2姿态描述217
5.2.1右手正交坐标系218
5.2.2正交变换220
5.2.3旋转矩阵223
5.2.4欧拉角99C
5.2.5四元数228
5.2.6更多参考资料230
5.3姿态运动学230
5.3.1运动坐标系的变化率230
5.3.2方向余弦矩阵的运动学公式232
5.3.3欧拉角描述的运动学公式233
5.3.4运动学公式（四元数）234
5.3.5更多参考资料234
5.4姿态测量9QC
5.4.1磁强计235
5.4.2太阳敏感器236
5.4.3地球地平线敏感器（地平仪）238
5.4.4星敏感器241
5.4.5陀螺仪242
5.4.6航天器敏感器配置243
5.4.7更多参考资料244
5.5姿态估计245
5.5.1确定性三轴姿态确定245
5.5.2最优三轴姿态确定246
5.5.3 NewtonRaphson方法247
5.5.4旋转轴的姿态确定248
5.5.5卡尔曼滤波249
5.5.6更多参考资料250
5.6姿态动力学250
5.6.1角动量和欧拉方程250
5.6.2刚体的无力矩运动253
5.6.3对称航天器的详细姿态运动254
5.6.4航天器力矩256
5.6.5磁力矩256
5.6.6重力梯度力矩257
5.6.7气动力矩258
5.6.8太阳辐射力矩260
5.6.9姿态仿真261
5.6.10更多参考资料262
5.7姿态执行器262
5.7.1动量轮和反作用飞轮262
5.7.2磁力矩器263
5.7.3推力器263
5.7.4章动阻尼器264
5.7.5溜溜球消旋265
5.7.6更多参考资料266
5.8姿态控制266
5.8.1反作用控制266
5.8.2磁力控制270
5.8.3自旋稳定272
5.8.4重力梯度稳定273
5.8.5重力梯度稳定和自旋稳定的组合276
5.8.6章动阻尼276
5.8.7标准姿态控制系统276
5.8.8振动277
5.8.9更多参考资料277
5.9实际航天器任务278
5.9.1磁场卫星(Magsat)278
5.9.2 TIMED航天器284
5.9.3彗核之旅航天器286
5.9.4更多参考文献288
5.10习题289
参考文献293
第6章 航天器电源系统297
6.1简介297
6.2空间环境297
6.2.1太阳能297
6.2.2地球的辐射环境298
6.3轨道因素298
6.3.1地心赤道坐标系298
6.3.2航天器位置299
6.3.3太阳位置300
6.3.4轨道、地影区和光照周期300
6.3.5太阳能电池阵分析302
6.4能源304
6.4.1能源类型304
6.4.2放射性同位素温差发电器306
6.4.3太阳能电池309
6.5太阳电池阵327
6.5.1阵列结构327
6.5.2串并联效应329
6.5.3磁场的相关注意事项332
6.6储能装置333
6.6.1电化学电池333
6.6.2航天器电池组336
6.6.3燃料电池360
6.7太阳电池阵的功率控制技术362
6.7.1分流调节器362
6.7.2串联式调节器366
6.8航天电源系统367
6.8.1直接能量转移系统367
6.8.2非直接能量转移系统374
6.8.3电源系统设计案例375
6.9结论382
6.10习题382
参考文献385
第7章 航天器热控387
7.1简介387
7.2设计程序概要388
7.3分析389
7.4热分析390
7.5传导391
7.6对流391
7.7节点近似值392
7.8方向依赖性材料属性394
7.9辐射395
7.9.1辐射特性395
7.9.2真实表面之间的辐射交换398
7.10稳态和瞬态400
7.11环境热量输入401
7.12轨道定义405
7.13分析软件406
7.14设计过程406
7.15热控硬件408
7.15.1散热器408
7.15.2加热器410
7.15.3多层绝热411
7.15.4百叶窗413
7.15.5热管道413
7.15.6倍增器416
7.16测试416
7.16.1工程测试416
7.16.2部件级测试417
7.16.3系统级测试417
7.17设计案例418
7.17.1直射太阳能加热——热轨道案例418
7.17.2直射太阳能加热——冷轨道案例419
7.17.3反射加热——热轨道案例420
7.17.4反射加热——冷轨道案例420
7.17.5地球红外辐射加热——冷轨道案例421
7.17.6地球红外辐射加热——热轨道案例422
7.17.7总结424
7.18习题424
第8章 航天器结构设计427
8.1简介427
8.2航天器系统需求428
8.3航天器构型设计430
8.4质量特性约束与估算437
8.4.1质量特性约束437
8.4.2质量预算437
8.5航天器结构设计准则——发射环境441
8.5.1起飞441
8.5.2最大风力与跨音速抖振442
8.5.3助推器分离442
8.5.4挡热板分离444
8.5.5旋转稳走444
8.5.6航天器分离444
8.6运行环境444
8.6.1推进系统444
8.6.2展开动力学444
8.6.3超稳结构445
8.6.4挠性结构控制系统445
8.6.5再人轨道与再使用445
8.7结构设计与试验准则445
8.7.1航天器设计准则447
8.7.2部件设计准则451
8.7.3安全系数与安全裕量453
8.8应力分析456
8.8.1正应力457
8.8.2切应力462
8.8.3屈曲条件465
8.9结构类型470
8.10结构负载路径473
8.11热应力475
8.12复合应力与应力比477
8.13材料482
8.13.1金属482
8.13.2复合材料485
8.14结构动力学488
8.14.1单自由度488
8.14.2连续系统492
8.15有限元分析501
8.15.1静力学分析502
8.15.2动力学分析506
8.16发射负载——动力学耦合分析508
8.17结构试验与验证509
8.17.1强度试验510
8.17.2振动试验510
8.17.3正弦振动试验511
8.17.4低振幅正弦扫频试验511
8.17.5高振幅正弦扫频试验512
8.17.6正弦脉冲试验512
8.17.7正弦驻波试验513
8.17.8随机振动试验513
8.17.9全水平随机振动试验514
8.17.10工艺随机振动试验514
8.17.11冲击试验515
8.17.12噪声试验515
8.17.13模态试验516
8.17.14旋转平衡试验516
8.18习题517
第9章 空间通信526
9.1概述526
9.2无线电波传播530
9.2.1天线及方向性增益530
9.2.2增益与天线面积531
9.2.3单向雷达范围方程531
9.2.4分贝531
9.2.5天线的一些性质532
9.2.6空间信道中的传播效果535
9.3载波频率的调制537
9.3.1模拟调制538
9.3.2复用及数字调制539
9.4噪声——通信的扰动544
9.4.1噪声来源545
9.4.2系统噪声温度546
9.4.3信噪比548
9.4.4链路裕量548
9.5航天通信链路设计示例549
9.6特殊通信概念553
9.6.1光通信553
9.6.2纠错码553
9.6.3加密及认证554
9.6.4低概率截获(IPI)通信555
9.6.5抗阻塞技术557
9.6.6距离及距离速率跟踪～557
9.7习题558
第10章 航天器遥控与遥测560
10.1遥控系统560
10.1.1通用航天器遥控指令系统560
10.1.2遥控系统组件562
10.1.3系统需求574
10.1.4资源需求574
10.2遥测系统575
10.2.1传感器576
10.2.2信号调节577
10.2.3信号选择577
10.2.4到数字格式的转换578
10.2.5处理579
10.2.6格式580
10.2.7数据存储580
10.2.8调制及传输580
10.2.9自治580
10.2.10要求的资源582
10.3习题582
参考文献583
第11章 星载计算机585
II.1中央处理单元586
11.2存储器586
11.2.1只读存储器587
11.2.2随机访问存储器587
11.2.3特殊存储器587
11.3大容量存储588
11.3.1磁盘588
11.3.2固态存储器588
11.4输入／输出589
11.4.1端口589
11.4.2直接存储器访问590
11.4.3多端口存储器591
11.4.4中断591
11.4.5定时器592
11.4.6总线接口592
11.5放障容错593
11.5.1抗辐射性593
11.5.2单粒子翻转594
11.5.3CM()S闩锁594
11.5.4奇偶性597
11.5.5错误检测及纠正597
11.5.6三重模件冗余603
11.5.7多执行603
11.5.8故障回滚604
11.5.9看门狗定时器604
11.5.10错误序列检测605
11.6定制的特殊用途外围设备605
11.6.1数据获取605
11.6.2对数及数据压缩606
11.6.3频域转换606
11.6.4频谱累积606
11.6.5图像处理607
11.7超大规模集成607
11.8习题608
参考文献609
第12章 嵌入式软件系统611
12.1简介611
12.1.1优势612
12.1.2缺点612
12.2工程飞行软件612
12.3软件配置管理614
12.4组织614
12.5规模及估计616
12.6重用617
12.7过程617
12.8软件检查619
12.9软件测试620
12.10软件独立验证及确认622
12.11软件质量保证623
12.12刁题623
参考文献624
第13章 航天器可靠性、质量保证和辐射效应626
13.1简介626
13.1.1可靠性626
13.1.2质量保证626
13.2可靠性627
13.2.1系统可靠性627
13.2.2可靠性评估工具：环境632
13.2.3可靠性评估工具：数学635
13.2.4安全性643
13.3质量保证及零件选择645
13.3.1系统性控制645
13.3.2审查651
13.3.3发射现场支持652
13.3.4航天系统可靠性——NEAR任务案例历史653
13.4辐射655
13.4.1电离效应656
13.4.2位移损坏660
13.4.3单粒子效应664
13.4.4辐射效应问题解决方案670
13.5习题673
参考文献674
第14章 航天器集成与测试676
14.1简介676
14.1.1航天器设计676
14.1.2术语676
14.1.3设计过程概述677
14.2集成和测试计划682
14.2.1电气设计交互682
14.2.2热设计交互683
14.2.3机械设计交互683
14.2.4技术交流会683
14.2.5地面支持系统684
14.2.6机械模型686
14.2.7集成顺序686
14.3集成与测试设施688
14.3.1设施进度安排688
14.3.2设施清洁作业689
14.3.3便携式设备689
14.3.4测试设备690
14.3.5运输690
14.4验证方案690
14.4.1测试序列690
14.4.2测试计划与流程691
14.4.3子系统等级测试692
14.4.4航天器子系统测试695
14.4.5航天器级系统测试697
14.4.6发射场测试700
14.5习题700
第15章 空间任务操作702
15.1引言702
15.2地面辅助系统结构和团队接口702
15.2.1任务操作中心703
15.2.2跟踪网络704
15.2.3有效载荷操作中心和有效载荷数据档案704
15.2.4航天器和有效载荷704
15.2.5支持的任务操作705
15.2.6核心任务操作团队705
15.3任务阶段和核心操作团队的责任705
15.3.1任务概念开发阶段706
15.3.2任务要求和设计阶段707
15.3.3飞行系统和地面系统开发阶段707
15.3.4整合及环境测试708
15.3.5发射和转运708
15.3.6主要任务阶段708
15.4任务多样性710
15.5操作实践标准712
15.5.1任务操作的概念712
15.5.2配置管理713
15.5.3飞行约束的应用713
15.5.4培训和检验714
15.5.5实时操作714
15.5.6文件编制714
15_5.7应急计划715
15.5.8航天器性能评估715
15.6习题716
第16章 纳星概念设计718
16.1引言718
16.2任务描述718
16.3任务背景718
16.4系统需求719
16.5运行管理概念721
16.6风险评估722
16.7航天动力学799
16.8航天器结构722
16.8.1水平支撑725
16.8.2对角支撑727
16.8.3小结727
16.9姿态确定和控制子系统729
16.10电源子系统732
16.11热控子系统734
16.12通信子系统737
16.13项目流程741
参考文献742
附录A 单位、换算因子和常数743
附录B 天体物理常数746
中英文对照表753