飛行器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

1、飛行器現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法復(fù)習(xí)提綱1. 按層次論述衛(wèi)星的上級(jí)、同級(jí)及下級(jí)系統(tǒng)衛(wèi)星工程系統(tǒng)是衛(wèi)星的上一層次系統(tǒng),是由衛(wèi)星系統(tǒng)、運(yùn)載器系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、 測(cè)控系統(tǒng)和衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)等衛(wèi)星系統(tǒng)同級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成的有機(jī)整體。 衛(wèi)星本身又是由若干個(gè) 相互關(guān)聯(lián)的部分所組成, 具有特定的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 從大的角度劃分衛(wèi)星系統(tǒng)由有效載荷和 衛(wèi)星平臺(tái),裝載于衛(wèi)星上的、所有服務(wù)于地面的儀器、設(shè)備和系統(tǒng),統(tǒng)稱為衛(wèi)星的有效 載荷; 衛(wèi)星平臺(tái)又可細(xì)分為服務(wù)支持系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)平臺(tái), 衛(wèi)星上用于保證和支持有效載荷 工作的儀器、設(shè)備和系統(tǒng),統(tǒng)稱為服務(wù)和支持系統(tǒng);衛(wèi)星上所有用于裝載有效載荷和服 務(wù)支持系統(tǒng)的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體稱為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)平臺(tái)。各級(jí)關(guān)系如下圖所示

2、。 2. 衛(wèi)星及其設(shè)計(jì)的主要性質(zhì)和特點(diǎn)衛(wèi)星是進(jìn)入并適應(yīng)外層空間環(huán)境,能在這種特殊環(huán)境下完全自動(dòng)化運(yùn)行和工作, 以服務(wù)于地上人類的特定需求的一類工程技術(shù)的人造物體, 作為設(shè)計(jì)對(duì)象, 一種型號(hào)衛(wèi) 星就是一個(gè)工程項(xiàng)目。因此衛(wèi)星具有工程項(xiàng)目所具有的一般共性:(1系統(tǒng)的整體性衛(wèi)星是由相關(guān)的分系統(tǒng)或子系統(tǒng)有機(jī)組成的整體, 衛(wèi)星設(shè)計(jì)應(yīng)從衛(wèi)星的整體性質(zhì)和 功能出發(fā), 將衛(wèi)星整體性質(zhì)和功能的求得和衛(wèi)星整體的優(yōu)化自始至終列為設(shè)計(jì)工作的首 要目標(biāo),避免脫離整體功能和整體優(yōu)化原則,避免把局部當(dāng)整體,突出局部和以局部?jī)?yōu) 化來取代整體優(yōu)化;(2系統(tǒng)的層次性衛(wèi)星系統(tǒng)是衛(wèi)星工程系統(tǒng)的有機(jī)組成部分,與運(yùn)載器系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)

3、控系統(tǒng) 和衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)等同級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成有機(jī)的整體, 而衛(wèi)星系統(tǒng)又是由有效載荷和衛(wèi)星平臺(tái)等 低層次系統(tǒng)有機(jī)組成的。衛(wèi)星設(shè)計(jì)師首先應(yīng)該清楚他們所承擔(dān)的項(xiàng)目位于哪一個(gè)層次, 并且要做到工作確實(shí)“到位” ;衛(wèi)星需要利用運(yùn)載器發(fā)射到外層空間軌道,并自主運(yùn)行和工作,為人類服務(wù),具有其自身的個(gè)性:(3對(duì)特殊環(huán)境的適應(yīng)性衛(wèi)星面臨的特殊環(huán)境主要有運(yùn)載器環(huán)境和外層空間環(huán)境。 對(duì)返回式衛(wèi)星, 還有衛(wèi)星 返回過程的環(huán)境。對(duì)運(yùn)載器環(huán)境的適應(yīng)性對(duì)外層空間環(huán)境的適應(yīng)性對(duì)返回環(huán)境的適應(yīng)性(4衛(wèi)星的高度自動(dòng)化性質(zhì)衛(wèi)星的高度自動(dòng)化性質(zhì)是由于其運(yùn)行和工作與外層空間環(huán)境、 遠(yuǎn)離地面而且又是不 載人航天器的客觀情況而必然要具有的一種特殊

4、性質(zhì)。衛(wèi)星在其工作壽命期間, 根據(jù)設(shè)計(jì)的程序和地面遙控指令, 自動(dòng)地運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)其信 息獲取、處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)热蝿?wù)。衛(wèi)星從發(fā)射入軌之時(shí)起直到其工作壽命終止之時(shí)止 的整個(gè)運(yùn)行期間, 除了極個(gè)別極其昂貴的衛(wèi)星或者需要延長(zhǎng)其工作壽命者值得花高代價(jià) 專門派航天員到外層空間對(duì)其發(fā)生故障的器件進(jìn)行修理和更換外, 一般都不進(jìn)行空間軌 道上的補(bǔ)給、維護(hù)、修理和更換。衛(wèi)星可以視為一種特殊的“一次性使用”的產(chǎn)品,要求衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)使其工作壽命期 間的失效概率設(shè)計(jì)到最小,使其在在軌運(yùn)行期間不致發(fā)生整星失效的事件。(5衛(wèi)星的高風(fēng)險(xiǎn)性衛(wèi)星的高風(fēng)險(xiǎn)性一是體現(xiàn)在發(fā)射過程中的高風(fēng)險(xiǎn)性, 其二是衛(wèi)星自身帶有一定量的 危險(xiǎn)品,包括爆

5、炸螺栓、推進(jìn)系統(tǒng)等。因此要求在衛(wèi)星型設(shè)計(jì)過程中危險(xiǎn)品的設(shè)計(jì)、存 儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用要遵守規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。(6衛(wèi)星設(shè)計(jì)的順序性衛(wèi)星設(shè)計(jì)的順序性是由衛(wèi)星系統(tǒng)的整體性、層次性及對(duì)特殊環(huán)境的適應(yīng)性等決定 的,可以用“先高后低和先外后內(nèi)”來概括衛(wèi)星設(shè)計(jì)的程序性質(zhì)。(7衛(wèi)星設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性所謂創(chuàng)造性活動(dòng)是發(fā)現(xiàn)對(duì)象的新性質(zhì)、新關(guān)系和新規(guī)律,形成反映事物的新概念、 新思想、新理論。衛(wèi)星設(shè)計(jì)是創(chuàng)制過去不存在的新衛(wèi)星的全部工程資料的技術(shù)工作,顯 然它具有鮮明的創(chuàng)造性。從上述衛(wèi)星及其設(shè)計(jì)的性質(zhì)可知衛(wèi)星設(shè)計(jì)具有不同意一般工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的特點(diǎn), 主 要體現(xiàn)在:(1由衛(wèi)星個(gè)性引發(fā)的特殊設(shè)計(jì)問題衛(wèi)星有別于一般的工程項(xiàng)目, 具有很強(qiáng)的個(gè)性

6、, 其個(gè)性來自衛(wèi)星存活和工作于空間 軌道上而為地面特定需求服務(wù)的性質(zhì)。由于這些個(gè)性所引發(fā)的特殊設(shè)計(jì)問題包括:(1衛(wèi)星作為運(yùn)載器的有效載荷, 其的總質(zhì)量和總尺寸受到嚴(yán)格的限制; (2衛(wèi)星運(yùn)行于空間 軌道,必須能夠適應(yīng)空間環(huán)境,但無法在真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)、試驗(yàn)和驗(yàn)收; (3衛(wèi)星 是特殊的一次性使用產(chǎn)品, 無法進(jìn)行維修和替換。 在衛(wèi)星設(shè)計(jì)過程中必須注意上述由衛(wèi) 星個(gè)性所引發(fā)出的與眾不同的問題。(2由運(yùn)載器有效載荷引發(fā)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)衛(wèi)星是運(yùn)載器的有效載荷,由此引發(fā)出以下設(shè)計(jì)特點(diǎn):慎用質(zhì)量和追求輕質(zhì)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)衛(wèi)星的總質(zhì)量一般只占運(yùn)載器總質(zhì)量的 1%左右,衛(wèi)星的平均單位質(zhì)量的價(jià)值一般 為其運(yùn)載器平均單位質(zhì)量

7、價(jià)值的百倍以上, 一般比黃金藥膏很多, 衛(wèi)星 1公斤的價(jià)值高 達(dá)數(shù)萬甚至十幾萬美元。在衛(wèi)星設(shè)計(jì)中,慎用質(zhì)量和追求輕質(zhì),以規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)實(shí)現(xiàn) 規(guī)定的或更多的功能,自然成為一個(gè)突出的特點(diǎn)。追求小尺寸和巧安排的設(shè)計(jì)特點(diǎn)衛(wèi)星只能占用運(yùn)載器的很小一部分空間, 只能放置在與運(yùn)載器相協(xié)調(diào)的、 尺寸限制 很嚴(yán)的部位。在這尺寸限制很嚴(yán)的狹小空間內(nèi),要放置所有的衛(wèi)星部件,構(gòu)成一個(gè)能在 空間運(yùn)行和工作的、滿足特定要求的實(shí)體,這是一項(xiàng)難度大、涉及面廣、與眾不同的設(shè) 計(jì)工作。 一般要從在運(yùn)載器上獲得盡可能大和適合衛(wèi)星構(gòu)型的空間、 努力縮小衛(wèi)星所有 部件尺寸以及巧安排、巧布置衛(wèi)星內(nèi)部組成三個(gè)方面解決衛(wèi)星在運(yùn)載器上的安置問

8、題。 (3適應(yīng)外層空間環(huán)境引發(fā)出的設(shè)計(jì)特點(diǎn)由衛(wèi)星適應(yīng)外層空間環(huán)境引發(fā)出的設(shè)計(jì)特點(diǎn)來源于衛(wèi)星不可能像一般的工程項(xiàng)目 那樣,可以在它們所處的真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)、試驗(yàn)和驗(yàn)收這樣一種特殊的情況。 衛(wèi)星不可能在真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)、 試驗(yàn)和驗(yàn)收, 又要做到能夠適應(yīng)真實(shí)的環(huán)境, 如何辦?辦法就是在地面進(jìn)行各種模擬真實(shí)環(huán)境的檢測(cè)、試驗(yàn)和驗(yàn)收。為此,在進(jìn)行衛(wèi) 星設(shè)計(jì)的同時(shí),要?jiǎng)?chuàng)造必要的、可以模擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行衛(wèi)星部件、設(shè)備、分系統(tǒng)和整體 衛(wèi)星檢測(cè)、試驗(yàn)和驗(yàn)收的條件,使模擬真實(shí)環(huán)境的檢測(cè)、試驗(yàn)和驗(yàn)收成為可能。創(chuàng)造這 些必要條件的工作,其內(nèi)容包括環(huán)境模擬條件的制定、模擬設(shè)備的選用或設(shè)計(jì)建造等, 使衛(wèi)星設(shè)計(jì)工作的組成

9、部分。(4由特殊的一次使用性引發(fā)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)設(shè)計(jì)衛(wèi)星這樣一種特殊的一次性使用的產(chǎn)品,除了使其高度自動(dòng)化和自給自足外, 還要特別重視其可靠性的設(shè)計(jì)。 通過衛(wèi)星的可靠性設(shè)計(jì), 使衛(wèi)星在空間軌道上運(yùn)行和工 作的條件下,在規(guī)定的工作壽命期內(nèi),具有足夠大的完成其規(guī)定功能的概率。衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)要充分認(rèn)識(shí)衛(wèi)星一次性使用的特點(diǎn), 在設(shè)計(jì)衛(wèi)星時(shí)要徹底排除那種可在 使用中對(duì)它進(jìn)行維護(hù)、維修、替換和補(bǔ)充等常規(guī)概念。但是,在總裝設(shè)計(jì)時(shí),還是要考 慮儀器、 設(shè)備的可接觸性和可拆換性, 以便在地面的研制程序中維修和更換故障件或失 效件。(5由單件生產(chǎn)引發(fā)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)單件生產(chǎn)不可能形成固定的生產(chǎn)線和裝配線。 因此, 同一個(gè)批次的不

10、同顆衛(wèi)星間的 一致性難以保證,這就使每一顆衛(wèi)星除了具有同型號(hào)衛(wèi)星的共性外,還有自身的個(gè)性。 我國(guó)的衛(wèi)星設(shè)計(jì)師應(yīng)該對(duì)衛(wèi)星的每一棵都有其自身的、 相當(dāng)強(qiáng)的個(gè)性這一特點(diǎn)有充 分認(rèn)識(shí)。從這個(gè)特點(diǎn)出發(fā),衛(wèi)星設(shè)計(jì)師應(yīng)作兩方面工作:一方面在設(shè)計(jì)中要盡可能地推 行星上儀器、設(shè)備和分系統(tǒng)的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化,以加強(qiáng)衛(wèi)星間的共性和削弱其 個(gè)性; 另一方面要面對(duì)單件生產(chǎn)和狀態(tài)不可能完全固定的現(xiàn)實(shí)情況, 任勞任怨地緊跟每一顆衛(wèi)星的研制全過程。 衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)絕不能有前面衛(wèi)星成功、 后面的衛(wèi)星也一定能成功 地想法。 前面的衛(wèi)星成功只能說明這種型號(hào)的衛(wèi)星可以做到成功, 而不能得出以后的衛(wèi) 星均能成功的結(jié)論。3. 空間特性

11、與衛(wèi)星應(yīng)用好的衛(wèi)星應(yīng)用是將用戶的需要以及滿足這些需要所利用的空間特性彼此結(jié)合起來, 至少間接地結(jié)合起來。 一般情況下, 不同類型的衛(wèi)星應(yīng)用是利用了不同的空間特性, 如:材料加工利用了空間的微重力和高真空特性, 通信和觀測(cè)衛(wèi)星則利用全球覆蓋能力的空 間特性,空間育種這是利用了空間輻射的特性。任 務(wù) 舉 例 利 用 的 程 度 相 關(guān) 任 務(wù) 太 空 特 性哈 勃 望 遠(yuǎn) 鏡 應(yīng) 用 較 成 熟 天 文 觀 測(cè) 超 越 大 氣 層 銥 星 、 風(fēng) 云 氣 象 G P S 導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 目 前 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 通 信 、 導(dǎo) 航氣 象 、 遙 感全 球 覆 蓋 育 種 衛(wèi) 星開 始 應(yīng) 用

12、 空 間 育 種 空 間 輻 射 月 球 /火 星 /彗 星 有 限 的 開 展行 星 科 學(xué) 探 測(cè) 空 間 科 學(xué) 研 究 空 間 制 藥 /材 料剛 剛 開 展 微 重 力 實(shí) 驗(yàn) 失 重 /超 凈 深 空 探 測(cè) 空 間 基 地 基 本 未 開 展 太 陽(yáng) 能 /能 源豐 富 的 資 源 4. 衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)方案要求的確定衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì)要求歸根到底取決于衛(wèi)星的用途。 衛(wèi)星在軌道上不斷地相對(duì)地球 運(yùn)動(dòng),這是衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用時(shí)最基本的特征。根據(jù)這個(gè)特征,在決定任務(wù)、提出使用要求 時(shí),一般需考慮衛(wèi)星工作的以下三個(gè)要素:要素 1:衛(wèi)星對(duì)地聯(lián)系的手段衛(wèi)星高度少則有幾百公里,因此只能用電磁輻射這個(gè)手段

13、才能和地球發(fā)生聯(lián)系 (除 回收型照相偵察以外 。各種衛(wèi)星的區(qū)別就在于接收輻射的性質(zhì)和波段不同;星上信息 變換、 處理和向地面發(fā)射信號(hào)要求的不同。 這將造成星上接收和變換信息的有效載荷和 所使用無線電頻段的不同。要素 2:衛(wèi)星對(duì)地聯(lián)系區(qū)域的位置和范圍軌道上衛(wèi)星在任一瞬間只能對(duì)一部分地球表面發(fā)生聯(lián)系。 軌道高度決定了衛(wèi)星對(duì)地 聯(lián)系范圍的上限。 不同衛(wèi)星將由任務(wù)決定其聯(lián)系區(qū)域的地理位置和范圍, 從而選定衛(wèi)星 的運(yùn)行軌道。如要擴(kuò)大瞬時(shí)作用區(qū)就要增高軌道;要使衛(wèi)星到達(dá)高緯度地區(qū),必須增大 軌道傾角。要素 3:衛(wèi)星對(duì)地聯(lián)系的時(shí)間衛(wèi)星和地面某一區(qū)域之間的可聯(lián)系時(shí)間是有限的, 如:近地衛(wèi)星一次飛越過頂?shù)臅r(shí)間只

14、有幾分鐘。通過選擇軌道周期可以增加衛(wèi)星對(duì)地聯(lián)系時(shí)間。一是地球同步軌道,它 使衛(wèi)星能對(duì)某區(qū)域保持連續(xù)的聯(lián)系 ; 二是回歸軌道, 它能使衛(wèi)星按一定時(shí)間間隔重復(fù)地通 過某區(qū)一域,例如 12小時(shí)軌道、準(zhǔn)太陽(yáng)同步軌道等。對(duì)上述三要素進(jìn)行分析和綜合后, 可以得出有效載荷功能指標(biāo)、運(yùn)行軌道和壽命可靠性等三項(xiàng)設(shè)計(jì)要求 (見圖 。一般,衛(wèi) 星正是根據(jù)其有效載荷的功能和運(yùn)行軌道類型來命名的。 5. 簡(jiǎn)述衛(wèi)星設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要階段及各階段的工作內(nèi)容衛(wèi)星設(shè)計(jì)程序大致可分為衛(wèi)星外部設(shè)計(jì)、衛(wèi)星概念性設(shè)計(jì)、衛(wèi)星可行性方案設(shè)計(jì)、 衛(wèi)星方案設(shè)計(jì)及衛(wèi)星詳細(xì)設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要階段,如下圖所示。 衛(wèi)星的外部設(shè)計(jì)是衛(wèi)星設(shè)計(jì)程序的第一步, 主要

15、明確衛(wèi)星在其外部工程環(huán)境所構(gòu)成 的大系統(tǒng)中所處的地位, 明確衛(wèi)星與這個(gè)大系統(tǒng)及其的同級(jí)系統(tǒng)之間的主要關(guān)系, 明確 衛(wèi)星面臨的技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)和人力的支持和限制條件。 外部設(shè)計(jì)以提出可以作為衛(wèi)星總體可 行方案論證 (概念性設(shè)計(jì) 和可行方案設(shè)計(jì)依據(jù)的初步設(shè)計(jì)任務(wù)書而告一段落;衛(wèi)星概念性設(shè)計(jì)根據(jù)初步設(shè)計(jì)任務(wù)書、 由不同的設(shè)計(jì)師或不同的設(shè)計(jì)單位提出各自 認(rèn)為可滿足該任務(wù)書要求的好的或較好的途徑或設(shè)想方案的程序。 在此階段, 衛(wèi)星設(shè)計(jì) 師主要從衛(wèi)星總的、大的和他認(rèn)為重要的方面,提出用工程語言描述的衛(wèi)星概貌,從技 術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面論證所提出的衛(wèi)星概念性設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)并可滿足初步設(shè)計(jì)任務(wù)書的 要求。衛(wèi)星可行性方案

16、設(shè)計(jì)是衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)中定方案、 定大局的關(guān)鍵性的技術(shù)工作, 目的 在于得出能夠在整體上最好地滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的、 在經(jīng)濟(jì)與時(shí)間限制條件下可以完成研制任務(wù)的和現(xiàn)實(shí)條件下可行的衛(wèi)星總體方案。 提出經(jīng)過評(píng)審?fù)ㄟ^的衛(wèi)星可行方案和最 終版本的設(shè)計(jì)任務(wù)書是衛(wèi)星可行性方案設(shè)計(jì)結(jié)束的標(biāo)志。衛(wèi)星方案設(shè)計(jì)是在可行性方案設(shè)計(jì)后的設(shè)計(jì)程序, 可分為總體方案設(shè)計(jì)和分系統(tǒng)方 案設(shè)計(jì)兩層次的任務(wù)。通過衛(wèi)星總體設(shè)計(jì),明確分系統(tǒng)的組成及其間的關(guān)系,明確各分 系統(tǒng)的目標(biāo)、任務(wù)和各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo),并以分系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式下達(dá)給各分系 統(tǒng);衛(wèi)星分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)衛(wèi)星總體提出的分系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)任務(wù)書,提出滿足要求、 與同層次分系統(tǒng)有機(jī)

17、組合和接口關(guān)系協(xié)調(diào)的、 優(yōu)選的分系統(tǒng)方案, 以支持衛(wèi)星總體的方 案設(shè)計(jì), 其目的在于得出組成衛(wèi)星總體的、 全面和具體地滿足衛(wèi)星總體正式設(shè)計(jì)任務(wù)書 要求的各個(gè)分系統(tǒng)的方案和由這些分系統(tǒng)方案綜合得出的衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)方案。 衛(wèi)星分系 統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的依據(jù)是衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì)提出的分系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)任務(wù)書, 衛(wèi)星總體方案又 必須在綜合所有分系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上, 才能最終完成, 因此分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)也可視為衛(wèi) 星總體方案設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分。衛(wèi)星的詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)得出衛(wèi)星總體、 衛(wèi)星分系統(tǒng)及其組成部分的全部技術(shù)圖紙、 技術(shù) 文件和應(yīng)用軟件。 可分為衛(wèi)星總體的詳細(xì)設(shè)計(jì)和衛(wèi)星分系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì), 衛(wèi)星詳細(xì)設(shè)計(jì)又 可分為初樣和正樣兩個(gè)階

18、段。6. 衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的三大階段及各階段的主要工作內(nèi)容衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)是衛(wèi)星系統(tǒng)研制的頂層設(shè)計(jì), 廣義而言, 總體設(shè)計(jì)是指以衛(wèi)星系統(tǒng)為 對(duì)象的所有設(shè)計(jì)活動(dòng)與技術(shù)協(xié)調(diào)活動(dòng);狹義地講,總體設(shè)計(jì)是指在概念研究、可行性論 證以及方案設(shè)計(jì)階段與衛(wèi)星系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)活動(dòng), 主要包括衛(wèi)星系統(tǒng)概念研究、 衛(wèi)星方 案可行性論證及總體方案設(shè)計(jì)等三大階段。 衛(wèi)星系統(tǒng)概念研究目的是發(fā)現(xiàn)和確定新的航天需求, 提出衛(wèi)星系統(tǒng)及衛(wèi)星應(yīng)用的新 概念,分析可能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。其研究?jī)?nèi)容主要包括:衛(wèi)星系統(tǒng)及應(yīng)用新概念研究, 進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、任務(wù)分析、工程系統(tǒng)組成、任務(wù)運(yùn)行研究、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、費(fèi)用效益與 風(fēng)險(xiǎn)分析等。衛(wèi)星方案可行性論證目的是

19、確定研制新型衛(wèi)星系統(tǒng)的必要性、 可能性, 為衛(wèi)星轉(zhuǎn)入 工程研制提供決策依據(jù)。論證內(nèi)容包括:明確研制任務(wù),確定系統(tǒng)需求和初步的技術(shù)指 標(biāo), 提出多個(gè)滿足系統(tǒng)需求和指標(biāo)的衛(wèi)星總體方案并進(jìn)行方案評(píng)價(jià), 提出并進(jìn)行關(guān)鍵技 術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目的研究,進(jìn)行研制條件保證分析,提出關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)驗(yàn)證方案,提出大系統(tǒng)實(shí)施要求與計(jì)劃安排等。衛(wèi)星總體方案設(shè)計(jì)目的是選定并完成總體方案設(shè)計(jì)工作, 確定總體技術(shù)指標(biāo), 確定 各種接口關(guān)系。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:確定系統(tǒng)需求和總體技術(shù)指標(biāo),確定總體方案,進(jìn)行總 體方案優(yōu)化,確定衛(wèi)星運(yùn)行程序,確定與運(yùn)載、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控站、地面接收站的接口, 確定衛(wèi)星研制的工作分解結(jié)構(gòu)與項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃, 確定分系

20、統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求, 下達(dá)分系統(tǒng) 研制任務(wù)書等。7. 簡(jiǎn)述影響衛(wèi)星設(shè)計(jì)的外部環(huán)境約束衛(wèi)星是一種特殊的、 在外層空間存活和工作、 從外層空間服務(wù)于人類社會(huì)的工程項(xiàng) 目,因此其外部環(huán)境與一般的工程項(xiàng)目相比也具有一些特殊點(diǎn)。按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn),衛(wèi) 星與其周圍環(huán)境的有關(guān)部分組成一個(gè)大系統(tǒng), 衛(wèi)星是這個(gè)大系統(tǒng)的一個(gè)分系統(tǒng)。 在衛(wèi)星 設(shè)計(jì)師要同時(shí)考慮衛(wèi)星本身 (內(nèi)部系統(tǒng) 及其周圍的環(huán)境 (外部環(huán)境 ,分析和了解他們之 間的相互聯(lián)系和相互影響。衛(wèi)星的外部環(huán)境有工程系統(tǒng)環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境、人工和 自然環(huán)境等:(1 工程系統(tǒng)環(huán)境主要就是衛(wèi)星的上一層次系統(tǒng) (衛(wèi)星工程系統(tǒng) 與衛(wèi)星的同級(jí)系統(tǒng)(運(yùn)載器、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控網(wǎng)和應(yīng)

21、用系統(tǒng) ,衛(wèi)星是通過衛(wèi)星工程系統(tǒng)來面向和滿足社會(huì)對(duì)它的需求的;(2 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境主要是指研制衛(wèi)星可能獲得和受到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)支持和制約,以及研制單位的技術(shù)和管理隊(duì)伍的素質(zhì);(3 人工和自然環(huán)境是指衛(wèi)星在儲(chǔ)運(yùn)、發(fā)射、運(yùn)行和返回時(shí)中所遇到的各種物理和化學(xué)環(huán)境。 衛(wèi) 星 程 系環(huán) 境 技 術(shù) 經(jīng) 環(huán) 境 自 然 /人工 環(huán) 境 衛(wèi) 星 與 外 部 環(huán) 境衛(wèi) 星 與 外 部 環(huán) 境 的 相 互 作 用8. 衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的主要任務(wù)衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)師在規(guī)定的研制周期和成本情況下設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足用戶特定任務(wù)要 求的、優(yōu)化的衛(wèi)星系統(tǒng),其基本任務(wù)可歸納為:(1 將用戶要求轉(zhuǎn)化成由若干分系統(tǒng)組成的系統(tǒng)和系統(tǒng)的功能及性能

22、參數(shù),滿足大系統(tǒng)的約束要求;(2 將衛(wèi)星系統(tǒng)功能和性能參數(shù)分解到各個(gè)分系統(tǒng)中,分析和協(xié)調(diào)接口關(guān)系,完成總體方案設(shè)計(jì);(3完成衛(wèi)星總體詳細(xì)設(shè)計(jì) (含總裝設(shè)計(jì)、 總體電路設(shè)計(jì)、 電性能測(cè)試和環(huán)境模擬試 驗(yàn)要求 ;(4提出產(chǎn)品保證要求,完成可靠性、可用性、可維修性、安全性、電磁兼容性及 軟件等保證大綱及規(guī)范。由衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的任務(wù)可知,總體設(shè)計(jì)是定方向、定大局、定功能和性能指標(biāo)的設(shè) 計(jì),在衛(wèi)星整個(gè)研制過程中它一直起著主導(dǎo)性和決策性的作用。9. 衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計(jì)的一般原則衛(wèi)星構(gòu)形設(shè)計(jì)是對(duì)衛(wèi)星外形、結(jié)構(gòu)形式、總體布局、儀器艙布局、質(zhì)量特性以及與 運(yùn)載器和地面機(jī)械設(shè)備接口關(guān)系等進(jìn)行設(shè)計(jì)和技術(shù)協(xié)調(diào)的過程, 主要涉

23、及衛(wèi)星整體及其 組成的“形”和“位”對(duì)滿足衛(wèi)星設(shè)計(jì)任務(wù)和實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功能間的關(guān)系,是衛(wèi)星總體方案 設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)使所設(shè)計(jì)的衛(wèi)星具體化和實(shí)物化的設(shè)計(jì)工作。衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計(jì)的一般原則有:(1 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須滿足飛行任務(wù)要求,包括飛行器有關(guān)分系統(tǒng)的視場(chǎng)、飛行方式、 指向、推力向量、質(zhì)量、有效載荷容積以及其他的特殊要求;(2 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須保證所有分系統(tǒng)的功能要求,提供堅(jiān)固的支撐,保持所有分系統(tǒng) 在全部飛行任務(wù)階段的完整性;(3 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須和運(yùn)載器的運(yùn)載能力、整流罩的有效容積,縱橫向基頻、力學(xué)環(huán) 境條件、機(jī)械接口、電器接口等協(xié)調(diào)一致;(4 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須滿足各分系統(tǒng)、儀器設(shè)備的總體布局和內(nèi)部布局要求,并考慮各 分系

24、統(tǒng)對(duì)構(gòu)型設(shè)計(jì)的特殊要求;(5 構(gòu)型設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì),即各艙段、各分系統(tǒng)、儀器設(shè)備、組建等若干個(gè)模 塊單元組合成一個(gè)整體;(6 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須考慮電磁兼容性和防靜電放電 (EMC/ESD 以及最大限度減少剩 磁力距的要求;(7 須考慮結(jié)構(gòu)、有效載荷、太陽(yáng)電池陣、熱輻射器等有增長(zhǎng)能力;(8 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須能保證整星結(jié)構(gòu)具有合理的強(qiáng)度和剛度, 承受試驗(yàn)、 運(yùn)輸、 支撐、 起吊、發(fā)射等各種載荷的作用,安全可靠;(9 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須使結(jié)構(gòu)合理,質(zhì)量輕,操作方便,工藝簡(jiǎn)單;(10 構(gòu)型設(shè)計(jì)必須考慮空間飛行環(huán)境的影響。10. 說 明衛(wèi)星的外形選擇主要受哪些因素影響衛(wèi)星的外形選擇是一個(gè)復(fù)雜的過程, 它涉及到各類飛

25、行任務(wù)要求, 星上各分系統(tǒng)和 專用設(shè)備的功能要求,星上各單元、各結(jié)構(gòu)塊的排列組合等。影響衛(wèi)星外形選擇的主要 因素包括:(1姿態(tài)控制模式(2 發(fā)射方式和運(yùn)載火箭整流罩有效空間(3 衛(wèi)星運(yùn)行軌道(4 有效載荷要求(5 氣動(dòng)外形要求(6 密封艙要求上述因素是相互影響、 相互制約的, 往往改善一部分系統(tǒng)性能又給另一部分系統(tǒng)性 能帶來影響,所以外形選擇過程,要從全局觀點(diǎn)出發(fā)運(yùn)用系統(tǒng)工程原理,反復(fù)進(jìn)行綜合 和分析。11. 簡(jiǎn) 單系統(tǒng)的可靠度計(jì)算和預(yù)測(cè)如圖所示的系統(tǒng),由三個(gè)單元 A 和執(zhí)行備份的 B 構(gòu)成,其中經(jīng)過初步預(yù)計(jì)或歷史 數(shù)據(jù)有 R A =0.98, R B =0.90, R S =0.97,確定系

26、統(tǒng)的可靠性要求為 0.95。 (系統(tǒng)的可靠性分 配余量系數(shù)取為 20% 提示:串聯(lián)系統(tǒng)比例分配法是按照可靠性預(yù)測(cè)得到的系統(tǒng)不可靠度和要求的或指標(biāo) 規(guī)定的系統(tǒng)不可靠度之比值, 對(duì)預(yù)測(cè)的組成單元不可靠度進(jìn)行修正和分配的方法。 設(shè)系 統(tǒng)的預(yù)測(cè)任務(wù)不可靠度為 S1Q ;系統(tǒng)的任務(wù)不可靠度指標(biāo)為 S0Q ;組成單元的預(yù)測(cè)不可靠度為 i1;組成單元的分配不可靠度為 i0,則 i1S1S0i0 Q Q (=。解:1 余量 余 R 的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 1(A 1要求 余 R R -=,可得 99. 0 95. 01(2. 01R =-=余2 確定各單元可靠性分配值欲求的三個(gè)單元可靠性分配值為96. 099. 0/95. 0R /R R S =余 要求對(duì)應(yīng)的不可靠度為 04. 0R 1Q S S =-=從預(yù)計(jì)可知, B 單元并聯(lián)部分 99. 0 9. 01(1R 22=-=