1、空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計u 一般可分為：科學探測和實驗類、信息獲取類、信息傳一般可分為：科學探測和實驗類、信息獲取類、信息傳輸類、信息基準類。輸類、信息基準類。u 按所涉及的專業技術領域分類：可分為光學遙感器和微按所涉及的專業技術領域分類：可分為光學遙感器和微波遙感器。波遙感器。u 按應用分類：通信衛星有效載荷、氣象衛星有效載荷、按應用分類：通信衛星有效載荷、氣象衛星有效載荷、地球資源衛星有效載荷、海洋衛星有效載荷、導航衛星地球資源衛星有效載荷、海洋衛星有效載荷、導航衛星有效載荷、偵查衛星有效載荷、科學衛星有效載荷和技有效載荷、偵查衛星有效載荷、科學衛星有效載荷和

2、技術試驗衛星有效載荷等。術試驗衛星有效載荷等?？臻g飛行器總體設計 用于探測空間環境、觀測天體和空間科學實驗的各種儀器、設備和用于探測空間環境、觀測天體和空間科學實驗的各種儀器、設備和系統等。系統等。 （1 1）可以專門裝載于科學衛星上，如：）可以專門裝載于科學衛星上，如：“實踐實踐”衛星上的宇宙射線衛星上的宇宙射線計、單粒子監測儀；如天文衛星上的各類可見光和紅外天文望遠鏡計、單粒子監測儀；如天文衛星上的各類可見光和紅外天文望遠鏡等。等。 （2 2）可以搭載于某些應用衛星上，如：）可以搭載于某些應用衛星上，如：“風云二號風云二號”衛星上的質子衛星上的質子和電子探測器、和電子探測器、X X射線探測

3、器等。射線探測器等。 用于對地觀測的各種遙感器，如：用于對地觀測的各種遙感器，如：“風云一號風云一號”上的上的1010波段掃描輻波段掃描輻射計，射計，“風云二號風云二號”上的多通道自旋掃描輻射計，上的多通道自旋掃描輻射計，“資源一號資源一號”上上的多光譜的多光譜CCDCCD相機和紅外多光譜掃描儀，返回式遙感衛星上的膠片相相機和紅外多光譜掃描儀，返回式遙感衛星上的膠片相機。機?？臻g飛行器總體設計 用于中繼通信或單向信息傳輸的儀器、設備和系統，用于中繼通信或單向信息傳輸的儀器、設備和系統，如：各種通信衛星上的轉發器和天線，遙感衛星上的如：各種通信衛星上的轉發器和天線，遙感衛星上的遙感數據傳輸設備。

4、遙感數據傳輸設備。 用于提供空間基準和時間基準信息的各種儀器、設用于提供空間基準和時間基準信息的各種儀器、設備和系統。如：導航衛星的高穩定頻標，重力場測量備和系統。如：導航衛星的高穩定頻標，重力場測量衛星上的激光角反射器等。衛星上的激光角反射器等?？臻g飛行器總體設計 用戶需求往往是針對應用衛星或針對整個衛星應用系統用戶需求往往是針對應用衛星或針對整個衛星應用系統提出的，而不是直接對有效載荷提出的，有效載荷設計者提出的，而不是直接對有效載荷提出的，有效載荷設計者就需要與衛星應用系統和衛星總體設計者一道，根據用戶就需要與衛星應用系統和衛星總體設計者一道，根據用戶需求，進行綜合分析，確定有效載荷的總

5、體指標。需求，進行綜合分析，確定有效載荷的總體指標。 例：通信衛星的用戶要求：例：通信衛星的用戶要求： 傳多少話路、多少路電視傳多少話路、多少路電視 涉及：有效載荷、地面應用系統。涉及：有效載荷、地面應用系統。 光學遙感衛星的用戶要求：光學遙感衛星的用戶要求： 地面分辨率、觀測帶寬度、地面分辨率、觀測帶寬度、重復觀測周期。重復觀測周期。 涉及：有效載荷、軌道、指向控制能力。涉及：有效載荷、軌道、指向控制能力。空間飛行器總體設計 有效載荷設計一般都有幾種方案可供選擇，在滿足總體指有效載荷設計一般都有幾種方案可供選擇，在滿足總體指標的前提下，必須認真研究各種約束條件，從多方面進行標的前提下，必須認

6、真研究各種約束條件，從多方面進行比較，盡量使選擇的方案優化。比較，盡量使選擇的方案優化。 有效載荷總體技術指標確定后，要將指標合理分配至設備有效載荷總體技術指標確定后，要將指標合理分配至設備級、部件級。分配時要將有效載荷作為系統看待，進行系級、部件級。分配時要將有效載荷作為系統看待，進行系統性能綜合分析，指標分配結果要使系統最優。統性能綜合分析，指標分配結果要使系統最優。空間飛行器總體設計 像衛星上的其它儀器一樣，它必須能適應衛星發射、像衛星上的其它儀器一樣，它必須能適應衛星發射、在軌運行的工作環境，主要有：在軌運行的工作環境，主要有：u 能適應力學環境要求；能適應力學環境要求；u 能適應失重

7、狀態要求；能適應失重狀態要求；u 能適應真空狀態要求；能適應真空狀態要求；u 能適應溫度變化要求；能適應溫度變化要求；u 能適應空間輻射環境要求。能適應空間輻射環境要求?？臻g飛行器總體設計 一般來說，有效載荷質量減小一般來說，有效載荷質量減小1kg1kg，運載火箭的起飛質量可，運載火箭的起飛質量可減小減小1 12t2t，顯然減小質量對提高性能價格比是十分重要的。，顯然減小質量對提高性能價格比是十分重要的。 由于衛星設備的不可在軌維修性，對高可靠和長壽命提出由于衛星設備的不可在軌維修性，對高可靠和長壽命提出了更高的要求。了更高的要求。 有效載荷要滿足與衛星平臺的接口關系，包括設備尺寸和有效載荷要

8、滿足與衛星平臺的接口關系，包括設備尺寸和安裝尺寸、質心、轉動慣量、功耗、供電電壓，以及其它機安裝尺寸、質心、轉動慣量、功耗、供電電壓，以及其它機械接口、熱接口、電接口等。械接口、熱接口、電接口等。空間飛行器總體設計 有效載荷的功能和性能技術指標是由應用的需求決有效載荷的功能和性能技術指標是由應用的需求決定的。有效載荷的設計必須符合衛星應用系統頂層設定的。有效載荷的設計必須符合衛星應用系統頂層設計的要求必須與地面應用系統設計綜合考慮；星、地計的要求必須與地面應用系統設計綜合考慮；星、地設備間應合理分配指標，盡量達到系統設計整體優化。設備間應合理分配指標，盡量達到系統設計整體優化?？臻g飛行器總體設

9、計 通信衛星上直接執通信衛星上直接執行通信任務的空間儀器行通信任務的空間儀器設備，稱為通信衛星的設備，稱為通信衛星的有效載荷。有效載荷。 通信衛星一般可分為通信衛星一般可分為地球靜止軌道通信衛星地球靜止軌道通信衛星和非靜止的中低軌道通和非靜止的中低軌道通信衛星，又可按固定業信衛星，又可按固定業務、移動業務、直播、務、移動業務、直播、跟蹤與數據中繼和軍用跟蹤與數據中繼和軍用通信等分類。通信等分類?？臻g飛行器總體設計 空間飛行器總體設計u 轉發器：實質是一臺寬頻帶的收發信機。轉發器：實質是一臺寬頻帶的收發信機。u 天線：用于衛星通信信號收發。有時可完成測控信號天線：用于衛星通信信號收發。有時可完成

10、測控信號的收發。通信天線可分為：全球波束、半球波束、區的收發。通信天線可分為：全球波束、半球波束、區域波束、點波束、多波束以及賦形可變波束天線等。域波束、點波束、多波束以及賦形可變波束天線等。 天線接收上行信號，送到轉發器對信號進行加工，再天線接收上行信號，送到轉發器對信號進行加工，再由天線將加工后的信號作為下行信號發出，完成通信由天線將加工后的信號作為下行信號發出，完成通信信號的中繼轉發。在實際系統中，轉發器和天線都可信號的中繼轉發。在實際系統中，轉發器和天線都可以有多個，以期提供所需的通信容量。以有多個，以期提供所需的通信容量?？臻g飛行器總體設計u 與射頻電平有關的性能參數：等效全向輻射功

11、率、接收系統增益與射頻電平有關的性能參數：等效全向輻射功率、接收系統增益噪聲溫度比、飽和功率通量密度。噪聲溫度比、飽和功率通量密度。u 與頻段及帶寬有關的參數：通信頻段、帶寬和頻率再用特性等。與頻段及帶寬有關的參數：通信頻段、帶寬和頻率再用特性等。u 與通信品質有關的參數：通道的幅頻特性、相頻特性、幅度非線與通信品質有關的參數：通道的幅頻特性、相頻特性、幅度非線性、相位非線性、變換頻率及其準確度、雜波輸出和相位噪聲、性、相位非線性、變換頻率及其準確度、雜波輸出和相位噪聲、對上行信號變化的補償和各種穩定性等。對上行信號變化的補償和各種穩定性等。 要在規定的頻段、帶寬、服務區覆蓋要求等條件下，對確

12、定的要在規定的頻段、帶寬、服務區覆蓋要求等條件下，對確定的與通信容量和通信品質有關的指標進行科學合理的分配。與通信容量和通信品質有關的指標進行科學合理的分配。 空間飛行器總體設計 地球資源衛星是用于地球資源探測和環境監測的遙感衛地球資源衛星是用于地球資源探測和環境監測的遙感衛星。地球資源衛星的有效載荷主要是各類遙感器以及遙感星。地球資源衛星的有效載荷主要是各類遙感器以及遙感傳輸設備。遙感器大致可分為：多光譜類、成像光譜儀類、傳輸設備。遙感器大致可分為：多光譜類、成像光譜儀類、高空間分辨率類和合成孔徑雷達（高空間分辨率類和合成孔徑雷達（SARSAR）類。）類。 空間飛行器總體設計空間飛行器總體設

13、計空間飛行器總體設計u 工作譜段：指遙感器獲取的圖像來自的譜段。光學成像遙工作譜段：指遙感器獲取的圖像來自的譜段。光學成像遙感器工作頻譜范圍包括紫外、可見光和紅外。感器工作頻譜范圍包括紫外、可見光和紅外。u 分辨率：獲取圖像細節能力。分辨率：獲取圖像細節能力。u 調制傳遞函數調制傳遞函數(MTF)(MTF)：以不同頻率的正弦信號作為系統輸：以不同頻率的正弦信號作為系統輸入，系統輸出信號的調制度與輸入信號調制度之比隨頻率入，系統輸出信號的調制度與輸入信號調制度之比隨頻率變化的函數變化的函數u 信噪比信噪比(S/N)(S/N)：有用信號與噪聲之比：有用信號與噪聲之比 在規定的各項技術指標要求下，對

14、各組成部分的指標進行在規定的各項技術指標要求下，對各組成部分的指標進行科學合理的分配。科學合理的分配?？臻g飛行器總體設計 多光譜遙感器是地球資源衛星應用最多最廣的遙感器。多光譜遙感器是地球資源衛星應用最多最廣的遙感器。 將光信號轉換為電荷，以電荷耦合方式作為模擬移位將光信號轉換為電荷，以電荷耦合方式作為模擬移位輸出的器件。輸出的器件。空間飛行器總體設計 地球資源衛星高空間分辨率類遙感器可以測制比例尺寸大于地球資源衛星高空間分辨率類遙感器可以測制比例尺寸大于1:51:5萬的地圖，在資源勘測、環境觀測和城市規劃及目標識別等萬的地圖，在資源勘測、環境觀測和城市規劃及目標識別等方面有獨特優點。方面有獨

15、特優點。 例成像公司的例成像公司的IKONOSIKONOS衛星的軌道高度為衛星的軌道高度為680km680km，其相機有，其相機有5 5個個工作譜段，全色譜段在星下點的地面分辨率為工作譜段，全色譜段在星下點的地面分辨率為0.82m0.82m，4 4個多光譜個多光譜在星下點的地面分辨率為在星下點的地面分辨率為3.28m3.28m，觀測帶寬度均為，觀測帶寬度均為11km11km。要求探測光譜連續，探測波段一般為幾十或幾百個，空間分要求探測光譜連續，探測波段一般為幾十或幾百個，空間分辨率大約為幾十米至千米量級。辨率大約為幾十米至千米量級?？臻g飛行器總體設計空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計空間飛行

16、器總體設計空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計 SARSAR是一種有源微波遙感是一種有源微波遙感成像設備。成像設備。 SARSAR發出的微波發出的微波脈沖經地物后反向散射，再脈沖經地物后反向散射，再經經SARSAR接收，通過對接收信號接收，通過對接收信號的處理探測到地物后向散射的處理探測到地物后向散射系數的二維分布，從而獲得系數的二維分布，從而獲得地物的地物的SARSAR圖像。圖像。SARSAR圖像依圖像依賴于賴于SARSAR工作頻段、極化、入工作頻段、極化、入射角度等。射角度等。 空間飛行器總體設計 衛星遙感器獲取的遙感數據往往要經過數據傳輸衛星遙感器獲取的遙感數據往往要經

17、過數據傳輸設備傳送至地面，再經過處理、分析、進行應用。設備傳送至地面，再經過處理、分析、進行應用。數據傳輸系統包括空間段部分和地面段部分：空間數據傳輸系統包括空間段部分和地面段部分：空間段部分就是衛星的數據傳輸分系統，主要包括編碼段部分就是衛星的數據傳輸分系統，主要包括編碼器、標準信號器、調制器、發射機和發射天線；地器、標準信號器、調制器、發射機和發射天線；地面段部分主要包括接收天線、接收機、解調器、磁面段部分主要包括接收天線、接收機、解調器、磁帶記錄器、處理設備等。帶記錄器、處理設備等?？臻g飛行器總體設計 氣象衛星分極地軌道和靜止軌道兩種。有效載荷指星上用氣象衛星分極地軌道和靜止軌道兩種。有

18、效載荷指星上用于氣象信息獲取、處理、存儲及發送的設備。主要包括：遙于氣象信息獲取、處理、存儲及發送的設備。主要包括：遙感器、實時信息處理器、大容量數據記錄器及發射機等。感器、實時信息處理器、大容量數據記錄器及發射機等。空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計 氣象衛星上普遍裝載的遙感器。主要作用是獲取云及氣象衛星上普遍裝載的遙感器。主要作用是獲取云及地表的二維景物圖像，地表溫度、洋面、泥沙、水陸地表的二維景物圖像，地表溫度、洋面、泥沙、水陸分界、云頂溫度。分界、云頂溫度。 主要作用是大氣溫度及水汽的垂直分布探測、地表冰主要作用是大氣溫度及水汽的垂直分布探測、地表冰雪探測和降水和地表特征探測。雪探測

19、和降水和地表特征探測?？臻g飛行器總體設計 主要用于探測海洋水色要素（如葉綠素濃度、懸浮物和污染物），主要用于探測海洋水色要素（如葉綠素濃度、懸浮物和污染物），探測海表面拓撲（海平面高度的空間分布），探測海洋動力環境探測海表面拓撲（海平面高度的空間分布），探測海洋動力環境（海面風場、海浪、海冰等）。有效載荷包括不同種類的光學遙感（海面風場、海浪、海冰等）。有效載荷包括不同種類的光學遙感器和微波遙感器。器和微波遙感器。 中國中國HYHY1 1衛星的海洋衛星的海洋水色掃描儀具有水色掃描儀具有1010個探測個探測波段，星下點地面分辨率波段，星下點地面分辨率均為均為1100m1100m，覆蓋約，覆蓋約1

20、100km1100km。空間飛行器總體設計 HYHY1 1衛星裝載的衛星裝載的另一臺有效載荷是另一臺有效載荷是4 4波段波段CCDCCD成像儀。成像儀。其星下點地面分辨其星下點地面分辨率為率為250m250m，覆蓋約，覆蓋約510km510km。空間飛行器總體設計 主要用于測量平均海平面高度，從而測定大地水準面，主要用于測量平均海平面高度，從而測定大地水準面，同時可測量有效波高、海面風速、洋流和海冰等。同時可測量有效波高、海面風速、洋流和海冰等。 主要用于測量海面風場，包括標量風速和風向。主要用于測量海面風場，包括標量風速和風向?？臻g飛行器總體設計 衛星導航的基本作用是向各類用戶實時提供準確、

21、連續的衛星導航的基本作用是向各類用戶實時提供準確、連續的位置、速度和時間信息。分類：低軌測速導航系統、全球導位置、速度和時間信息。分類：低軌測速導航系統、全球導航定位系統、全球同步衛星無線電測定系統。航定位系統、全球同步衛星無線電測定系統。 第一代衛星導航系統，主要有美國的第一代衛星導航系統，主要有美國的“子午儀子午儀”衛星和衛星和蘇聯的蘇聯的“圣卡達圣卡達”衛星。主要是利用地面用戶終端機測定導衛星。主要是利用地面用戶終端機測定導航衛星發射載波的多普勒頻移，確定衛星在不同時刻的兩個航衛星發射載波的多普勒頻移，確定衛星在不同時刻的兩個位置至用戶位置的距離差，得出旋轉雙曲面的基本導航方程；位置至用

22、戶位置的距離差，得出旋轉雙曲面的基本導航方程；根據衛星在每時刻的軌道位置并利用多組基本導航方程解出根據衛星在每時刻的軌道位置并利用多組基本導航方程解出用戶的位置，實現導航定位。用戶的位置，實現導航定位?？臻g飛行器總體設計空間飛行器總體設計 目前應用的有美國的目前應用的有美國的GPSGPS系統系統（6 6個軌道面個軌道面2424顆星）和俄羅斯顆星）和俄羅斯的的GLONASSGLONASS系統（系統（3 3個軌道面個軌道面2424顆顆星）。正在建設的有歐洲的星）。正在建設的有歐洲的GALILEOGALILEO系統。系統。 工作原理是用戶同時接收四工作原理是用戶同時接收四顆衛星的編碼信號，測量這四顆

23、顆衛星的編碼信號，測量這四顆星各自到用戶的偽距，并由解讀星各自到用戶的偽距，并由解讀衛星廣播的導航電文得到衛星的衛星廣播的導航電文得到衛星的位置，從而進行定位。位置，從而進行定位。 空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計 目前應用的是我國的目前應用的是我國的“北斗北斗”導航衛星系統，其工作原理導航衛星系統，其工作原理是地面中心通過兩顆衛星上的是地面中心通過兩顆衛星上的C/SC/S轉發器向用戶發送誰要定轉發器向用戶發送誰要定位的詢問信號，需要定位的用戶接收到任一顆衛星的詢問位的詢問信號，需要定位的用戶接收到任一顆衛星的詢問信號后，即可響應詢問，發出定位申請；地面中心站收到信號后，即可響應詢問，發出

24、定位申請；地面中心站收到來自兩顆衛星來自兩顆衛星L/CL/C轉發器轉發的應答信號，即可測定出地面轉發器轉發的應答信號，即可測定出地面中心站分別經兩顆衛星到用戶的距離和。由于衛星位置可中心站分別經兩顆衛星到用戶的距離和。由于衛星位置可通過測軌獲得，便可導出用戶至每顆衛星的距離；利用存通過測軌獲得，便可導出用戶至每顆衛星的距離；利用存儲在地面中心站數據庫中的地形數字高程，算出用戶所在儲在地面中心站數據庫中的地形數字高程，算出用戶所在的位置，通過其中一顆衛星通知用戶，完成定位。的位置，通過其中一顆衛星通知用戶，完成定位?？臻g飛行器總體設計空間飛行器總體設計 根據偵察任務的不同，一般分為根據偵察任務的

25、不同，一般分為“普查普查”型與型與“詳查詳查”型，型，膠片回收型和數據傳輸型。膠片回收型和數據傳輸型。主要由攝影物鏡、快門、光欄機構、輸片機構主要由攝影物鏡、快門、光欄機構、輸片機構和膠片展平裝置、暗盒及感光膠片組成。和膠片展平裝置、暗盒及感光膠片組成。 “ “普查普查”相機的相機的地面分辨率約為幾米量級，地面分辨率約為幾米量級，“詳查詳查”相機的分辨率優于相機的分辨率優于1 1米。米?？梢姽夂图t外譜段的全色和多光譜可見光和紅外譜段的全色和多光譜CCDCCD相機。相機。美國第六代美國第六代KH-11KH-11相機的地面分辨率為相機的地面分辨率為0.1m0.1m。工作在微波波段。典型的成像偵察工

26、作在微波波段。典型的成像偵察SARSAR衛星是美國的衛星是美國的“長曲棍球長曲棍球”衛星。衛星?？臻g飛行器總體設計 空間飛行器總體設計空間飛行器總體設計 主要用于偵察對方預警探測系統、國土防空系統和中遠主要用于偵察對方預警探測系統、國土防空系統和中遠程打擊武器系統中所使用的各種雷達的特征參數和位置，程打擊武器系統中所使用的各種雷達的特征參數和位置，偵聽對方衛星通信、散射通信、超短波通信的信號參數偵聽對方衛星通信、散射通信、超短波通信的信號參數和信息情報。有效載荷包括：和信息情報。有效載荷包括：u 天線天線u 接收機接收機u 信號處理設備信號處理設備空間飛行器總體設計 任務：利用星上的紅外探測儀

27、，探測導彈飛行時發動機尾焰的紅任務：利用星上的紅外探測儀，探測導彈飛行時發動機尾焰的紅外輻射，配合電視攝像機及時準確地判斷敵方導彈的發射，并將外輻射，配合電視攝像機及時準確地判斷敵方導彈的發射，并將有關信息迅速傳遞給地面指揮中心，贏得盡可能長的預警時間，有關信息迅速傳遞給地面指揮中心，贏得盡可能長的預警時間，以組織有效的反擊。以組織有效的反擊。 有效載荷：紅外相機、紫外跟蹤探測儀有效載荷：紅外相機、紫外跟蹤探測儀 有雷達，無線電接收機（電子情報型），紅外探測器等偵察設備，有雷達，無線電接收機（電子情報型），紅外探測器等偵察設備，監視海上艦船和潛艇的活動。衛星上裝載的監視海上艦船和潛艇的活動。衛星上裝載的SARSAR工作在工作在X X頻段，分頻段，分辨率為辨率為202030m30m，在良好的海況下能夠探測到中型和某些小型艦只，在良好的海