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| 編輯推薦： |
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本书全面、系统又较为深入介绍的商业航天工程理论及技术进展、工程应用及实践探索，将为当今关注商业航天领域发展的工程技术人员、管理者甚至投资者提供难能可贵的参考。
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| 內容簡介： |
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本书由18章组成，以系统工程的思想进行编排，在介绍商业航天的概念的基础上，以卫星工程系统从总体级卫星设计，到逐步深入有效载荷和平台分系统的设计与试验，再回到整星系统级测试与试验，进一步介绍卫星对火箭的需求、可靠性设计、对芯片的需求，后介绍商业卫星应用平台设计与应用领域，并对工程风险进行了简要分析。本书全面、系统、又较为深入介绍的商业航天工程理论及技术进展、工程应用及实践探索，将为当今关注商业航天领域发展的工程技术人员、管理者甚至投资者提供难能可贵的参考，为商业航天产业发展做出贡献。
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| 關於作者： |
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王洋，浙江时空道宇科技有限公司创始人、CEO兼首席科学家，拥有十余年航天工程管理、卫星整星研发&制造、计算机软件工程领域的研究与产品开发经验。
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| 目錄：
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目录
第1章商业航天概述1
1.1概念与范畴1
1.1.1定义1
1.1.2业务与场景3
1.1.3特点4
1.1.4国内外发展历程7
1.2发展模式9
1.2.1国外商业航天的发展模式10
1.2.2国内商业航天发展模式23
1.2.3发展模式的创新28
1.2.4与互联网的跨界融合31
1.3发展规律33
1.3.1商业卫星发射模式33
1.3.2商业卫星与星座34
1.3.3商业卫星应用38
1.3.4商业航天产业分析40
1.4发展趋势41
参考文献43
第2章卫星工程系统44
2.1运载火箭45
2.1.1火箭的分类46
2.1.2运载火箭组成46
2.1.3运载火箭结构48
2.1.4火箭发动机49
2.1.5飞行程序49
2.1.6国内外典型运载火箭50
2.2航天发射场69
2.2.1发射场的组成70
2.2.2国内航天发射场70
2.2.3国外著名的航天发射场74
2.3航天测控网76
2.3.1航天测控网的类型76
2.3.2航天测控网的组成76
2.3.3航天测控网的功能77
2.3.4测控网的结构及特点79
2.3.5测控系统频段划分标准82
2.3.6我国航天测控网的发展83
2.4三大卫星应用系统84
2.4.1通信卫星应用系统84
2.4.2导航卫星应用系统91
2.4.3遥感卫星应用系统92
参考文献99
第3章商业卫星系统总体设计100
3.1卫星总体设计概述100
3.1.1系统工程101
3.1.2总体设计任务107
3.2商业卫星总体方案设计117
3.2.1面向任务的需求分析117
3.2.2总体方案初步设想120
3.2.3分系统指标126
3.2.4卫星总体方案综合和确定134
3.2.5研制技术流程制定139
3.3国内外典型商业卫星平台141
3.3.1国外典型商业卫星平台141
3.3.2国内典型商业卫星平台147
参考文献150
第4章轨道与星座设计152
4.1轨道设计152
4.1.1卫星轨道参数与分类152
4.1.2轨道高度的选择157
4.1.3轨道倾角的选择158
4.1.4降交点地方时选择161
4.1.5升交点赤经确定162
4.2星座设计方法162
4.2.1常用星座构型164
4.2.2星座设计方法166
4.3星座覆盖性能分析176
4.3.1覆盖性能指标176
4.3.2星座覆盖计算177
4.4星间链路178
4.4.1星间链路组成及分类179
4.4.2星间链路距离约束179
4.4.3星间链路角度约束180
4.5星座优化设计183
4.5.1星座性能及一般统计方法184
4.5.2设计目标与约束185
4.5.3多目标优化模型186
4.5.4优化算法187
参考文献190
第5章卫星有效载荷192
5.1通信载荷192
5.1.1星间链路193
5.1.2高效数传载荷199
5.1.3物联通信载荷203
5.1.4空间高速路由载荷210
5.2导航载荷217
5.2.1星载原子钟220
5.2.2任务数据注入接收机223
5.2.3导航任务数据单元224
5.2.4星上阵列发射天线226
5.3遥感载荷227
5.3.1遥感载荷的分类227
5.3.2光学成像载荷229
5.3.3成像雷达234
5.3.4微波辐射计244
5.4星载天线245
5.4.1概述245
5.4.2卫星多波束天线248
5.4.3卫星相控阵天线260
5.4.4微小卫星天线271
参考文献275
第6章卫星综合电子系统277
6.1概述277
6.1.1定义277
6.1.2基本架构277
6.1.3组成及功能279
6.2硬件设计280
6.2.1处理器模块设计280
6.2.2遥测采集模块设计284
6.2.3指令模块设计287
6.2.4通信模块设计288
6.2.5驱动模块设计293
6.2.6导航接收模块设计294
6.3软件设计296
6.3.1星务软件功能296
6.3.2典型星务软件架构297
6.3.3星务软件实时操作系统298
6.3.4星务软件可复用性设计302
6.3.5星务软件在轨重构设计303
6.3.6星务软件测试306
6.3.7星务软件数字仿真测试307
6.4卫星综合电子系统新技术310
6.4.1开源星务软件框架310
6.4.2Linux在航天项目中的应用312
6.4.3软件定义卫星313
参考文献316
第7章结构机构与热控分系统317
7.1结构分系统317
7.1.1卫星构型和接口设计317
7.1.2卫星结构材料选用324
7.1.3卫星结构设计分析326
7.1.4卫星结构设计验证334
7.2机构分系统337
7.2.1卫星机构功能337
7.2.2卫星机构设计特点338
7.2.3卫星机构分类339
7.2.4典型卫星机构341
7.3热控分系统350
7.3.1热控系统设计要求351
7.3.2常用热控产品353
7.3.3热控系统设计356
7.3.4热仿真分析358
7.3.5热控新技术及展望367
参考文献368
第8章能源分系统369
8.1组成及功能369
8.1.1太阳电池阵369
8.1.2锂离子蓄电池组372
8.1.3电源控制配电器375
8.2能源系统结构381
8.2.1直接供电方式381
8.2.2峰值功率跟踪方式386
8.2.3DET与MPPT方式的比较386
8.3能源分系统设计关键要素388
8.3.1能量平衡分析计算388
8.3.2能源系统在轨管理策略390
8.3.3能源系统小型化、一体化设计392
8.3.4成本与可靠性间的平衡394
8.4新技术发展趋势395
8.4.1智能供配电技术395
8.4.2分布式功率网络395
8.4.3薄膜太阳电池395
参考文献397
第9章姿轨控分系统398
9.1组成与任务398
9.1.1系统组成398
9.1.2轨道控制任务407
9.1.3姿态控制任务408
9.2系统控制特性414
9.2.1系统设计与实现414
9.2.2姿态控制能力417
9.2.3轨道控制能力424
9.3姿态稳定与控制算法429
9.3.1重力梯度稳定430
9.3.2双自旋稳定432
9.3.3三轴稳定434
9.4新技术发展趋势441
参考文献442
第10章测控馈电一体化系统443
10.1测控馈电一体化系统组成443
10.2测控馈电一体化系统设计要素443
10.2.1系统工作模式的设计443
10.2.2频率的选择444
10.2.3通信体制选择444
10.2.4无线收发通道的设计454
10.2.5指标体系455
10.2.6天线设计457
10.3测控馈电一体化系统的工程实现459
10.3.1方案论证459
10.3.2星地链路工程设计461
10.3.3系统方案设计465
10.3.4可靠性设计470
10.4测控馈电一体化系统典型接口470
10.4.1OC门遥控接口471
10.4.2模拟量遥测采集接口471
10.4.3RS422接口473
10.4.4高速数据接口473
10.4.5低速数据接口476
10.5试验与测试479
10.5.1分系统级试验479
10.5.2整星级试验479
10.5.3大系统间接口对接试验479
10.6测控馈电一体系统典型方案480
10.6.1总体方案概述480
10.6.2硬件方案设计481
10.6.3通信协议设计484
10.7发展趋势486
10.7.1软件无线电技术486
10.7.2超高速通信技术488
参考文献491
第11章地面测运控一体化系统492
11.1概述492
11.2系统组成与功能493
11.2.1测运控一体化系统组成493
11.2.2卫星系统控制中心494
11.2.3地球站分系统500
11.2.4支撑网络分系统509
11.2.5地球站选址512
11.2.6链路预算513
11.3鸽群（Dove）星座测运控系统介绍516
11.3.1Dove星座地面测运控系统517
11.3.2Dove星座测运控链路517
11.3.3Dove星座自动化运行管理519
11.3.4星座保持的测运控521
11.4商业航天测运控一体化发展与应用前景521
参考文献523
第12章商业卫星总装、测试与试验524
12.1卫星总装524
12.1.1卫星总装目标524
12.1.2卫星总装内容524
12.1.3卫星总装流程530
12.1.4总装技术的发展531
12.2电测试534
12.2.1电测试目的与技术流程534
12.2.2装星前电测535
12.2.3装星后电测535
12.2.4测运控对接试验539
12.3电磁兼容试验539
12.3.1EMI试验539
12.3.2EMS试验540
12.3.3系统级试验541
12.4力学试验547
12.4.1振动试验547
12.4.2噪声试验551
12.5热环境试验552
12.5.1热平衡试验552
12.5.2热真空试验561
12.5.3老炼562
参考文献564
第13章商业卫星对火箭的要求565
13.1商业卫星对火箭的技术要求565
13.1.1运载能力565
13.1.2发射窗口566
13.1.3星箭机械接口567
13.1.4卫星整流罩568
13.1.5电性能接口及电磁兼容性568
13.1.6力学载荷和环境条件569
13.1.7安全和防止污染570
13.2商业火箭的成本与回收570
13.2.1可回收火箭技术570
13.2.2“一箭多星”火箭设计573
13.2.3发射成本分析575
13.3国内外典型商业卫星运载火箭575
13.3.1国外典型商业卫星运载火箭575
13.3.2国内典型商业卫星运载火箭580
参考文献597
第14章可靠性设计与分析598
14.1可靠性建模、预计及指标分配598
14.1.1系统可靠性模型598
14.1.2系统可靠性预计603
14.1.3系统可靠性指标分配604
14.2元器件降额设计608
14.2.1降额等级608
14.2.2降额工作程序609
14.2.3各类元器件降额设计609
14.3冗余设计610
14.3.1冗余设计方法611
14.3.2冗余设计实施要求613
14.4抗力学环境设计与分析614
14.4.1基本概念614
14.4.2力学环境分析615
14.4.3抗力学环境设计618
14.4.4抗力学环境设计分析624
14.4.5设计校核计算626
14.5热设计628
14.5.1元器件选择629
14.5.2元器件的布局和安装629
14.5.3印制板热设计631
14.5.4机箱的热设计632
14.5.5热分析632
14.5.6热试验验证633
14.5.7航天器常用热控材料和部件633
14.6电磁兼容设计634
14.6.1整星电磁兼容设计635
14.6.2星上设备（分系统）电磁兼容性设计638
14.7静电防护设计641
14.7.1静电防护基本原则641
14.7.2静电防护设计具体要求642
参考文献647
第15章商业航天的芯片需求648
15.1芯片的发展现状和趋势648
15.2航天芯片需求650
15.2.1航天芯片的基本需求650
15.2.2商业航天芯片需求651
15.2.3商业航天芯片应用实例651
15.2.4应用风险分析659
15.3商业航天芯片应用保障660
15.3.1芯片应用需求分析660
15.3.2选用和采购660
15.3.3筛选661
15.3.4应用控制663
参考文献667
第16章商业卫星应用平台设计668
16.1卫星应用平台概述668
16.1.1卫星应用平台发展现状668
16.1.2卫星应用平台发展趋势669
16.1.3卫星应用平台面临的挑战与机遇672
16.2卫星应用平台总体设计原则673
16.2.1建设原则673
16.2.2设计原则674
16.3卫星应用平台总体设计方法678
16.3.1常用平台架构678
16.3.2平台组成部分684
16.3.3平台功能特性690
16.3.4平台性能设计694
16.4卫星应用平台展望706
16.4.1云原生带来的变革706
16.4.2边缘计算的新视野708
16.4.3区块链与卫星的碰撞709
参考文献711
第17章商业卫星应用714
17.1通信应用714
17.1.1卫星通信业务714
17.1.2卫星通信应用区域715
17.1.3卫星通信应用场景729
17.1.4典型商业通信卫星应用案例742
17.2导航应用758
17.2.1卫星导航定位应用算法758
17.2.2高精度测量769
17.2.3卫星导航应用场景与案例773
17.3遥感应用783
17.3.1卫星遥感数据源784
17.3.2卫星遥感数据处理技术789
17.3.3卫星遥感应用场景与案例798
17.4商业卫星应用的发展趋势811
17.4.1卫星通信与应用的发展趋势811
17.4.2卫星导航与应用的发展趋势812
17.4.3卫星遥感与应用的发展趋势814
参考文献817
第18章工程风险分析与控制820
18.1工程风险因素820
18.1.1政策与法律风险820
18.1.2市场风险821
18.1.3技术风险823
18.2工程风险分析827
18.2.1工程研制风险分析827
18.2.2风险评估829
18.3工程风险控制829
18.3.1风险控制措施829
18.3.2风险转移830
18.3.3财务风险控制832
18.4航天保险836
18.4.1保险种类836
18.4.2航天保险商业模式837
18.4.3保险除外责任839
参考文献840
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| 內容試閱：
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商业航天始于20世纪70年代，经过50余年的发展，在市场竞争力和技术创新等方面展现出巨大的潜力，已成为航天研发领域的重要新生力量。它继承了航天产业的求实、严谨与创新精神，更注重在低成本与灵活性间寻找新的创新空间，符合现代航天产业发展趋势，与航天产业发展市场化方向高度一致。新一代全球低轨通信卫星星座发展迅速，以星链、一网为代表的商业航天通信星座开启了卫星通信的新篇章，维珍航空、蓝色起源分别成功进行了太空飞行，拉开了国际商业航天旅行的帷幕。国际上，商业航天企业可谓一路高歌猛进，正在实现持续创新航天产品形态、不断提升产业技术能力、积极拓展应用空间的产业核心布局。国内，商业航天正处在产业化发展前期，对卫星、火箭批量化生产需求十分迫切，星箭整装、测试、发射一体化、产业化聚集已渐成趋势，逐步形成新产业化布局，积极开拓新市场，稳步开创新局面。
商业航天涵盖应用工程系统设计、卫星制造、卫星发射、卫星运营及服务、地面设备制造等环节，涉及通信、导航、遥感、空间运输、载人航天飞行、深空探测、太空采矿等领域。随着航天技术的不断创新、突破和发展，航天产业规模日益扩大，应用领域和市场前景快速扩张。以商业运载火箭、低轨互联网星座、亚轨道旅游、商业遥感等为代表的各领域得到迅速推进；特别是以星座组网的需求为牵引，卫星制造和卫星发射增长明显，卫星制造成本正在随着卫星的规模化量产而逐渐降低，低成本的卫星制造能力和发射能力正在形成，为航天产业快速发展奠定坚实基础。由此，商业航天也将进入快速发展时期。
随着商业航天的兴起，低轨卫星宽带互联网产业逐渐形成，卫星通信、导航和遥感等卫星应用产业与大数据、云计算、物联网、人工智能等新兴技术交叉融合发展，促进了时空信息服务创新，降低了时空信息服务成本，实现了时空信息服务即开即用，助力了商业航天产业应用的快速普及。小卫星需求量大幅上升，航天产业大规模“工业化”生产时代已然开启，为发展人类航天事业、探索太空新应用领域（如太空基地建设、小行星开矿、移民火星等太空工程）提供了先行性技术基础。
本书作者王洋及核心团队，在商业航天领域进行了卓有成效的创新探索，以实际行动积极参与了我国商业航天产业的发展进程。在商业卫星制造领域，已完成数颗低成本、高可靠卫星的在轨交付，并完成国内首个深度融合汽车制造和卫星制造能力的卫星超级工厂设计和建造；在星座建设领域，正在推进全球低轨导航星座和全球低轨物联星座，并同步搭建卫星商业服务平台，为卫星应用服务构建新通道、新场景；在卫星应用领域，积极推进高精度位置服务和卫星通信服务市场化融合应用，以航天技术服务于智能驾驶和广域物联网领域，进而推动未来出行服务的智能化转型升级，迎接汽车行业的变革性发展；此外还在交通、海洋、环保、应急等多领域展开应用实践，助力全行业卫星应用需求快速落地。他们以实际行动践行了航天科技为国家、社会和大众服务的核心宗旨。
《商业航天工程导论》围绕卫星工程系统、轨道与星座、卫星平台、有效载荷及各个控制分系统的组成、工作原理与设计技术、芯片筛选与设计、卫星总装集成测试及可靠性设计、卫星应用平台设计以及工程风险分析等方面论述了新技术实践及相应理论依据，并阐述了商业航天的不同领域应用，为我们呈现了一幅商业航天工程的前景蓝图。本书是作者在商业航天领域的工程经验总结，我相信这本专著的出版将会促进商业航天领域的技术创新和工程应用。我更看重的是本书全面、系统又较为深入介绍的商业航天工程理论及技术进展、工程应用及实践探索，将为当今关注商业航天领域发展的工程技术人员、管理者甚至投资者提供难能可贵的参考，为商业航天产业发展作出自己的贡献。
中国工程院院士
刘经南
2021年12月30日
1957年，人类发射了颗人造地球卫星斯普特尼克一号（Спутник1），航天正式进入人类视野，航天发展至今，影响范围不断拓展，深刻地改变了人类的生产生活方式。目前，全球共有12个国家具备航天发射能力，50多个国家拥有自己的卫星，先后有近9 000颗卫星发射升空，2 000多个航天器在轨道上正常运行，几乎所有国家都在使用空间服务。近年来，全球商业航天快速发展，有力地推动了航天技术创新，其在航天产业发展中的地位和作用日益凸显。
商业航天通过市场机制为政府及商业用户提供航天资产、产品和服务，涵盖火箭、卫星、发射场、运营及服务、地面设备制造等环节，涉及通信、导航、遥感、太空运输、载人航天飞行、深空探测等领域。
商业航天的发展催生了一批技术创新能力强大的新兴航天企业，其中的典型代表包括SpaceX、蓝色起源等公司。SpaceX通过可重复利用的火箭技术，将发射费用降低了50%；“一网”（OneWeb）公司将小卫星制造速度从每颗12~18个月，提升到了每天2颗，还与空客合作建立了卫星工厂，采用高度自动化的机器人生产线，将航空飞机的批量制造经验应用到卫星领域，将单颗卫星成本降到了50万美元；维珍银河、蓝色起源等商业航天公司也在争相进入亚轨道旅游领域，提供低至25万美元的太空旅游体验服务。
中国商业航天从2014年开始发展，比国外商业航天起步晚，但也彰显了巨大的发展潜力。中国长征火箭公司计划推出5款商业火箭产品，将通过规范生产、技术等标准，预期将发射成本降低约30%，短履约周期压缩80%左右，以进一步提升国际商业发射竞争力。商业卫星研制和运营方面，我国拥有相关企业数十家，它们都各有侧重地开始了自己的卫星研制、星座建设和运营。
为总结和提炼中国商业航天工程在系统管理科学、商用星座系统设计、卫星设计和AIT领域的新技术及应用成果，在理论和系统上揭示商业航天的基本发展规律，展示中国商业航天工程的研制成果和创新成就，本人主编了这本《商业航天工程导论》。本书的特色是源于多个航天工程实践，不仅适合从事商业航天研究、卫星设计与制造、航天应用的工程师阅读，也可作为高等院校相关专业师生的技术参考书。
《商业航天工程导论》由18章组成，以系统工程的思想进行编排，在介绍商业航天概念的基础上，以卫星工程系统，从总体级卫星设计，到逐步深入有效载荷和平台分系统的设计与试验，再回到整星系统级测试与试验，进一步介绍卫星对火箭的需求、可靠性设计、对芯片的需求，后介绍商业卫星应用平台设计与应用领域，并对工程风险进行了简要分析。其中：第1章商业航天概述，介绍了商业航天的概念与范畴、发展模式、发展规律与发展趋势等内容；第2章介绍了商业航天工程系统及其组成和各部分之间的主要关系；第3~11章详细介绍了商业卫星总体设计及各分系统的相关技术、设计、测试与试验，具体介绍了商业卫星的总体设计、轨道与星座设计、有效载荷（通信、导航、遥感、天线载荷）设计、平台各分系统（综合电子分系统、结构机构与热控分系统、能源分系统、姿轨控分系统、测控馈电一体化系统、地面测运控一体化系统）的研制；第12章介绍了商业卫星的总装、测试与试验；第13章介绍了商业卫星对火箭的要求；第14章介绍了可靠性设计与分析；第15章介绍了商业航天的芯片需求；第16和17章分别介绍了商业卫星的应用平台设计和应用领域（通信、导航、遥感）；第18章介绍了工程风险分析与控制等内容。
感谢电子科技大学朱立东教授和北京理工大学张晓敏教授在本书审校过程中提出的宝贵意见，感谢中国宇航出版社领导和相关部门在本书编写和出版过程中给予的大力支持。
由于作者水平有限，书中难免会出现错误和不妥之处，敬请读者不吝指正。
王洋
2021年11月
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