本书围绕航天器系统设计主题，基于型号研制流程，梳理了系统设计方法，重点从任务分析、总体方案设计、外部接口设计、构形及总装设计、试验验证等航天器研制中的关键环节进行了详细阐述，同时对型号研制过程中必要的轨道设计、环境因素影响、可靠性设计保证、动力学分析等内容进行了概述，此外对提升系统设计效能的数字化环境及方法进行了综述。 本书适合有志成为航天设计师的研究生、有航天工程经验的工程师及高级管理人员参考和阅读。

1.展现了我国空间科学技术的众多原创性科研成果。 2.反映“互联网+”与航天技术的融合发展。 3.体现我国空间探索和空间应用的科技创新能力。 4.丛书由叶培建院士领衔，孙家栋、闵桂荣、王希季三位院士联袂推荐。 5.力图为研究和设计的人员提供新的设计思路和方法。

张庆君，博士，研究员，博士生导师。历任中国空间技术研究院总体部载人飞船总体室主任、载人飞船副总设计师、“资源一号”系列卫星总设计师、“海洋二号”卫星总设计师和“高分三号”卫星总设计师。长期从事航天器总体设计、卫星遥感等技术研究工作，参与了“神舟一号”至“神舟六号”飞船的研制和飞行试验，主持研制并成功发射了“资源一号”02B卫星、“资源一号”02C卫星、“资源一号”03/04卫星、“海洋二号”卫星和“高分三号”卫星等多颗遥感卫星。获得国家科技进步奖特等奖、国家发明奖一等奖、国防科技进步奖一等奖等多项奖励，2009年入选“新世纪百千万人才”国家级人选，2014年入选国家“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才。 刘杰，博士，中国空间技术研究院研究员。历任中国空间技术研究院总体部微波遥感卫星总体研究室主任和环境与态势感知监测总体室主任。长期从事航天器系统设计和卫星遥感技术的研究工作，曾担任“海洋二号”卫星总体副主任设计师、“高分三号”卫星总体主任设计师及多项系统级型号论证和设计的技术负责人。

第 1章 绪论001
1.1 航天器系统工程的定义003
1.2 航天器系统工程的发展006
1.3 航天工程系统010
1.4 航天器系统012
1.5 航天器系统设计的概念016
1.5.1 系统设计思维的基本观念016
1.5.2 航天器系统设计的内涵021
1.5.3 航天器系统设计的基本原则023
1.6 航天器系统设计的特殊要求025 第　2章 航天器系统设计方法及流程029
2.1 航天器系统设计方法030
2.1.1 系统设计程序030
2.1.2 系统设计通用框架035
2.2 航天器系统研制阶段037
2.3 航天器系统通用设计流程040
2.3.1 概念性论证阶段流程040
2.3.2 方案设计阶段流程044
2.3.3 初样研制阶段流程049
2.3.4 正样研制阶段流程055
2.4 航天器总体设计标准体系060
2.5 航天器总体设计工具软件体系062 第3章　航天器环境影响分析064
3.1 航天器地面环境及影响065
3.1.1 地面自然环境065
3.1.2 地面制造环境066
3.1.3 地面操作环境066
3.1.4 地面贮存环境066
3.1.5 地面运输环境067
3.2 航天器发射环境及影响069
3.2.1 发射过程中的力学环境069
3.2.2 发射过程中其他环境071
3.3 航天器在轨运行环境及影响073
3.3.1 在轨空间环境073
3.3.2 在轨热环境085
3.3.3 在轨力学环境087
3.4 航天器空间环境效应及防护设计093
3.4.1 空间环境影响093
3.4.2 空间带电粒子的辐射效应094
3.4.3 大气与真空环境防护设计要求097
3.4.4 太阳紫外辐射防护设计要求097
3.4.5 带电粒子辐射防护设计要求098 第4章　航天器轨道设计基础104
4.1 任务空间几何分析105
4.1.1 球面三角基础知识105
4.1.2 地面站跟踪弧段计算106
4.1.3 光照条件计算108
4.1.4 发射窗口分析111
4.2 轨道动力学基础114
4.2.1 二体问题114
4.2.2 轨道摄动116
4.2.3 轨道机动118
4.2.4 多体问题119
4.3 绕地运行轨道设计124
4.3.1 航天器轨道的分类124
4.3.2 单航天器常用轨道设计125
4.3.3 星座设计127
4.4 深空探测轨道设计131
4.4.1 深空探测轨道设计过程131
4.4.2 月球探测轨道设计132
4.4.3 行星探测轨道设计133
4.5 轨道控制与保持137
4.5.1 单航天器轨道控制与保持137
4.5.2 星座站位保持144
4.5.3 碰撞规避145
4.5.4 离轨控制146
4.6 推进剂预算148
4.6.1 轨道机动速度分析148
4.6.2 推进剂预算分析150 第5章　航天器系统任务分析153
5.1 航天任务的特点和基本分析方法154
5.1.1 航天任务的分类及目标154
5.1.2 航天任务分析的基本方法156
5.1.3 航天任务设计的约束158
5.2 航天器系统任务的分析流程161
5.2.1 航天器系统任务的分析流程及内容161
5.2.2 典型对地遥感航天器系统任务分析示例170
5.3 方案的初步设想173
5.3.1 航天任务轨道的初步选择173
5.3.2 有效载荷的初步设想174
5.3.3 平台分系统的初步设想175
5.4 总体性能指标的分析和综合182 第6章　航天器系统方案设计185
6.1 任务剖面分析186
6.2 系统总体设计188
6.2.1 航天器能源流总体设计188
6.2.2 航天器信息流总体设计191
6.2.3 电磁兼容总体设计201
6.2.4 好用易用性设计204
6.2.5 航天器通用质量特性设计207
6.3 分系统总体设计213
6.3.1 控制分系统213
6.3.2 推进分系统216
6.3.3 测控分系统218
6.3.4 热控分系统223
6.3.5 电源分系统226
6.4 单机总体设计235
6.4.1 设计与建造规范235
6.4.2 接口数据单设计237
6.4.3 接口控制文件设计239
6.5 飞行程序设计240
6.5.1 飞行程序相关定义240
6.5.2 约束条件与支撑条件241
6.5.3 飞行程序编制原则及内容242
6.5.4 测控条件分析243
6.5.5 飞行程序编制过程243 第7章　航天器外部系统接口设计及验证245
7.1 与运载火箭的接口设计及验证246
7.1.1 运载火箭概况246
7.1.2 与运载火箭的接口设计247
7.1.3 与运载火箭的接口验证253
7.2 与测控系统的接口设计及验证254
7.2.1 测控系统概况254
7.2.2 测控大系统的接口设计256
7.2.3 测控大系统的接口验证257
7.3 与地面接收系统的接口设计及验证259
7.3.1 地面接收系统概况259
7.3.2 星地微波链路的接口设计260
7.3.3 星地微波链路的接口验证261
7.3.4 星地激光链路的接口设计261
7.3.5 星地激光链路的接口验证262
7.4 与发射场的接口设计及验证264
7.4.1 发射场系统概况264
7.4.2 与发射场的接口设计265
7.4.3 与发射场的接口验证266 第8章　航天器构形及总装设计267
8.1 任务和要求269
8.1.1 设计任务269
8.1.2 构形及总装设计的作用271
8.1.3 构形设计的要求271
8.2 构形设计准则和设计内容276
8.2.1 构形设计准则276
8.2.2 构形设计内容277
8.3 布局设计准则和设计内容288
8.3.1 布局设计准则288
8.3.2 布局设计内容290
8.4 接口设计294
8.4.1 与运载火箭的接口设计294
8.4.2 与载荷的接口设计295
8.4.3 与平台的接口设计297
8.5 构形和布局分析300
8.5.1 大系统相容性分析300
8.5.2 任务适应性分析302
8.6 总装设计准则与总装方案设计308
8.6.1 总装设计准则308
8.6.2 总装方案设计309
8.7 总装设计内容311
8.7.1 总装安装设计311
8.7.2 精度测量设计319
8.7.3 地面机械支持设备设计321
8.7.4 总装技术流程设计323
8.8 总装测试与验证327
8.8.1 管路系统检漏327
8.8.2 总装精度测试329
8.8.3 质量特性测试及配平330 第9章　航天器动力学分析332
9.1 柔性航天器耦合动力学分析334
9.1.1 柔性航天器耦合动力学分析的目的及流程334
9.1.2 柔性航天器耦合动力学建模方法336
9.1.3 柔性航天器动力学方程模型降阶方法339
9.2 充液航天器液体晃动分析342
9.2.1 充液航天器液体晃动分析的目的及流程342
9.2.2 充液航天器液体晃动分析方法343
9.3 空间机构多体动力学分析348
9.3.1 空间机构多体动力学分析的目的及流程348
9.3.2 单链空间机构多体动力学分析方法350
9.4 航天器羽流效应分析354
9.4.1 羽流效应分析的目的及流程354
9.4.2 羽流效应分析方法355
9.4.3 羽流效应分析过程356
9.5 航天器微振动分析与评估361
9.5.1 航天器微振动分析的目的及流程361
9.5.2 微振动分析建模方法362
9.5.3 微振动性能评估方法371 第　10章 航天器可靠性设计374
10.1 可靠性设计与分析376
10.1.1 可靠性基本理论376
10.1.2 可靠性要求与分配378
10.1.3 可靠性建模与预计383
10.1.4 裕度设计386
10.1.5 降额设计387
10.1.6 容错设计388
10.1.7 故障模式及影响分析390
10.1.8 故障树分析392
10.1.9 事件树分析396
10.1.10 概率风险评价399
10.1.11 潜在电路分析403
10.1.12 最坏情况分析406
10.1.13 中断分析408
10.1.14 可靠性数学仿真方法410
10.1.15 可靠性评估413
10.2 安全性设计与分析417
10.2.1 航天器产品通用安全性设计方法418
10.2.2 危险源识别及危险分析方法422
10.2.3 安全性验证与评价424
10.3 维修性设计与分析427
10.3.1 概述427
10.3.2 硬件产品维修性设计准则428
10.3.3 在轨可维护性设计435
10.4 测试性设计与分析437
10.4.1 固有测试性设计437
10.4.2 故障诊断策略设计438
10.4.3 嵌入式诊断设计439
10.5 保障性设计与规划441
10.5.1 保障性设计441
10.5.2 保障规划442 第　11章 航天器系统试验及验证444
11.1 航天器系统验证方法及与分析的联系446
11.1.1 试验验证的方法446
11.1.2 分析与试验验证的关系447
11.2 一般航天器试验验证要求448
11.3 试验矩阵设计451
11.3.1 航天器系统鉴定试验矩阵设计451
11.3.2 分系统鉴定试验矩阵设计456
11.3.3 组件鉴定试验矩阵设计458
11.3.4 航天器系统验收试验464
11.3.5 分系统验收试验465
11.3.6 组件验收试验467
11.4 结构设计试验验证469
11.4.1 结构设计验证方法469
11.4.2 结构静强度的验证471
11.4.3 结构动力特性的验证474
11.5 热设计试验验证480
11.5.1 热设计验证方法480
11.5.2 真空热试验481
11.6 电性能试验验证484
11.6.1 电性能测试的任务及目的484
11.6.2 电性能测试试验485
11.7 EMC试验验证490
11.7.1 单机设备EMC试验验证490
11.7.2 系统级EMC试验验证492
11.8 磁试验验证494
11.8.1 磁试验目的494
11.8.2 磁试验测试方法495
11.8.3 航天器磁补偿495 第　12章 航天器系统数字化设计及研制497
12.1 数字化设计技术499
12.1.1 数字样机技术499
12.1.2 基于模型的定义技术500
12.1.3 多学科设计优化技术501
12.1.4 产品全生命周期管理技术502
12.2 航天器数字化研制模式503
12.2.1 航天器数字化研制模式的特点503
12.2.2 航天器系统数字化设计的重点505
12.2.3 航天器总体—结构—热控协同设计模式511
12.2.4 航天器设计—工艺协同模式512
12.3 基于模型的航天器三维协同设计515
12.3.1 航天器三维设计的发展历程515
12.3.2 航天器三维模型的分类与构建通用要求516
12.3.3 航天器的总体—结构—热控三维协同设计518
12.3.4 面向制造总装的三维模型构建522
12.4 基于单机接口数据的航天器协同设计524
12.4.1 IDS的作用及演化524
12.4.2 IDS在热控设计中的应用526
12.4.3 IDS在电缆网设计中的应用526
12.4.4 IDS在测控信息流设计中的应用527
12.5 基于模型的多学科设计优化529
12.5.1 MB-MDO的内涵530
12.5.2 基于MB-MDO的航天器研制过程530
12.5.3 MB-MDO的主要研究内容531
12.5.4 支撑MB-MDO的工具软件533
12.6 航天器全生命周期数据管理与技术状态管理534
12.6.1 航天器型号全生命周期数据管理534
12.6.2 基于PLM的航天器技术状态管理技术539
12.6.3 基于AVIDM的航天器型号全生命周期数据管理541
12.7 航天器协同设计环境545
12.7.1 航天器协同设计环境与并行工程方法545
12.7.2 航天器协同设计环境的基本要素546
12.7.3 航天器协同设计环境的应用548
12.8 航天器数字化研制发展与展望552
12.8.1 前沿数字化技术应用552
12.8.2 基于模型的系统工程554
12.8.3 基于模型的企业555 第　13章 航天器系统的发展及展望557 参考文献560 索引567