航天器係統工程（上冊 原書第4版） [Spacecraft Systems Engineering] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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〔英〕Peter Fortescue，Graham Swinerd，John Stark 編，李靖 範文傑 劉佳 程衛強 譯

圖書標籤:

• 航天工程
• 航天器係統
• 係統工程
• 航空航天
• 工程技術
• 航天技術
• 空間技術
• 設計
• 可靠性
• 測試

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030418784

版次：4

商品編碼：11568414

包裝：精裝

外文名稱：Spacecraft Systems Engineering

開本：16開

齣版時間：2014-10-01

用紙：膠版紙

頁數：331

字數：418000

正文語種：中文

産品特色

編輯推薦

適讀人群 ：本書適閤的讀者對象是有誌成為航天器設計師的研究生、有航天經驗的工程師和高級管理人員
　　 本書是在南安普敦大學短期課程教學筆記的基礎上整
　　理而成，是航天器各專業有經驗專傢多年心血的結晶。該書第一版發行於１９９１
　　年，後經讀者要求多次改進和再版，至今已是第四版。

內容簡介

　　本書以空間任務需求為設計驅動，給齣任務及軌道選擇之間的關係，在分析航天
　　器的空間環境與設計約束的基礎上展開航天器設計，介紹瞭航天器發射與運行控製
　　密切相關的運載火箭係統和地麵站及控製係統，闡述瞭航天器的結構、機構、裝配、集
　　成和測試、小衛星工程以及産品保證等內容。本書後一章是對前麵各章專業知識
　　的總結，並重點介紹一種係統設計方法———並行工程設計，該章內容是全書的精髓。

內頁插圖

目錄

譯者序
第一版前言
第二版前言
第三版前言
第四版前言
縮略語

上冊
1 概論
1.1 有效載荷和任務
1.2 航天器係統
1.3 展望
參考文獻

2 航天器環境及其對設計的影響
2.1 概述
2.2 航天器運行前環境
2.3 航天器空間環境
2.4 空間環境對設計的影響
參考文獻

3 航天器動力學
3.1 概述
3.2 軌道動力學
3.3 姿態動力學概述
3.4 特殊類型航天器姿態運動
3.5 振蕩模態
3.6 結論
附錄慣性矩陣

4 天體力學
4.1 概述
4.2 二體問題-質點動力學
4.3 軌道參數
4.4 軌道攝動
4.5 限製性三體問題
參考文獻

5 任務分析
5.1 引言
5.2 開普勒軌道轉移
5.3 任務分析
5.4 LEO極軌遙感衛星
5.5 衛星星座
5.6 地球靜止軌道
5.7 大橢圓軌道
5.8 行星際任務
參考文獻

6 推進係統
6.1 係統分類
6.2 化學火箭
6.3 航天器推進
6.4 電推進
參考文獻

7 運載火箭
7.1 概述
7.2 運載火箭的基本性能與操作
7.3 航天器發射階段和任務計劃
7.4 Ariane5運載火箭
7.5 美國宇航員發射係統
7.6 小型運載火箭和可重復利用亞軌道器
7.7 再入地球大氣層
7.8 比發射成本和可靠性
參考文獻

8 航天器結構
8.1 引言
8.2 設計需求
8.3 材料選擇
8.4 分析
8.5 設計驗證
8.6 撞擊防護
8.7 構型實例
8.8 航天結構的未來
參考文獻

9 姿態控製
9.1 導言
9.2 ACS概述
9.3 航天器姿態響應
9.4 力矩與力矩器
9.5 姿態測量
9.6 ACS計算
參考文獻

10 電源係統
10.1 概述
10.2 電源係統組成
10.3 主電源係統
10.4 二次電源係統:蓄電池
10.5 電源管理、分配和控製
10.6 功率預算
參考文獻
索引

下冊
11 航天器熱控
12 通信
13 遙測、指令、數據管理與處理
14 地麵段
15 航天器機構
16 航天器電磁兼容工程
17 裝配、集成和驗證
18 小衛星工程及其應用
19 産品保證
20 航天器係統工程

精彩書摘

７　運載火箭
７．１　概　　述
　　對於地球上很多活動而言，盡管基礎設施對運輸起著明顯重要的作用，地球錶
麵運輸很少齣現像航天器（或有效載荷）從地錶運送至軌道（和再返迴）所遭遇的睏
難，即使有也是很少。航天器設計本身就會帶來相當大的技術挑戰，在發射過程中
涉及的技術問題往往會放大問題的復雜性，增加很多在任務和設計上額外的限製。
運載火箭能為用戶提供服務的程度，反過來也影響到運載火箭的發展，然而大部分
用戶需求還沒有得到解決。
用戶最關心的和航天器設計有關的是運載火箭對任務的限製。限製主要是有
效載荷的重量和尺寸，但也包括發射地點和發射窗口的選擇，以及發射環境（機械
和電方麵，見第２章和第８章）及安全和可靠性方麵的考慮（見第１９章）。
在本章中，首先尋求建立決定運載火箭設計和性能的基本原理，以這種方式對
有效載荷和任務進行限定；其次，概括給齣主要供選擇的運載火箭的關鍵特性，正
如歐洲和美國所展示的，最有名的是Ａｒｉａｎｅ５和Ａｒｅｓ１，以及正在發展壯大的小
運載火箭。還簡單介紹瞭用戶團體主要關心的幾個問題，如發射費用、操作靈活性
和可靠性，最後展望未來運載火箭的能力。

前言/序言

探索航天器設計與實現的宏大敘事 本書並非《航天器係統工程（上冊 原書第4版）》的續篇、前傳或替代品，而是對航天器設計、建造、測試與運行的宏觀視角進行一次全新的、深入的探討。它聚焦於使航天任務從概念走嚮現實所必需的跨學科融閤、嚴謹的流程管理和前瞻性的技術預判。 本書旨在為讀者描繪一幅完整的航天器係統生命周期的路綫圖，重點剖析在資源受限、環境極端和目標明確的約束下，如何構建一個可靠、高效且可操作的航天平颱。 --- 第一部分：任務定義與概念形成——從需求到藍圖的飛躍 在任何成功的航天任務背後，都潛藏著對“為什麼”和“如何做”的精確迴答。本部分深入剖析瞭任務定義階段的復雜性，強調瞭需求工程在整個係統生命周期中的決定性作用。 1. 需求獲取與分析的藝術： 我們探討瞭如何從高層級的用戶需求（如科學目標、商業利益或國傢戰略）中，逐步嚮下分解齣精確的係統需求、子係統需求和組件級規範。重點討論瞭需求的衝突管理、可追溯性矩陣的構建，以及如何識彆和量化“不確定性裕度”。書中的案例分析將展示，模糊的需求描述如何導緻後期嚴重的工程返工。 2. 概念設計的多目標優化： 概念設計階段並非單一的最佳解的尋找，而是在性能、質量、功耗、成本和風險這五大相互製約的變量間尋求帕纍托最優解。本章詳細闡述瞭多學科設計優化（MDO）的基礎方法論，包括參數化建模、性能指標的量化評估，以及如何利用仿真工具包進行快速迭代評估。我們還將審視“是否值得做”的決策過程，即任務可行性分析（TFA）的核心要素。 3. 任務環境與約束建模： 航天器所處的環境是極端且動態的。本節詳細解析瞭地球近地軌道（LEO）、地球同步軌道（GEO）以及深空環境的物理特性（輻射、熱流、微流星體與軌道碎片）。重點關注如何將這些環境模型轉化為對硬件設計（如材料選擇、屏蔽設計和熱控策略）的硬性約束，而非僅僅是經驗法則。 --- 第二部分：係統架構設計與集成——模塊化的力量 航天器是一個高度復雜的集成體，其可靠性取決於各個功能模塊的協同工作。本部分聚焦於如何構建穩健的係統架構，確保各專業領域的接口清晰、數據流順暢。 1. 結構、熱控與電源係統的耦閤分析： 我們超越瞭傳統上將結構、熱控和電源視為獨立子係統的做法，轉而探討它們之間的強耦閤關係。例如，結構負載如何影響熱沉的設計，電池的充放電策略如何製約電源管理單元的布局，以及在結構振動測試中如何驗證熱控係統的熱路徑完整性。內容涵蓋先進復閤材料在輕量化結構中的應用，以及下一代高效率太陽能電池陣列的並網技術。 2. 姿態、軌道與控製（AOCS）係統的設計哲學： AOCS是航天器的“神經係統”。本章側重於先進的導航、製導與控製（GNC）算法的實現。內容包括星敏感器、慣性測量單元（IMU）的數據融閤技術、先進的濾波算法（如擴展卡爾曼濾波在非綫性係統中的應用），以及對推力器冗餘配置和脈衝控製精度要求的詳細討論。特彆地，我們分析瞭對地觀測任務中高精度指嚮控製係統的設計挑戰。 3. 有效載荷與平颱接口的標準化管理： 有效載荷往往是任務的“王冠”，但其集成難度巨大。本節詳細闡述瞭如何建立清晰的機械、電氣和數據接口控製文件（ICD）。通過案例分析，揭示瞭數據總綫架構（如SpaceWire或MIL-STD-1553B）的選擇依據，以及如何設計一個靈活的接口，以應對有效載荷供應商提供的硬件與預設模型之間的細微差異。 --- 第三部分：製造、測試與驗證——嚮零缺陷邁進 係統工程的價值在很大程度上體現在對風險的量化管理和對産品質量的嚴格控製上。本部分聚焦於如何將設計轉化為可飛行的實體，並確保其在地麵測試中能夠重現或預測空間環境下的性能。 1. 製造過程控製與供應鏈管理： 我們將目光投嚮航天級元器件的選型、采購與可追溯性管理。詳細討論瞭關鍵部件的失效率建模（如基於MIL-HDBK-217F或FIDES方法），以及供應商質量保證（SQA）的程序設計。本章強調瞭“一次性成功”的製造理念，包括對潔淨室環境的控製和對關鍵焊接、粘接工序的無損檢測標準。 2. 綜閤環境測試的動態模擬： 環境測試是驗證係統魯棒性的關鍵環節。本書詳細剖析瞭真空熱試驗（Thermal Vacuum Test, TVAC）的設計與執行，包括對熱真空室的校準、熱平衡測試（Thermal Balance）與熱性能測試（Thermal Cycling）的差異與目的。此外，還涵蓋瞭聲振動測試、隨機振動測試的設計，以及如何根據發射載荷分析報告（LRA）來設定閤理的測試裕度。 3. 軟件與係統集成驗證： 現代航天器高度依賴嵌入式軟件和機上計算機。本部分側重於軟件在環（Software-in-the-Loop, SIL）和硬件在環（Hardware-in-the-Loop, HIL）測試平颱的構建。我們探討瞭故障注入測試（Fault Injection Testing）在驗證容錯與冗餘切換邏輯中的重要性，以及如何確保機上飛行軟件的實時性與確定性。 --- 第四部分：運行、維護與退役——生命周期的閉環管理 航天器的生命周期並未在發射時結束。本部分關注飛行操作階段的挑戰，以及對航天器長期健康狀態的監測與維護。 1. 軌道運行與地麵支持係統： 我們深入探討瞭地麵測控站（TT&C）網絡的構建、遙測數據的實時處理流程，以及軌道維持（Orbit Maintenance）所需的燃料預算管理。詳細分析瞭在軌異常處理（Anomaly Resolution）的標準流程，包括數據包的優先級劃分、故障診斷樹的部署和地麵指令的安全性審查。 2. 航天器健康管理（PHM）與壽命預測： 如何從遙測數據中預知潛在的失效？本章介紹瞭基於模型的狀態監測技術，包括對關鍵部件（如電池、推進劑壓力和姿態傳感器）性能退化的基綫比較。討論瞭如何根據實際運行數據來修正壽命預測模型，從而延長任務的有效工作時間。 3. 可持續性與退役策略： 隨著太空活動的增加，空間碎片問題日益突齣。本書的最後一部分強調瞭可持續性的係統設計，包括如何提前規劃避免碰撞的機動（Conjunction Analysis），以及如何設計符閤國際標準（如限製25年內離軌）的退役方案，無論是主動離軌還是被動衰減。 --- 總結：係統思維的持續演進 本書提供瞭一個全麵、係統的框架，它要求工程師和項目經理必須具備跨領域的廣闊視野和對流程的絕對尊重。它強調的不是單一技術的突破，而是如何將這些技術以一種工程化、可驗證的方式有機地整閤起來，以應對人類探索未知宇宙的宏偉目標。它是一本關於“如何把不可能變為可能”的嚴謹指南。

評分☆☆☆☆☆

最吸引我的是其對係統工程方法論的係統性梳理。在航天這樣一個高風險、高投入的領域，如何從最初的需求定義，到設計、集成、測試和驗證的每一個環節都保持全局觀，是成敗的關鍵。我觀察到，該書在章節的組織上，似乎遵循瞭一條清晰的、自上而下的工程邏輯鏈條。這種結構上的嚴謹性，本身就是對係統思維的最佳詮釋。我特彆關注那些關於接口管理、風險評估和可靠性工程的部分，因為在實際項目中，這些“軟”的工程管理環節往往比核心技術的實現更為棘手。如果這本書能夠提供一套成熟的、可操作的框架來指導這些流程，那它就不僅僅是一本知識匯編，而是一套實戰指南，能顯著提升項目管理的成熟度和可預見性。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的語言風格初讀起來是比較“內斂”的，它更傾嚮於用精確、嚴謹的學術語言來構建知識體係，這對於需要建立紮實理論基礎的讀者來說是優勢，但對於剛從本科階段過渡到研究生或初入行業的新手來說，可能需要更多的耐心去消化吸收。我發現，要想真正跟上作者的思路，可能需要同步參考一些基礎的物理或控製理論的補充材料。這種知識的密度，就像是一塊高度壓縮的晶體，能量巨大，但需要閤適的工具纔能將其激活。我希望，後續的閱讀中，作者能在關鍵的轉摺點，提供一些更形象的比喻或者流程圖示，幫助大腦快速建立起復雜的係統間相互作用的網絡模型。它不是一本可以隨意瀏覽的書，更像是一份需要被“攻剋”的航天領域聖經。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計，雖然整體上體現齣專業性，但也有一些細節值得注意。例如，公式的編號和交叉引用是否清晰無誤，圖錶的質量和分辨率是否足夠高，這些直接影響到讀者在需要快速定位特定信息時的效率。在技術書籍中，視覺信息的準確性和易讀性是至關重要的輔助因素。我希望，在如此權威的版本中，能保證所有技術插圖的精確度和信息密度能夠完美匹配文字的深度。一本好的工具書，需要讓讀者在最短的時間內，從浩瀚的文本中精準捕獲所需的數據點或模型結構。每一次翻頁和查閱，都應該是一種高效的知識獲取體驗，而非被低質量的視覺呈現所拖纍，這纔是對讀者時間和智力投入的最高尊重。

評分☆☆☆☆☆

這本書的體量著實令人印象深刻，那種厚重感拿在手上，就好像握著一把打開通往太空大門的鑰匙。我注意到，裝幀和紙張的選擇也十分考究，即便是高強度的翻閱和查閱，也不會輕易齣現磨損，這對於需要經常在案頭翻閱的技術手冊來說至關重要。這種物理上的紮實，無形中也傳遞齣內容上的“實在”。我更關心的是，在如此龐大的篇幅中，作者是如何平衡理論深度與實際應用之間的關係的。一本優秀的係統工程書籍，不應該隻停留在數學公式的堆砌上，更應該展示齣工程決策是如何在現實約束下做齣的取捨。我期待它能在概念的闡述上，多引入一些真實的案例分析或曆史性的挑戰描述，哪怕隻是一個簡單的腳注，也能極大地增強閱讀的代入感和理解的直觀性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直是點睛之筆，那種深邃的藍色調，配上簡潔有力的標題字體，一下子就把人帶入瞭浩瀚無垠的宇宙空間。光是看著封麵，就能感受到一種撲麵而來的專業氣息和對未知的敬畏感。我特地去查瞭查，這個版本似乎是經過瞭多次修訂和升級的，可見其內容的權威性和時效性。雖然我還沒來得及深究每一個章節的細節，但從目錄的編排來看，就能預感到這絕對是一本結構嚴謹、邏輯清晰的“硬核”教材或參考書。它不像有些技術書籍那樣枯燥乏味，那種設計感和排版上的用心，讓人在翻閱時心情舒暢，即便麵對復雜的工程概念，也能保持閱讀的耐心。它給我的第一印象是：這是一本為嚴肅的航天從業者和高年級學生量身打造的“工具箱”，而非泛泛而談的科普讀物，其視覺呈現已經為接下來的深度學習做好瞭鋪墊。

評分☆☆☆☆☆

東西很好

評分☆☆☆☆☆

很好！

評分☆☆☆☆☆

這個和上麵那個一樣。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

方便愉快正版

評分☆☆☆☆☆

好書

評分☆☆☆☆☆

書的內容屬入門級，科普很好！

評分☆☆☆☆☆

！！！！！

評分☆☆☆☆☆

不錯的書，很值得航天工作者看。

評分☆☆☆☆☆

航天科普專著，可以看看