1緒論1.1本書的目的1.2總體架構定義過程中的角色1.3系統總體架構定義階段的觀點1.4設計與實現是一個不斷演進的過程1.5項目階段和項目評審1.6什么是空間系統1.7術語1.8建議補充閱讀2空間學科2.1空間系統工程2.1.1集成與控制2.1.2接口管理2.1.3需求工程1緒論1.1本書的目的1.2總體架構定義過程中的角色1.3系統總體架構定義階段的觀點1.4設計與實現是一個不斷演進的過程1.5項目階段和項目評審1.6什么是空間系統1.7術語1.8建議補充閱讀2空間學科2.1空間系統工程2.1.1集成與控制2.1.2接口管理2.1.3需求工程2.1.4系統分析2.1.5設計和配置定義2.1.6驗證2.2空間系統架構設計2.2.1傳統角色中的系統設計師2.2.2架構定義的形式化2.3項目管理2.4衛星工程學科2.4.1結構2.4.2熱控2.4.3機構2.4.4姿態控制2.4.5推進2.4.6電力2.4.7數據處理2.4.8軟件2.4.9通信2.5儀器工程2.6工程支持學科2.6.1制造組裝、集成、驗證和測試工程2.6.2產品保證2.6.3衛星飛行操作2.6.4衛星數據輸出處理2.6.5成本工程2.7用戶： 任務背后的科學家3需求、規格和設計3.1系統分解的層次3.2規格和需求的類型3.2.1規格的類型3.2.2需求的類型3.2.3技術規格需求3.3需求工程3.4數值工程3.4.1不同的需求數值3.4.2系統效能度量3.5需求與驗證4約束條件與設計4.1需求與約束條件4.2空間項目的外部環境4.2.1STEP分析4.2.2預測與場景分析4.3精選的過往空間項目歷史4.3.1私人與公共通信和對地觀測4.3.2阿波羅計劃4.4作為約束條件的計劃性框架4.5依據項目目標劃分的項目類型4.5.1能力驗證 4.5.2技術驗證 4.5.3科學進步4.5.4運營 4.6依據項目風險度的項目類型4.7依據項目規模的項目類型4.8成本4.8.1自上而下的成本估算4.8.2自下而上的成本估算4.8.3成本估算的風險4.8.4單顆衛星與多顆衛星的成本4.9風險約束條件4.9.1質量風險管理4.9.2量化風險管理4.9.3技術成熟度與技術開發4.9.4開發方法與樣機思想4.10進度約束條件4.11管理趨勢作為約束條件5作為共時過程的系統設計5.1空間系統要素5.2系統規格、系統設計和系統設計師5.3針對約束條件的設計5.3.1成本5.3.2風險5.3.3進度5.4針對需求的設計5.5設計工具5.5.1分析與設計5.5.2功能分析與功能分解5.5.3權衡與設計5.5.4預算分配工程5.5.5并行工程5.5.6可靠性5.6設計與任務性能5.6.1任務效能度量5.6.2效能度量限制5.6.3安全余量、過失與錯誤5.7決策的非數值支持5.8決策的數值支持5.8.1確定性方法5.8.2不確定性情況下的非概率數值方法5.8.3概率方法6作為歷時過程的系統定義6.1循環及線性的系統定義過程6.2作為遞歸過程的系統定義6.3作為線性過程的系統定義6.3.10階段6.3.2A階段6.3.3B1階段6.4任務里程碑和評審6.4.1評審程序6.4.2任務定義階段期間的評審6.5并行開發6.5.1技術成熟度的提高6.5.2科學理解的進步7設計域概述7.1設計交互和設計域7.1.1觀測量和儀器域7.1.2軌道和姿態域 7.1.3衛星構型域7.1.4衛星操作數據流域7.1.5儀器輸出數據流域7.2作為空間系統設計示例的天文臺任務7.2.1任務描述7.2.2任務比較7.2.3天文臺任務的頂層設計交互7.3多星設計7.3.1數據量和數據質量與衛星數量的關系7.3.2任務壽命與衛星數量的關系7.4體系8觀測量與儀器域8.1觀測量和儀器選擇8.2觀測量和儀器域所涉及的要素和部件8.2.1無源光學8.2.2有源光學8.2.3無源微波8.2.4有源微波8.2.5原位儀器8.2.6通信載荷8.3儀器實例8.3.1風神8.3.2詹姆斯·韋布空間望遠鏡8.3.3哨兵38.3.4熱帶云8.3.5尤利西斯8.4觀測需要作為設計驅動8.4.1觀測頻率和大氣8.4.2數據質量8.4.3圖像變形8.4.4數據量8.4.5系統式與交互式觀測8.4.6響應能力，捕獲延遲和滯后8.4.7觀測目標和視線的旋轉8.4.8儀器接口8.5作為設計驅動因素的端到端性能8.6功能分配8.6.1掃描8.6.2內部和外部校準8.6.3固體孔徑、可展開孔徑、合成孔徑8.6.4分辨率與高度 8.7預算分配8.7.1輻射測量的質量8.7.2MTF8.7.3端到端性能9軌道與姿態域9.1涉及本域的要素和部件9.1.1運載火箭9.1.2軌道確定和修正工具9.1.3姿態確定和控制工具9.2空間環境作為軌道和姿態設計的驅動因素9.2.1引力場9.2.2地球磁場9.2.3中性大氣9.2.4太陽輻射9.2.5電離層輻射9.2.6地球以外的空間環境9.3姿態和姿態類型9.3.1無控衛星姿態9.3.2重力梯度姿態控制9.3.3自旋穩定姿態控制9.3.4雙旋和動量偏置姿態控制9.3.5慣性穩定姿態控制9.4軌道及軌道類型9.4.1低地球軌道9.4.2LEO太陽同步軌道9.4.3中等高度地球軌道9.4.4地球同步軌道和地球靜止軌道9.4.5長周期地球軌道9.4.6拉格朗日點9.4.7行星際軌道9.4.8繞其他行星的軌道9.5任務階段、模式及衛星姿態9.6軌道和姿態示例9.6.1哨兵-39.6.2尤利西斯9.6.3銥星9.6.4昴宿星9.7衛星周圍的幾何關系9.7.1天底指向的衛星9.7.2自旋衛星9.7.3慣性衛星9.8指向控制、指向擾動和指向修正9.8.1衛星和儀器的指向及指向擾動 9.8.2指向控制、指向擾動力矩、圖像獲取和頻率范圍9.8.3指向誤差的類型9.9功能分配9.9.1軌道選擇9.9.2姿態選擇9.9.3覆蓋及重訪9.10預算分配9.10.1衛星位置9.10.2儀器視線指向和恢復9.10.3指向穩定性實現和恢復9.10.4地理定位9.10.5配準9.10.6重新指向敏捷性要求9.10.7速度增量和燃料9.10.8機械擾動9.11星座的實現與保持10衛星構型域10.1本域的組成部分10.1.1結構10.1.2熱 10.1.3機械10.1.4太陽能電池陣10.2作為構型驅動因素的外部環境10.2.1運載火箭10.2.2負荷環境10.2.3熱輻射環境： 太陽、地球和深空10.2.4空間環境產生的外部壓力和力矩10.2.5電磁輻射環境10.2.6外部環境的其他影響10.3構型實例10.3.1海洋環流探測衛星10.3.2尤利西斯號10.3.3JWST10.3.4銥星10.4圍繞著衛星的幾何與構型10.4.1天底指向衛星10.4.2自旋衛星10.4.3慣性指向衛星10.4.4敏捷衛星10.5功能分配10.5.1主體結構形狀10.5.2可展開的結構與機構： 固定的與展開的10.5.3標準平臺與專用平臺10.5.4被動與主動熱控10.5.5儀器指向與衛星指向10.6性能分配10.6.1質量預算10.6.2熱預算10.6.3功率生成預算10.6.4校準預算10.6.5體積預算11操作數據流域11.1與本域相關的在軌要素11.1.1電源子系統11.1.2衛星數據管理子系統11.1.3遙測與遙控數據通信子系統11.2包含在本域中的地面要素11.2.1操作地面站與數據中繼衛星11.2.2任務操作控制中心11.3任務階段11.3.1發射及早期運行段11.3.2衛星試運行階段11.3.3正常運行階段11.3.4安全模式和其他休眠模式11.3.5正常軌道修正機動11.3.6退役與離軌處置11.4數據管理架構實例11.4.1Cluster任務11.4.2羅塞塔11.4.3哨兵-311.4.4SSTL-DMC11.5功能分配11.5.1計劃式與交互式操作11.5.2自主運行與地面干預11.5.3快指令與慢指令11.5.4操作地面站的數量及其位置11.5.5軌道確定與控制功能分配11.6性能分配11.6.1功率預算11.6.2通信鏈路預算11.6.3計算機負荷預算11.6.4星載運算存儲器11.6.5數據獲取時延預算11.6.6服務等級與可用度預算12儀器輸出數據流域12.1本域包含的在軌部件12.1.1儀器輸出數據處理12.1.2儀器數據輸出下行鏈路12.2包含在本域的地面部件12.2.1儀器下行數據接收地面站和數據中繼衛星12.2.2有效載荷數據地面段12.3架構的例子12.3.1Cluster12.3.2羅塞塔12.3.3哨兵-312.3.4NOAA-POESS任務12.4功能分配12.4.1大數據量與小數據量12.4.2短數據延遲與長數據延遲12.4.3現有的、待獲取的和已訂購的產品12.4.4在軌與地面處理12.4.5地面站的數量和位置12.4.6集中式與分散式處理12.4.7獨立的科學操作或作為整體操作一部分的科學操作12.5性能分配12.5.1星載存儲內存預算12.5.2數據下行鏈路預算12.5.3數據延遲預算13空間任務成本與替代設計方法13.1空間任務和成本13.2降低成本的方法13.2.1適當的架構定義13.2.2硬件優化13.2.3組織優化13.2.4以組織和硬件為中心： 在精簡的項目組織領導下的小型簡單衛星13.3沒有投資方/用戶二元性的項目13.4極低創新度項目，沒有客戶的項目13.5成本工程是藝術和科學