航天器任務分析與設計——STK基礎與應用 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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聞新著

圖書標籤:

航天器
任務分析
STK
軌道力學
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空間技術
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齣版社：哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560370347

版次：1

商品編碼：12361962

包裝：平裝

開本：16

齣版時間：2018-04-01

用紙：膠版紙

具體描述

編輯推薦

本書可供航空航天、計算機仿真、電子信息、信息化管理和係統工程等相關專業高效學生作為學習用書，同時也可供從事係統決策、情報分析、項目論證以及其他專業研究的技術人員參考使用。

內容簡介

本書緻力於讓讀者在空間飛行器設計和衛星工具軟件應用兩個方麵有所收獲，重點介紹小衛星設計及其應用STK的任務分析。本書共分三大部分：微小型空間飛行器總體設計、STK軟件使用入門和提高以及STK在小衛星群任務分析中的應用。主要內容包括：空間飛行器設計概要、航天器飛行軌道基礎、姿態控製建模、STK軟件入門、STK係統建模和任務分析、STK在航天器群中的應用等。

本書是作者在多年指導研究生、本科生工作基礎上，參考國內外本領域許多專傢的研究成果精心撰寫的一部關於微小型航天器任務分析與STK基礎及其應用的著作。本書既適閤對STK軟件不熟悉的讀者，也適閤對STK軟件有一定基礎的讀者，願讀者能夠通過閱讀本書，掌握STK工具軟件及其應用，為我國航天事業的發展做齣貢獻。

航天器任務分析與設計：STK基礎與應用引言在人類探索宇宙的偉大徵程中，航天器的設計與任務規劃扮演著至關重要的角色。從一顆小小的衛星到龐大的空間站，再到深入行星的探測器，每一個航天器的誕生都凝聚著無數科學傢的智慧與汗水，而其成功執行任務的背後，則是精細的分析與嚴謹的設計。本書正是聚焦於這一核心環節，旨在為讀者提供一套係統、全麵且實用的航天器任務分析與設計方法論，並以強大的仿真分析軟件STK（Systems Tool Kit）為載體，將理論與實踐緊密結閤，幫助讀者掌握航天器任務規劃的核心技能。第一章：航天器任務概述與係統需求分析本章將首先帶領讀者認識航天器任務的廣闊天地，從曆史的維度迴顧人類航天事業的發展曆程，理解不同時代背景下航天任務的特點與演進。我們將探討各類航天器任務的典型範例，包括地球觀測、通信、導航、科學探測、載人航天以及深空探索等，深入剖析它們各自的使命目標、技術挑戰與應用價值。在此基礎上，我們將重點闡述航天器任務係統需求分析的重要性。任務需求是整個航天器設計與任務規劃的起點與基石。本章將詳細介紹需求獲取的多種途徑，例如用戶訪談、需求文檔分析、類比係統研究等，並深入講解如何對原始需求進行結構化、細化與層層分解，最終形成清晰、可量化、可驗證的係統需求指標。我們將重點關注任務需求的關鍵要素，如任務目標、工作範圍、性能指標（包括但不限於軌道參數、覆蓋範圍、數據精度、壽命要求、可靠性要求等）、環境約束（包括但不限於發射窗口、軌道環境、熱控要求、輻射環境等）、以及成本與時間限製。掌握有效的需求分析方法，能夠為後續的係統設計與任務規劃奠定堅實的基礎，避免項目後期齣現方嚮性錯誤或重大返工。第二章：軌道力學基礎與軌道設計航天器的運動軌跡是其執行任務的物理基礎。本章將從基礎的牛頓萬有引力定律齣發，係統地介紹軌道力學的基本概念與原理。我們將深入講解開普勒定律，理解橢圓、拋物綫和雙麯綫軌道的幾何特性。核心內容包括：軌道參數的定義與錶示：詳細介紹六根軌道根數（半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經、近地點幅角、真近點角）的物理意義及其相互關係，以及其他常用軌道參數（如軌道周期、遠地點高度、近地點高度、軌道速度等）的計算方法。不同軌道類型及其應用：詳細闡述各種常見軌道類型，如近地軌道（LEO）、中地球軌道（MEO）、地球靜止軌道（GEO）、地球同步軌道（SSO）、太陽同步軌道（SSO）、高橢圓軌道（HEO）等，並分析它們在不同任務中的優勢與劣勢。例如，LEO適閤高分辨率地球觀測，GEO適閤通信與廣播，SSO適閤連續的地球觀測。軌道傳播模型：介紹不同的軌道傳播模型，從最基礎的二體問題模型，到考慮地球非球形攝動（如J2攝動）、大氣阻力、太陽光壓、月及太陽引力攝動等更復雜的模型，理解不同模型在任務分析中的適用範圍與精度要求。軌道設計方法：講解如何根據任務需求，選擇並設計最優的航天器軌道。這包括如何確定軌道參數以滿足覆蓋範圍、重訪周期、觀測時間等要求。我們將介紹軌道機動設計的基本原理，如霍曼轉移軌道、雙橢圓轉移軌道等，以及如何計算軌道機動所需的Δv（速度增量）。第三章：航天器係統組成與性能分析航天器本身是一個復雜的集成係統，其各個子係統協同工作以完成任務。本章將詳細介紹航天器的典型組成部分，並分析每個子係統對任務性能的影響。結構與機構分係統：探討航天器的主體結構設計原則，包括材料選擇、載荷分析、振動分析等，以及展開機構（如太陽能帆闆、天綫、載荷支架等）的設計與可靠性要求。電源分係統（EPS）：詳細介紹航天器能源的産生、存儲與分配。我們將講解太陽能電池陣列的類型、效率、功率輸齣計算，以及電池（如鎳氫電池、鋰離子電池）的容量選擇與充放電管理。熱控分係統（TCS）：分析太空中的極端溫度環境，以及熱控分係統在維持航天器各部件適宜工作溫度中的作用。我們將介紹被動熱控（如隔熱材料、錶麵塗層、熱輻射器）與主動熱控（如加熱器、散熱器、熱管）技術。姿態確定與控製分係統（ADCS）：講解航天器在空間中如何確定自身姿態（如利用星敏感器、太陽敏感器、陀螺儀、磁力計等），以及如何通過執行機構（如反作用輪、推力器、磁力矩器）來維持或改變姿態。ADCS的設計直接影響到天綫指嚮、載荷對準、軌道機動等任務的關鍵環節。測控通信分係統：介紹航天器與地麵站之間的通信鏈路，包括上行鏈路（指令傳輸）與下行鏈路（遙測數據傳輸）的設計。我們將討論天綫類型、頻率選擇、功率預算、鏈路損耗計算以及通信協議等。載荷分係統：根據任務類型，詳細介紹各類科學載荷或應用載荷（如光學相機、雷達、光譜儀、通信轉發器等）的性能指標、工作原理及其與航天器其他分係統的接口要求。飛行計算機與軟件：介紹航天器上的嵌入式計算機係統，以及支持任務執行、姿態控製、載荷管理、故障診斷等功能的飛行軟件。在各分係統介紹完成後，本章將重點關注係統的整體性能分析。我們將講解如何進行功率預算、質量預算、力矩平衡、通信鏈路預算等，並分析各分係統之間的相互影響，最終評估航天器能否滿足整體任務需求。第四章：STK仿真環境介紹與基本操作 STK（Systems Tool Kit）是本係列圖書的核心應用工具，它是一個強大的三維可視化仿真平颱，廣泛應用於航天、國防、航空等領域。本章將為讀者提供STK軟件的全麵入門指南。 STK軟件架構與功能概覽：介紹STK的核心功能模塊，包括場景創建、物體建模、軌道傳播、覆蓋分析、通信鏈路分析、傳感器分析、星座規劃、任務規劃等。安裝與許可：指導讀者完成STK的安裝與許可激活過程。用戶界麵與導航：詳細介紹STK的主界麵布局、工具欄、菜單欄、瀏覽器窗口、三維窗口等，並教授讀者掌握基本的場景導航與視角控製技巧。基本對象創建與管理：講解如何在STK中創建與管理各種基本對象，如地球、衛星、地麵站、飛機、導彈、星座等。坐標係與時間管理：深入理解STK中常用的坐標係（如地固坐標係、慣性坐標係、J2000坐標係等）及其轉換，並掌握STK的時間同步與管理機製，確保仿真結果的準確性。數據導入與導齣：介紹如何導入和導齣各種類型的數據，如TLE（兩行根數）軌道文件、SPK（星曆）文件、KML/KMZ文件、矢量數據等，以及如何將仿真結果導齣為圖片、視頻或報告。第五章：基於STK的軌道設計與仿真本章將進入STK的實際應用環節，重點講解如何利用STK進行航天器軌道的仿真與分析。軌道參數的定義與設置：學習如何在STK中精確定義航天器的初始軌道參數，包括使用TLE、根數定義、軌道編輯器等多種方式。軌道傳播器選擇與配置：詳細介紹STK中不同的軌道傳播器（如SGP4/SDP4、二體傳播器、高精度攝動傳播器），並指導讀者根據任務需求選擇閤適的傳播器，以及配置相關的攝動模型。軌道仿真與可視化：學習如何運行軌道仿真，在三維場景中直觀地觀察航天器的飛行軌跡，並進行多視角、多目標的跟蹤與分析。軌道機動仿真：演示如何在STK中進行軌道機動仿真，包括定義推力器、設置推力參數、規劃機動序列，並分析機動後的軌道變化。軌道優化與敏感性分析：介紹如何利用STK的優化工具，對軌道參數進行優化以滿足特定的任務目標（如最小化燃料消耗、最大化覆蓋時間等），並進行軌道參數的敏感性分析，評估外部因素對軌道穩定性的影響。第六章：基於STK的覆蓋與通信鏈路分析航天器的核心價值在於其能夠提供的服務，如觀測地球、傳輸信息等。本章將重點講解如何利用STK進行覆蓋分析與通信鏈路分析。覆蓋分析基礎：理解覆蓋分析的基本概念，包括可見性、接入性、重訪周期、覆蓋率等。地麵站與傳感器覆蓋分析：學習如何定義地麵站、傳感器（如相機、雷達）以及它們的視野範圍，並使用STK進行地麵站可見性分析、傳感器覆蓋區域計算、以及周期性重訪分析。星座覆蓋分析：講解如何構建和分析衛星星座的覆蓋能力，包括星座構型設計、軌道參數優化以實現全球或區域性的連續覆蓋。通信鏈路分析基礎：介紹通信鏈路的基本組成部分，包括發射端、接收端、傳輸介質，以及影響鏈路性能的關鍵因素，如發射功率、天綫增益、路徑損耗、噪聲溫度等。 STK通信鏈路工具的使用：學習如何定義航天器與地麵站之間的通信鏈路，包括天綫類型、頻率、功率等參數設置，並利用STK進行通信鏈路預算計算，分析鏈路的可用性、數據傳輸速率、信噪比（SNR）等。接入分析與網絡連接：講解如何利用STK進行多顆衛星組成的通信網絡的接入分析，以及如何實現不同用戶與衛星之間的無縫連接。第七章：航天器任務情景仿真與高級分析本章將進一步深入STK的應用，介紹更復雜的任務情景仿真與高級分析技術。任務場景構建：學習如何構建復雜的任務場景，整閤多個航天器、地麵站、以及其他動目標，模擬真實的任務執行過程。任務規劃與調度：介紹如何利用STK的任務規劃工具，對航天器的行為進行細緻的規劃與調度，包括載荷工作安排、通信窗口預定、軌道機動執行順序等。傳感器仿真與成像分析：詳細講解如何利用STK模擬各種類型傳感器的成像過程，並進行圖像質量評估，包括分辨率、信噪比、輻射探測能力等。星座級任務分析：針對大型衛星星座（如遙感星座、通信星座），進行整體任務性能評估，包括星座的協同工作能力、資源分配、以及對用戶需求的響應能力。多仿真集成與擴展：介紹如何將STK與其他仿真工具（如軌道力學仿真軟件、載荷性能仿真軟件、係統級仿真平颱）進行集成，構建更全麵的仿真測試環境。第八章：案例分析與應用實踐理論結閤實際是學習的關鍵。本章將通過一係列真實的或典型的航天器任務案例，展示如何將前麵章節所學的知識與STK工具相結閤，解決實際問題。典型任務案例分析：地球觀測任務：以一顆高分辨率遙感衛星為例，分析其軌道設計、覆蓋規劃、成像任務調度，以及數據傳輸鏈路的仿真。通信衛星任務：以一顆地球靜止軌道通信衛星為例，分析其覆蓋區域、用戶接入能力、以及通信鏈路的性能。科學探測任務：以一個深空探測器任務為例，分析其軌道轉移、目標探測窗口、以及與地麵站的通信延遲與帶寬限製。星座任務：以一個小型衛星星座（如物聯網星座）為例，分析其星座構型設計、星座覆蓋能力、以及用戶接入策略。案例中的STK應用技巧：在每一個案例分析中，都將詳細演示在STK中如何進行相關的建模、參數設置、仿真運行、結果分析與報告生成。實戰練習指導：提供一些具有挑戰性的實戰練習，鼓勵讀者獨立運用STK解決問題，進一步鞏固所學知識。第九章：航天器任務分析與設計的挑戰與未來展望本章將對航天器任務分析與設計領域麵臨的挑戰進行深入探討，並展望未來的發展趨勢。技術挑戰：分析當前航天器任務設計與仿真中存在的關鍵技術難題，如高精度軌道預報、復雜多體攝動模擬、大規模星座協同仿真、載荷信息智能處理等。計算資源與效率：探討隨著任務復雜度提升，對計算資源和仿真效率提齣的更高要求。智能化與自動化：展望人工智能、機器學習等技術在航天器任務規劃、故障診斷、自主運行等方麵的應用前景。軟件工具的發展：討論STK等仿真軟件的未來發展方嚮，如雲端仿真、模型即服務（MaaS）、增強現實/虛擬現實（AR/VR）集成等。麵嚮未來任務：探討新一代航天器任務（如載人火星任務、小行星采礦、太空資源利用、空間碎片清除等）對任務分析與設計提齣的新需求與新挑戰。結論本書緻力於為讀者提供一個完整、深入且實用的航天器任務分析與設計框架。通過理論知識的講解與STK軟件的實踐應用相結閤，我們希望讀者能夠掌握從任務需求分析到係統設計，再到任務仿真與優化的全流程技能。無論是對航天領域的研究生、工程師，還是對航天事業充滿熱情的愛好者，本書都將是您探索浩瀚宇宙、實現航天夢想的有力助手。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我立刻被它紮實的理論基礎和前沿的應用實踐所吸引。它不僅僅是一本介紹STK軟件使用的手冊，更是一本係統講解航天器任務分析與設計的經典教材。書中對航天任務的各個方麵都進行瞭深入的探討，從最初的任務需求分析，到詳細的軌道設計、飛行控製策略，再到任務的性能評估和風險管理，每一個環節都力求做到嚴謹和全麵。我尤其對書中關於“任務剖麵設計”的章節印象深刻。作者詳細講解瞭如何根據任務目標，設計齣最優的航天器飛行路徑和操作序列，包括發射、入軌、變軌、目標指嚮、數據傳輸等關鍵節點。通過STK的模擬，我能夠直觀地看到航天器在不同任務剖麵下的軌跡變化和姿態調整，這對於理解任務的復雜性和精密度非常有幫助。書中還涉及瞭大量的實際案例，涵蓋瞭各種類型的航天任務，例如地球科學觀測、空間科學研究、以及深空探測等。這些案例分析讓我能夠更好地理解理論知識在實際工程中的應用，也為我未來的學習和工作提供瞭寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是打開瞭我對航天器任務分析與設計全新世界的大門！讀之前，我隻對航天器有個模糊的概念，覺得它們是高大上的科技産物，但具體是怎麼設計、怎麼實現任務，我是一無所知的。這本書就像一位經驗豐富的導師，循序漸進地引領我一步步深入。它沒有一開始就扔給我一堆晦澀難懂的公式和理論，而是從最基礎的概念講起，比如軌道力學、發射窗口、任務剖麵等等。我特彆喜歡書中關於STK（Systems Tool Kit）的介紹，它不僅講解瞭STK的功能和操作方法，還通過大量的實例演示瞭如何用STK來模擬和分析航天器任務。看著屏幕上那些模擬的衛星軌道、行星運動，以及任務執行過程中的各種事件，我仿佛真的置身於航天指揮中心，參與著一次次的激動人心的任務。書中對各種航天器類型，如地球觀測衛星、通信衛星、導航衛星以及深空探測器的任務設計都有詳細的闡述，讓我瞭解到不同任務對航天器設計提齣的不同要求。例如，地球觀測衛星需要考慮分辨率、幅寬、重訪周期等，而深空探測器則要剋服遠距離通信、能源供應等挑戰。這本書的圖文並茂也大大提升瞭我的閱讀體驗，清晰的圖示和錶格讓復雜的概念變得易於理解，讓我能夠更好地把握書中的核心要點。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對航天領域充滿好奇但又缺乏專業背景的讀者，我一直希望能找到一本既能普及知識又不至於過於枯燥的書籍。這本書的齣現，簡直就是我的福音！它以一種非常親切和易懂的方式，將航天器任務分析與設計這個看似高深莫測的領域展現在我麵前。我尤其欣賞作者在講解STK的使用方法時，那種詳盡入微的指導。我之前也嘗試過接觸一些專業軟件，但往往因為缺乏係統的教程而半途而廢。這本書在這方麵做得非常齣色，從軟件的安裝、基本界麵介紹，到如何創建場景、添加航天器、設置軌道，再到如何進行各種分析，每一個步驟都講解得清清楚楚，就像手把手教你操作一樣。更重要的是，它不是孤立地介紹軟件功能，而是將軟件的應用融入到具體的航天任務分析和設計過程中。通過書中的案例，我學會瞭如何利用STK來評估發射窗口的可行性、優化軌道設計、預測航天器在軌道的性能錶現，甚至是如何進行星座設計。這本書讓我深刻體會到，STK不僅僅是一個工具，更是進行航天任務分析與設計的強大平颱。它讓原本抽象的概念變得具象化，讓我能夠直觀地看到航天器任務的每一個環節。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排非常巧妙，能夠讓讀者從宏觀到微觀，逐步深入地理解航天器任務分析與設計的全過程。開篇部分，作者並沒有直接進入復雜的技術細節，而是先為我們描繪瞭航天任務的整體框架，包括任務的目標設定、任務需求的定義、以及影響任務成功的關鍵因素。這為我們建立瞭一個清晰的認知基礎。隨後，書中開始詳細介紹航天器任務分析的核心內容，例如軌道力學、軌道設計、任務剖麵規劃、載荷選型以及任務風險評估等。我特彆喜歡關於軌道設計的部分，書中不僅講解瞭不同軌道類型（如近地軌道、地球同步軌道、轉移軌道等）的特點和適用場景，還通過STK模擬瞭如何進行軌道參數的優化，以滿足任務的特定需求，比如提高覆蓋範圍、縮短重訪周期或者降低能耗。此外，書中還對不同類型的航天器任務進行瞭深入剖析，從通信衛星到科學探測器，再到載人航天任務，作者都給齣瞭詳實的分析和設計思路。對於我這樣的初學者來說，這種層層遞進的學習方式，能夠有效避免信息過載，讓學習過程更加輕鬆和高效，並且讓我能夠清晰地看到一個航天任務從概念到實現的完整流程。

評分☆☆☆☆☆

這本書帶給我的驚喜遠不止於理論知識的拓展，更在於它提供瞭實踐操作的絕佳平颱。書中的內容緊密結閤瞭STK（Systems Tool Kit）這款強大的航天任務仿真分析軟件，使得學習過程充滿瞭互動性和趣味性。我一直以為航天設計是高度抽象和理論化的，但這本書通過STK的直觀演示，讓我看到瞭設計的“另一麵”。書中關於如何利用STK來構建航天任務場景，設置地麵站、航天器以及各種分析約束的步驟，都講解得非常詳細。我跟著書中的例子，一步步在STK中搭建起瞭模擬場景，感受到瞭軟件強大的可視化能力。看著模擬的衛星在軌道上精準運行，地麵站接收信號的清晰度變化，以及各種乾擾因素的影響，都讓我對航天任務的復雜性和精妙之處有瞭更深刻的體會。書中還提供瞭多種高級分析功能的應用指導，例如星座覆蓋分析、通信鏈路分析、以及軌道交會分析等，這些都讓我領略到瞭STK在任務設計和評估中的強大能力。這本書真正做到瞭理論與實踐相結閤，讓我在學習知識的同時，也掌握瞭實用的工具和技能。