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第1章 概论1

1.1 运载火箭概念1

1.1.1 运载火箭飞行原理1

1.1.2 作用在火箭上的力2

1.1.3 火箭的理想速度和宇宙速度3

1.1.4 运载火箭的设计特点与原则5

1.1.5 运载火箭系统工程6

1.2 运载火箭主要技术指标7

1.2.1 运载能力7

1.2.2 入轨精度8

1.2.3 入轨姿态精度8

1.2.4 有效载荷整流罩净空间8

1.2.5 有效载荷接口8

1.2.6 环境条件9

1.2.7 可靠性9

1.3 运载火箭组成9

1.3.1 箭体结构10

1.3.2 推进系统10

1.3.3 控制系统10

1.3.4 飞行测量及安全系统11

1.3.5 箭上附加系统11

1.4 运载火箭发展史11

1.4.1 中国运载火箭发展史11

1.4.2 世界运载火箭发展史13

1.4.3 世界运载火箭的发展趋势14

1.4.4 中国新一代运载火箭的展望16

第2章 总体设计18

2.1 概述18

2.1.1 可行性论证18

2.1.2 方案设计19

2.1.3 初样设计19

2.1.4 试样设计20

2.1.5 应用发射21

2.2 总体方案设计21

2.2.1 火箭型式21

2.2.2 火箭级数21

2.2.3 有效载荷方案22

2.2.4 各分系统方案22

2.2.5 推进剂选择23

2.2.6 部位安排23

2.3 总体技术性能参数确定23

2.3.1 总体设计参数23

2.3.2 运载能力分析25

2.3.3 质量分析26

2.3.4 入轨精度分析27

2.3.5 总体设计参数选择及优化30

2.3.6 原始数据33

2.4 气动力设计34

2.4.1 气动设计的主要内容34

2.4.2 气动外形设计35

2.4.3 气动特性计算36

2.4.4 跨声速脉动压力38

2.4.5 气动载荷分布计算39

2.4.6 气动试验40

2.5 气动热设计40

2.5.1 气动加热计算41

2.5.2 火箭热环境确定41

2.5.3 有效载荷／运载火箭热耦合分析41

2.6 弹道设计42

2.6.1 弹道设计特点42

2.6.2 弹道设计内容43

2.6.3 弹道设计方法44

2.6.4 弹道设计发展和展望49

2.7 载荷设计51

2.7.1 高空风场51

2.7.2 飞行过程中的载荷53

2.7.3 地面竖立载荷和操作载荷54

2.7.4 液体晃动55

2.8 全箭结构动特性56

2.8.1 全箭动特性建模56

2.8.2 全箭模态试验58

2.8.3 全箭动特性参数59

2.8.4 有效载荷／运载火箭动力学耦合分析59

2.9 力学环境60

2.9.1 力学环境条件制定61

2.9.2 力学环境试验64

2.9.3 力学环境遥测结果分析64

2.10 分离系统设计65

2.10.1 分离系统组成65

2.10.2 助推器分离系统设计67

2.10.3 级间分离系统设计67

2.10.4 有效载荷整流罩分离系统设计69

2.10.5 有效载荷分离系统设计70

2.10.6 逃逸分离系统设计71

2.11 可靠性、安全性和维修性71

2.11.1 可靠性71

2.11.2 安全性74

2.11.3 维修性75

2.11.4 可靠性、安全性和维修性管理75

2.12 接口控制文件76

2.12.1 接口控制文件编制目的76

2.12.2 接口控制文件编制的保障条件77

2.12.3 接口控制文件的编制内容77

2.13 运载火箭试验77

2.13.1 运载火箭地面试验78

2.13.2 运载火箭飞行试验80

第3章 箭体结构82

3.1 概述82

3.1.1 箭体结构的组成82

3.1.2 箭体结构的主要结构形式83

3.1.3 箭体结构的设计依据及输入输出文件83

3.1.4 箭体结构的研制流程及各研制阶段的主要任务84

3.1.5 箭体结构设计中的关键控制点85

3.1.6 新技术在箭体结构设计中的应用及发展趋势86

3.2 推进剂贮箱结构设计86

3.2.1 常规推进剂贮箱结构设计86

3.2.2 低温推进剂贮箱设计88

3.2.3 推进剂贮箱地面试验考核90

3.3 壳段结构设计91

3.3.1 概述91

3.3.2 仪器舱结构设计93

3.3.3 箱间段结构设计94

3.3.4 级间段结构设计94

3.3.5 尾段结构设计95

3.3.6 后过渡段结构设计97

3.3.7 有效载荷支架结构设计98

3.3.8 星箭锁紧包带结构设计98

3.4 有效载荷整流罩结构设计100

3.4.1 整流罩壳体结构设计100

3.4.2 整流罩解锁机构设计101

3.4.3 整流罩地面试验考核103

3.5 阀门、导管设计103

3.5.1 阀门设计103

3.5.2 导管设计104

3.6 仪器电缆安装设计107

3.6.1 各系统仪器安装设计107

3.6.2 电缆安装设计109

3.6.3 仪器安装支架设计及试验111

第4章 火箭推进系统113

4.1 概述113

4.1.1 液体火箭推进系统组成113

4.1.2 液体火箭推进系统分类114

4.1.3 液体火箭推进剂114

4.2 推进剂增压输送系统116

4.2.1 贮箱所需增压压力116

4.2.2 增压系统方案选择116

4.2.3 贮箱增压计算117

4.2.4 防漩和防塌117

4.2.5 POGO振动及其抑制118

4.2.6 失重下推进剂的管理118

4.2.7 低温火箭输送系统设计特点119

4.2.8 输送系统导管、阀门及附件设计要求119

4.2.9 推进剂加注和温度控制120

4.3 火箭发动机121

4.3.1 发动机组成和泵压式发动机分类121

4.3.2 发动机主要参数123

4.3.3 发动机启动与关机124

4.3.4 发动机推力与混合比调节125

4.3.5 发动机总体设计126

4.3.6 推力室和燃气发生器126

4.3.7 涡轮泵127

4.3.8 发动机的阀门和调节器128

4.3.9 低温火箭发动机设计特点129

4.3.10 发动机可靠性及验收131

4.3.11 其他发动机131

4.3.12 液体火箭发动机的发展和展望132

4.4 推进剂利用系统133

4.4.1 方案及系统工作原理133

4.4.2 箭上设备组成与各部件功能134

4.4.3 系统主要设计参数的确定135

4.4.4 系统测试与发射135

4.5 推进系统试验136

4.5.1 增压输送系统试验136

4.5.2 发动机试验136

4.5.3 推进系统试车137

第5章 控制系统139

5.1 概述139

5.2 制导系统140

5.2.1 基本方案及系统组成140

5.2.2 制导系统设计141

5.2.3 制导数学仿真及制导系统试验143

5.2.4 制导系统可靠性设计144

5.3 姿控系统145

5.3.1 系统组成及主要方案145

5.3.2 姿控系统设计146

5.3.3 仿真及飞行试验151

5.4 控制系统综合设计151

5.4.1 控制系统的综合线路结构151

5.4.2 控制系统线路的可靠性设计152

5.4.3 控制系统电磁兼容性（EMC）设计概要152

5.4.4 技术条件及验收方法154

5.5 测发系统155

5.5.1 测发系统的体制155

5.5.2 测发系统的接口电路156

5.5.3 测发系统的可靠性设计157

5.5.4 测发系统的EMC设计158

5.6 控制系统软件158

5.6.1 控制系统软件组成及功能158

5.6.2 控制系统软件设计依据159

5.6.3 软件实现160

5.6.4 软件的可靠性和安全性设计160

5.6.5 软件测试160

5.6.6 软件的最低文档及内容161

5.7 控制系统仿真161

5.7.1 仿真系统161

5.7.2 数学仿真162

5.7.3 半实物仿真163

5.8 控制系统综合试验164

5.8.1 方案阶段的综合试验164

5.8.2 初样研制阶段的综合试验164

5.8.3 试样研制阶段的综合试验165

5.8.4 发射使用阶段的综合试验165

5.8.5 综合试验的状态覆盖性165

5.9 敏感元件165

5.9.1 陀螺仪165

5.9.2 加速度计167

5.9.3 陀螺稳定平台169

5.9.4 捷联惯性测量组合172

5.9.5 光学陀螺仪173

5.10 箭载计算机174

5.10.1 箭机的硬件配置174

5.10.2 箭机的软件配置175

5.11 伺服机构176

5.11.1 伺服机构的组成和工作原理176

5.11.2 伺服机构设计的关键问题179

5.11.3 伺服机构特性测试179

5.11.4 伺服机构的发展方向179

5.12 供配电装置180

5.12.1 电源装置180

5.12.2 供配电控制电路181

5.12.3 时序配电装置182

5.12.4 继电器的使用182

第6章 飞行测量和安全系统184

6.1 概述184

6.1.1 飞行测量和安全系统的任务184

6.1.2 飞行测量和安全系统的组成184

6.2 飞行测量和安全系统的基本方案186

6.2.1 遥测系统的基本方案186

6.2.2 外测安全系统的基本方案188

6.2.3 发射场航区测量设备190

6.3 遥测系统的总体设计191

6.3.1 遥测系统的设计依据191

6.3.2 遥测系统总体设计内容191

6.4 外测安全系统的总体设计202

6.4.1 外测安全系统的设计依据202

6.4.2 外测安全系统总体设计的内容203

6.5 飞行测量和安全系统与其他系统的接口关系209

6.5.1 遥测系统与控制系统的接口关系209

6.5.2 遥测系统与其他系统的接口关系210

6.5.3 外测安全系统与其他系统的接口关系210

6.6 遥测系统的数据处理211

6.6.1 数据处理的依据211

6.6.2 实时数据处理211

6.6.3 事后数据处理212

6.7 飞行测量和安全系统的大型试验212

6.7.1 系统综合试验212

6.7.2 单机可靠性增长试验213

6.7.3 电磁兼容试验214

6.8 测量和安全系统的发展趋势216

6.8.1 电气系统的三化（系统化、通用化、组合化）设计216

6.8.2 电气系统的一体化设计217

6.8.3 测量系统从单一测量体制向综合测量体制转化217

6.8.4 天基测量系统的应用218

第7章 发射支持系统220

7.1 概述220

7.1.1 系统的组成和功能220

7.1.2 系统的特点222

7.1.3 系统的发展方向222

7.2 系统总体设计223

7.2.1 设计依据223

7.2.2 设计内容223

7.2.3 发射方案选择224

7.2.4 使用流程设计224

7.3 航天发射场227

7.3.1 功能及组成227

7.3.2 发射场场址选择227

7.3.3 发射场总体布局228

7.3.4 中国的航天发射场230

7.3.5 航天发射场的未来232

7.3.6 海南航天发射中心设想233

7.4 航天测控网235

7.4.1 航天测控网的功能235

7.4.2 航天测控网的组成236

7.4.3 中国的航天测控网238

7.4.4 航天测控网的未来241

7.5 系统的主要专用设备242

7.5.1 运输设备242

7.5.2 起吊设备242

7.5.3 发射（台）设备243

7.5.4 方位瞄准设备243

7.5.5 加注设备243

7.5.6 地面供气设备244

7.5.7 地面供电设备244

7.5.8 气象测量设备245

7.5.9 空调净化设备245

第8章 运载火箭工程管理246

8.1 概述246

8.1.1 航天系统工程的含义和基本理论依据246

8.1.2 运载火箭型号工程应用系统工程方法的意义和作用247

8.1.3 中国运载火箭工程管理的基本经验247

8.2 型号工程研制程序248

8.2.1 制定型号工程研制程序的意义和作用248

8.2.2 型号工程项目论证阶段249

8.2.3 型号工程项目方案阶段250

8.2.4 型号工程项目工程研制阶段250

8.2.5 型号工程项目鉴定阶段251

8.3 型号工程研制计划251

8.3.1 制定研制计划的意义和作用251

8.3.2 研制计划工作的基本任务和原则252

8.3.3 研制计划种类、内容和编制程序253

8.3.4 研制计划的指标体系与考核254

8.3.5 研制计划的网络技术255

8.4 型号工程指挥调度系统256

8.4.1 指挥调度工作的意义和作用257

8.4.2 指挥调度系统的构成和职责258

8.4.3 总指挥和总设计师的工作关系258

8.5 型号工程设计师系统260

8.5.1 建立设计师系统的原则260

8.5.2 设计师系统的构成和职责260

8.5.3 设计师系统必须正确处理的关系261

8.6 型号工程图样管理系统262

8.6.1 设计技术文件的种类和内容263

8.6.2 图样管理系统的组织与实施263

8.7 型号工程项目成本费用管理264

8.7.1 型号工程项目成本的费用要素264

8.7.2 型号工程项目成本的预测管理265

8.7.3 型号工程项目成本的计划与控制管理266

8.8 型号工程管理专用术语267

8.8.1 产品技术状态类267

8.8.2 试验技术状态类269

8.8.3 图纸资料文件类270

参考文献274