本书主要介绍了作者多年来在遥感卫星热变形控制领域方面取得的研究成果，并论述了航天器热变形的基本概念、热变形对遥感卫星性能的影响、热变形分析、高稳定结构设计、热变形在轨测量、热变形主动控制和热变形试验等方面的内容。

本书可供从事航天器高稳定结构设计和热变形控制的工程技术人员阅读，也可作为高等院校相关领域研究生和本科高年级学生的教学参考书。

前言

近几年来，随着对高分辨率遥感的迫切需求，航天领域高精度、高分辨率卫星遥感相关技术的研究获得了极大的发展，遥感卫星热变形控制这一新的技术领域应运而生。遥感卫星热变形控制技术是一个既有基础理论，又有广泛实际应用价值，并正在不断完善和发展的交叉型工程应用性研究领域。

热变形是指由温度缓慢变化及其分布的不均匀性导致结构产生的准静态变形。准静态变形为对应于给定时刻温度场分布的平衡位移，它直接影响着遥感卫星有效载荷（尤其是高精度、高分辨率成像类载荷等）的测量精度、成像质量等。热变形控制技术就是研究并改善遥感卫星在轨精度稳定性的技术，包括热变形对遥感卫星性能的影响、热变形分析、高稳定结构设计、热变形在轨测量、热变形主动控制与热变形试验等。由上述研究方向可以看出，热变形控制技术具有多学科交叉融合的特点，其学科基础包括数学、传热学、力学、材料、光学、结构与机构技术、自动控制技术、传感器与测试技术等。

本书主要介绍了作者多年来在热变形控制领域的研究成果，内容涉及热变形控制设计、分析和试验等多个方面；力求既注重基本概念和基本原理的讲述，又注重理论与工程应用的结合，并着重突出介绍近年来在实际工程应用中取得的最新成果。

全书共分为 7 个章节。第 1 章为绪论，主要介绍遥感卫星热变形控制的概念和内涵，阐述遥感卫星热变形控制研究的重要意义和国内外研究现状，提出热变形控制研究的主要研究方向和研究内容。第 2 章为热变形对遥感卫星性能的影响，主要从需求角度阐述热变形控制对遥感卫星性能的影响。第 3 章为热变形分析方法，介绍了热变形分析的流程和方法，包括模型的建立、热变形问题的求解等内容。第 4 章为高稳定结构设计，主要从工程角度出发，介绍了被动式热变形控制方法，包括材料选择、结构设计和连接设计等，通过典型构件的高稳定设计介绍了高稳定结构设计方法。第 5 章为热变形在轨测量，介绍了热变形在轨测量方法，以及卫星结构在轨型面变形和指向变形测量系统的研制情况。第 6 章为热变形主动控制，以典型的热变形主动控制系统方案为例，介绍了热变形主动控制方法。第 7 章为热变形试验，介绍了卫星结构地面热变形试验的总体方案、温度场模拟方案和热变形测量方案等，在此基础上介绍了部组件级和整星 / 分系统级热变形试验的案例等内容。

在本书撰写过程中也得到了各位同事的帮助，第 1 章彭海阔、赵发刚；第 2 章陈强、沈王彬；第 3 章杨轩、李立垚、张如奕；第 4 章陈夜、王志国；第 5 章庞亚飞、贾奥男；第 6 章王萌、叶子龙、张正尧；第 7 章谢步亮、马超。他们做了大量的校对与修订工作，在此表示衷心感谢。

由于作者水平、能力和经验有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

作者2025 年 1 月

目录
第 1 章 绪论
1.1 概念与内涵
1.2 遥感卫星热变形的特点
1.3 遥感卫星热变形控制研究的意义
1.4 遥感卫星热变形控制研究的主要方向
1.4.1 热变形分析技术
1.4.2 高稳定结构设计技术
1.4.3 热变形在轨测量技术
1.4.4 热变形在轨主动控制技术
1.4.5 热变形试验验证技术
1.5 遥感卫星热变形控制理论与应用研究体系
1.6 本书的主要内容
参考文献
第 2 章 热变形对遥感卫星性能的影响
2.1 概述
2.2 热变形对遥感卫星任务的影响
2.3 热变形对光学遥感性能的影响
2.3.1 热变形对光学遥感定位指向的影响
2.3.2 热变形对光学遥感定量精度的影响
2.3.3 热变形对光学遥感图像质量的影响
2.4 热变形对被动微波遥感性能的影响
2.4.1 热变形对被动微波定位指向的影响
2.4.2 热变形对被动微波遥感定量精度的影响
2.5 热变形对主动微波遥感性能的影响
2.5.1 热变形对主动微波遥感载荷指向和性能的影响
2.5.2 热变形对主动微波遥感成像质量和性能的影响
2.6 本章小结
参考文献
第 3 章 热变形分析
3.1 概述
3.2 轨道外热流分析
3.2.1 热传导
3.2.2 热辐射
3.3 温度场分析
3.3.1 温度场分析基本理论
3.3.2 热分析模型的简化方法
3.3.3 热分析流程
3.4 热弹性分析
3.4.1 热变形弹性理论基础
3.4.2 热变形分析方法
3.4.3 热变形有限元分析流程
3.5 对遥感卫星性能影响分析
3.5.1 型面精度和指向精度
3.5.2 光学分析
3.5.3 二次反射面天线分析
参考文献
第 4 章 高稳定结构设计
4.1 概述
4.2 材料选择
4.2.1 金属类材料
4.2.2 复合材料
4.2.3 玻璃
4.2.4 超材料
4.3 复合材料结构件设计
4.3.1 单向复合材料
4.3.2 复合材料单层板的热膨胀系数
4.3.3 复合材料层合板的热膨胀系数
4.3.4 复合材料结构 零膨胀 设计
4.4 连接设计
4.4.1 柔性支撑设计
4.4.2 运动学支撑设计
4.5 卫星高稳定结构设计案例
4.5.1 高稳定星敏感器安装结构
4.5.2 高稳定天线反射面结构
参考文献
第 5 章 热变形在轨测量
5.1 概述
5.2 热变形在轨测量技术
5.2.1 在轨测量对象
5.2.2 在轨测量难点
5.2.3 在轨测量系统
5.2.4 在轨数据应用
5.2.5 在轨适应性设计
5.3 天线型面在轨测量
5.3.1 基于摄影测量的在轨大型天线型面测量
5.3.2 基于激光 - PSD 的在轨大型天线阵面测量
5.4 高精度相对位姿在轨测量
5.4.1 基于激光扫描的天线位姿在轨测量
5.4.2 基于激光位移传感器的相对位姿测量
5.5 高精度载荷指向在轨测量
5.5.1 基于自准直法的指向测量
5.5.2 其他角度变形测量
5.6 在轨变形间接测量
5.6.1 射电天文测量
5.6.2 空间光学测量
参考文献
第 6 章 热变形主动控制
6.1 概述
6.2 热变形主动控制总体方案
6.3 热变形主动控制方法
6.3.1 独立结构位姿控制
6.3.2 拼接式阵面控制
6.3.3 连续阵面控制
6.4 典型作动装置
6.4.1 惯性式压电作动器
6.4.2 直驱型压电作动器
6.4.3 尺蠖式压电作动器
参考文献
第 7 章 热变形试验
7.1 概述
7.2 热变形试验技术
7.2.1 温度场模拟与温控技术
7.2.2 高精度热变形测量技术
7.2.3 数据分析与误差评估
7.2.4 热变形模型修正与在轨预示技术
7.3 部组件级高精度载荷结构热变形试验
7.3.1 卫星部组件常压热变形试验案例
7.3.2 卫星部组件真空热变形试验案例
7.3.3 卫星光学载荷真空热变形试验案例
7.4 整星 / 分系统级热变形试验
7.4.1 大尺寸天线热变形试验案例
7.4.2 卫星平台热变形试验案例
参考文献