面向航空航天、通信、自动化及相关专业本科生，建议在学习高等数学、大学物理和相关专业基础后开展。学生应了解基本轨道运动、通信链路与控制概念；对跨专业学生，可先完成知识图谱导学和基础题。具体年级由开课单位结合培养方案确定。

使用支持WebGL的Edge或Chrome浏览器，准备可稳定访问课程的电脑。先完成1学时课前预习，课堂依次完成三个2学时实验，课后用1学时整理报告与复盘。

低轨卫星通信是支撑应急保障、海上宽带接入和偏远地区信息回传的重要技术。其任务性能不仅取决于轨道与星座配置，还受到地面网关布局、星间连接、姿态指向及空间环境的共同影响。卫星持续运动使通信窗口和网络拓扑动态变化，指向误差可能造成链路中断，热层大气、电离层和降雨则通过不同机制影响轨道寿命与信号传播，对综合设计和工程权衡提出了要求。

本科教学中，轨道、通信、控制与空间环境知识通常分属不同课程，学生较难通过单一实验理解系统之间的联系。真实卫星试验成本高、周期长，运行条件也难以重复，不便开展多方案比较和自主试错。因此，本课程将公开工程案例转化为可重复的虚拟仿真任务，贯通“网络方案设计—姿态与链路保障—环境扰动验证”，结合知识关联与AI辅助指导，帮助学生在有限资源和多重约束下学习建模、分析与方案改进。

1．任务贯穿。以通信任务组织三模块，明确每一模块的输入、输出和前序记录，避免三个实验各自独立。

2．先基础后综合。先理解对象与参数，再选择模型和运行方案，随后增加姿态约束与环境扰动。

3．参数规范。输入界面标注单位、范围和步长；区分单星轨道要素、星座组织参数及控制参数。

4．证据支持。保存输入、模型版本、运行编号和提交快照，要求结论对应曲线与具体数值。

5．比较有效。基础任务围绕主要变量开展比较；多变量共同变化时说明归因限制，不机械追求更高指标。

6．AI辅助。模型负责数值计算，规则负责证据计分，助教负责解释与追问；教师审核开放性结论，学生承担方案判断。

本实验以低轨卫星设计与快速组网为任务牵引，围绕轨道与星座设计、姿态控制与通信协同、空间辐射效应与防护三个专业模块，将跨学科知识融通、关键建模求解、系统协同设计与仿真验证贯穿实验全过程，重点实现以下教学目标。

（1）贯通跨学科知识，形成系统工程认知

理解低轨卫星轨道、姿态控制、通信组网及空间辐射环境的基本原理，掌握相关专业知识、模型方法与工程约束之间的关联，能够从系统层面分析不同技术环节的相互影响，形成面向复杂航天工程的系统性认知。

（2）强化自主建模求解，提升工程实践能力

掌握工程问题分析、数学建模与算法求解的基本方法，能够针对各专业模块中的关键设计问题，自主建立数学模型、设计求解算法，并利用专业仿真工具开展计算分析与结果校核，提升解决实际工程问题的能力。

（3）开展多学科协同设计，培养系统综合能力

围绕卫星快速组网的总体任务，综合考虑轨道构型、通信性能、姿态控制及空间环境适应性等因素，分析不同分系统之间的耦合关系与设计约束，开展多方案比较、性能权衡与协同优化，形成跨学科系统综合设计能力。

（4）深化仿真验证与迭代，培养创新探索能力

掌握设计方案验证、仿真结果分析与性能评价的基本方法，能够分析模型假设、计算误差和工程约束对设计结果的影响，依据仿真反馈修正模型、改进算法与优化方案，培养自主探索和创新实践能力。

课程同时考查知识理解和实验依据。预习从题库随机抽取10题，每题1分；各实验按100分记录，其中知识检查30分、方案证据70分。每个实验设六个知识检查点；方案证据包括任务与单位、模型选择、有效运行、比较关系、指标引用及工程取舍。规则计分之外，教师复核机理解释与结论合理性。