随着航天技术的不断进步,空间任务日渐增长的有效载荷数据传输、处理需求,对载荷数据处理单元的性能提出了更高要求。本文以某天文观测卫星应用为背景,开展对星载数据通信网络、高速多路数据复接下行和大容量固态存储等载荷数据处理单元关键技术的研究,以及基于可编程门阵列(FPGA)的设计实现。为了满足星上多种不同速率与特点的数据的传输需求,本文采用了Space Wire、CAN、TLK2711、UART等多种标准接口与总线技术构建星载通信子网,设计了基于CCSDS空间包协议的数据路由模块,以连接各异构子网,为运行于子网终端设备上的应用程序提供端到端的数据传输服务。为连接星载子网与空间链路,实现卫星到地面多路复用方式的数据传输,设计了基于CCSDS AOS空间数据链路协议的下行网关模块。通过支持多种服务和优化虚拟信道调度策略,该模块能够灵活地复接多种不同类型的数据,实现较高的下行信道利用率。对于无法实时下传的数据,需要暂时存入星上的大容量存储设备。本文设计了基于微控制器和FPGA的NAND Flash操作管理方案,能够灵活地进行数据读、写、擦除操作,实现了完善的坏块管理策略,通过数据线并行拓展、设置独立的存储分区、双平面操作等方式,有效提高存储器的吞吐率。本文采用标准总线技术和CCSDS建议,以标准化、模块化为原则,设计了星上载荷数据传输、存储和下行的综合解决方案。测试与联调结果表明,设计结果实现了预定功能,满足技术指标。