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新一代北斗卫星关键组件全国产化第1页

 

 

  走进整洁明亮的中国航天科技集团公司五院北斗导航卫星专用测试厂房,两个高约2.2米的“小家伙”和一个高约3.6米的“大家伙”首先映入记者眼帘,科研人员正围绕在它们周围进行紧张的测试工作。

  五院新一代北斗导航卫星总设计师王平告诉记者,它们三个就是研制中的新一代北斗导航卫星,承担着为北斗全球组网进行先期新技术验证的任务,是为北斗全球组网探路的先行者。目前,三颗卫星中的两颗卫星已完成出厂前的100小时连续无故障测试,另一颗卫星也已进入研制的最后冲刺阶段,研制工作正按计划向前推进。

  新技术上马 “先行者”无惧高难度

  集团公司为什么要研制这三颗北斗导航卫星?它们对建成北斗全球卫星导航系统有何意义?这还要从北斗卫星导航系统的“三步走”战略说起。

 

  我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统,按照“三步走”的战略实施,目前第一步和第二步已经实现:2000年年底,北斗卫星导航试验系统建成,面向中国及周边地区提供服务;2004年启动北斗卫星导航系统的建设,2012年年底已形成区域覆盖能力,正式向亚太大部分地区提供运行服务。

  我国目前正在实施第三步,即建成北斗全球卫星导航系统,形成全球覆盖能力。按照计划,第三步计划于2020年前后建成,为此要完成约30颗北斗导航卫星的发射和组网任务。

  由五院总体部抓总研制的这三颗新一代北斗导航卫星,承担着发射并建成在轨验证系统,完成系统方案和体制、关键技术、系统间接口和运行管理的在轨试验与验证,确定未来北斗全球卫星导航系统的技术状态等重要使命,直接关系到后续组网建设的进程。

  新一代北斗导航卫星与此前发射的北斗卫星“前辈们”相比,发生了脱胎换骨的变化,这也是三颗卫星的研制经历了较长时间的原因。王平介绍,这批卫星具有技术指标要求高,新技术、新产品多,器部件国产化水平高三个最为突出的特点,这同样是研制人员必须攻克的技术难点。

  “我初步统计了一下,新一代北斗导航卫星的新技术、新产品占到了卫星全部产品的近八成,这在中国航天以前研制的卫星上前所未有。”王平说,卫星的新技术占比直接反映了研制工作的难度,一般我国的新研卫星新技术占比达到45%左右,就已经算具有极大挑战性了。

 

  除此之外,这批卫星实现了多项关键元器件和所有关键部组件100%国产化,这意味着中国卫星技术自主实力将进一步增强。这些卫星发射升空通过在轨测试后,这些国产元器件不仅可以用于北斗后续卫星批量化研制、加快全球组网,还能向其他型号进行推广运用。

  全系统一盘棋 期待如约“天上见”

  作为我国航天事业的主导力量,北斗导航系统建设的第一步和第二步发射的卫星均由集团公司抓总研制。在第三步北斗全球组网的进程中,集团公司同样将肩负重任。

  早在北斗全球卫星导航工程得到国家立项之前,集团公司在2009年就为北斗全球卫星导航系统成立了专门的项目办。一方面从原来的北斗导航卫星研制团队抽调出精干力量,另一方面从其他团队吸收一批专业技术人才,组建了专门进行新一代北斗导航卫星研制的队伍。

  经过多年的攻关,团队克服了技术难度大、进度紧、三颗卫星并行研制协调难度高、器部件进行国产化技术挑战大等多项困难,研制工作从去年下半年开始进行最后的试验测试阶段。

  从2014年8月开始,团队每天都会工作到半夜,各项测试工作安排得满满的,连今年春节期间都没有休息一天。

 

  五院总体部测试室一支队伍要负责这三颗卫星的全部测试工作,工作量叠加本来就带来很大压力,还要克服难题、协调两颗卫星同时“进罐”进行热真空测试。在五院,两颗像北斗这样的“大个儿”卫星同时进行测试,以前从未做过。新一代北斗导航卫星副总指挥王东带领调度人员为此动了不少脑筋。

  新一代北斗导航卫星研制也是全系统一盘棋。只要任务需要,京外单位技术人员就听从调遣赶到北京,集中住在五院大门外的宿舍,随时支持研制工作。

 

  春节期间,八院811所电源分系统工程师阎兴頔和同事待在密不透风的测试间,监视电源供电情况。供电设备功率很高,工作时散发的热量能使室内温度在寒冷的冬季也达到30多度。技术人员在极端艰苦的条件下依然坚持高标准工作。

  因为任务需要,新春佳节也难以与家人团聚,但他们无怨无悔。这样的故事在这个团队里还有很多。团队全体成员只有一个心愿,三颗新一代北斗导航卫星如期升空,圆满完成助力北斗全球组网的光荣使命。

  负责项目实施的青海省畜牧兽医科学院畜牧研究所所长裴青生说:“放牧信息化指导系统由北斗卫星信息平台、牧场数据采集自动站、牧民手持智能终端三部分构成,通过数据分析和地面实测,制定区域轮牧的方案,再发送到牧民的终端上,实现科学放牧指导。”

  这得益于北斗系统具备导航和通信相结合的“双向”服务特性。在卫星监测下,信息的传递不再受制于地理环境和自然灾害的影响

  上世纪90年代初,中国北斗正式诞生。2012年,北斗系统完成了亚太地区的覆盖,实现了连续导航。如今,北斗系统能够提供高精度、高稳定性的定位、导航和授时服务。监测评估表明,北斗系统的系统性能已满足精度达10米的指标要求

  “现实工作生活中,人们对精准定位的需求非常多,小到通信,大到交通、测绘等方面,都要把地点讲清楚。”中国科学院院士、中国卫星导航定位应用管理中心研究员杨元喜介绍,北斗系统利用多颗卫星组网取得信号,经过数据处理以后,可以在地球任何一个角落,实现定时定位。

  杨元喜说,经过几十年发展,美国的GPS系统通过长时间和大量经费的投入,在卫星导航领域起到非常大的作用。而其他国家逐渐发现,单纯采用国际上已有的卫星导航系统,需要谨慎审视。主权国家需要自主发展国家层面的导航基础性系统

  此外,技术复杂、难度极高的卫星导航,也正处于一个发展高潮。目前我国北斗卫星导航系统建设已进入关键时期,已发射17颗北斗导航卫星,形成了一个基本的星座架构。北斗系统最终将为全球用户提供高质量、高信誉度的服务,并持续提升性能。

 

  近年来,随着“促进卫星及其应用产业发展”写入《国家卫星导航产业中长期发展规划》,发展卫星应用产业的重要性和战略地位必将日益凸显。

  随着3月31日一颗新卫星向中地球轨道发射成功,中国已扩大北斗全球导航系统的覆盖区域和定位网络。

  中国运载火箭技术研究院(CALT)发表声明称,3月30日21点52分,在西昌卫星发射中心用长征三号丙/远征一号运载火箭,成功发射北斗卫星导航系统第17颗卫星。

 

  该研究院还表示,长征三号丙/远征一号运载火箭是由基础级和上面级组成的4级火箭。基础级火箭是在长征三号丙火箭基础上为适应采用上面级而改进研制的,上面级远征一号是为发射中国新一代北斗导航卫星而专门研制的采用常规推进剂的轨道运载器。这是中国首次实现上面级直接入轨技术发射中高轨卫星,意味着中国真正意义上的“太空摆渡车”开启了太空之旅。

  该研究院还表示,由上海微小卫星工程中心设计的这颗卫星将测试新的导航信号和星间链路系统,以便制定未来能覆盖全球所需的网络协议。

 

  中国北斗系统总设计师杨长风对当地媒体称,中国将在2015年发射4颗“北斗”导航卫星

  对中国人民解放军而言,北斗导航系统从地区覆盖转向全球覆盖是一个重要的进步,尤其是对海军和空军更为重要,因为解放军正在谋求扩大海外投射能力。

  报道称,这一做法将使中国人民解放军不再依赖第三方提供的全球定位系统(如俄罗斯的格洛纳斯、甚至有可能是GPS)派遣战机、舰船及发射精确制导武器。尽管中国人民解放军一再否认依靠美国控制的GPS网络为其武器系统导航。

  报道认为,一旦爆发冲突,本土研发、自主控制的全球导航系统将提升中国作战及战略安全性,并有利于不受阻碍地开发卫星精确制导系统。

中国北斗卫星再进密集发射期 将迈向全球时代

  中国北斗卫星导航系统总设计师杨长风今天对记者表示,2015年我国还将发射3到4颗北斗导航卫星,构成一个完整的试验体系,北斗导航卫星再次进入密集发射期,2020年前后完成全球组网。

  据中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍,新一代导航卫星是相对目前在轨提供区域服务的北斗导航卫星而言。目前我国已攻克北斗系统卫星组网的全部核心技术,预计在2020年前后实现5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星全球组网,实现全球区域覆盖。

 

  杨长风表示,首颗新一代北斗导航卫星将实现技术突破,为北斗卫星导航系统全球组网建设提供依据,除了寿命由8年延长到10到12年外,在功能、性能上将有较大提升,可为全球用户提供更高精度的卫星导航服务。

 

  “下一代全球覆盖导航卫星从性能指标上要比现在在轨运行的这个系统性能提高1到2倍,最高精度会达到2到3米。”杨长风说。

  中国新型北斗卫星有3个重大创新 使用太空摆渡车

  刚刚发射的这颗卫星是我国首颗用于全球组网的新一代北斗导航卫星,我国新一代导航卫星都有哪些技术创新?3月31日,相关专家在接受记者采访时表示,新一代北斗导航卫星在技术上实现了重大突破,可以概括为“三新”。

  一新:直接入轨发射

  3月31日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭,成功将首颗新一代北斗导航卫星发射升空。细心的人们注意到这发火箭体型“更高”——在长征三号丙运载火箭顶层加装了“远征一号上面级”。

  长征三号丙/远征一号运载火箭总设计师姜杰介绍,远征一号上面级是一级独立飞行器,即远征一号上面级。远征一号上面级被形象地称为“太空摆渡车”,可在太空将一个或多个航天器直接送入不同的轨道。这是我国首次采用该项技术执行中高轨航天器发射任务。

 

  “以往采用转移轨道发射,比如探月工程采用直接地月转移轨道,让卫星经过几次变轨再进入工作轨道。这次有了远征一号上面级,可以直接把卫星送入高轨道的工作轨道。”姜杰介绍,此举让卫星快速进入空间,“经过6个小时左右飞行,达到高度为36000公里的地球静止轨道。以往达到相应的高度需要数天。”

  专家表示,采用直接入轨发射方式还可使卫星不必携带过多燃料,有助于实现卫星轻量化及“一箭多星”发射。

 

  二新:首次验证星间链路

  北斗卫星导航系统总设计师杨长风介绍,首颗新一代北斗导航卫星将开展新型导航信号体制、星间链路等试验验证工作。

  “前期的导航卫星,星间没有导航通信链路的,从这颗卫星开始,我们国家的北斗导航卫星都具备了星间链路。通过星间链路,将来可以实现北斗卫星全球系统自主导航。”杨长风说。

  星间链路是指用于卫星之间通信的链路,通过星间链路可以将多颗卫星互联在一起,实现卫星之间的信息传输和交换。

  卫星研制方面专家称,星间链路可以引发自主导航技术,有助于提高测定轨道和授时精度。这同时意味着减少地面测控站对导航卫星的信息上行注入等各方面的操作次数,减少对地面布站的依赖,有效降低系统的运行管理成本。

  三新:核心部件与卫星平台

 

  这颗卫星由上海微小卫星工程中心研制。研制团队介绍,卫星采用国产化器件,做到自主可控,最具特点的是中国科学院计算所自主研发的通用中央处理器(CPU)“龙芯”和国产化铷原子钟。

  上海微小卫星工程中心由中国科学院和上海市政府合作共建,这颗卫星也是首次采用中科院导航卫星专用平台,其特点在于轻量化结构设计,适用于“一箭多星”发射模式。

 

  北斗系统全球组网首发星总设计师林宝军表示,卫星研制过程采用“功能链”的设计理念,打破以往的分系统设计理念,有效降低了卫星重量和功耗。

  谈及卫星研发目标,林宝军表示一方面是提高卫星的稳定性,“比如设计寿命达到10年以上,同时减少中断率”,另一方面是降低卫星成本,让卫星“再小一些,一次多发几颗”。