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配备“最强大脑”,手持“自拍神器”,脚踩“无敌风火轮”

北斗“双星”,浑身都是“中国智造”(关注)

作者:余建斌 来源:人民日报 时间:2015-07-31 08:43:44

张芳曼制图

  7月25日,外太空再次迎来两名中国访客。当天夜间20时29分,“长征三号乙/远征一号”运载火箭用一箭双星方式,成功将两颗新一代北斗导航卫星发射升空。随后经过约3.5小时飞行后,被称为太空摆渡车的“远征一号”将这两颗卫星准确送入了预定轨道,成为北斗全球组网新成员。

  这两颗北斗导航卫星,是我国发射的第十八、十九颗北斗导航卫星,将与今年3月发射的第十七颗北斗导航卫星也即首颗新一代北斗导航卫星一起,为北斗导航系统覆盖全球拓荒探路,实现“开放兼容、服务全球”的目标。

  

  卫星上近八成是新技术新产品,在中国航天史上前所未有

  此次发射的两颗北斗卫星,在以往的8年可靠性设计基础上,寿命提高到了12年。由于是北斗全球组网的探路者,卫星上应用的许多技术和产品都是第一次接受实际考验,并身兼多个重任。

  中国航天科技集团五院北斗导航卫星系统总设计师谢军说:“刚刚发射成功的北斗导航‘双星’上的新技术、新产品非常多,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。”

  对航天器来说,太空中的生活环境十分恶劣,没有空气,昼夜温差很大,且要经受电磁暴考验。因此两颗卫星在地面大型空间环境模拟器里进行了热平衡、热真空试验,这也是国内首次进行。谢军说,经历过这些历练,练就钢筋铁骨,适应太空的生活就没有问题。

  航天专家介绍说,两颗新的北斗导航卫星进入轨道正常工作后,要承担多个重大使命,实际上也是重大挑战。首先就是要在轨验证全球卫星导航系统总体方案与技术体制,也就是在实际的太空环境中检验整个导航系统的设计思路和技术构想。

  这两颗卫星要验证首次在空间使用的星间链路技术。它们将与前面发射的第十七颗北斗卫星一起实现星间互联互通,共同开展全球组网试验验证工作。

  作为先行者,两颗卫星也将率先探测全球导航卫星将面临的电磁与空间环境,开展电磁环境探测,监测导航卫星的干扰信号,为卫星提供抗干扰性能设计依据。它们对空间环境的探测,将为后续导航卫星研制、在轨保障积累扎实的数据。

  卫星部件国产化率提高到98%,关键器件全部实现了国产化

  让中国航天人感到骄傲的是,这次的北斗“双星”是自主创新的结晶,小到一个电连接器,大到卫星平台,都是自己亲手“打造”。

  “北斗‘双星’实现了自主可控,部件国产化率提高到98%,卫星上的‘慧脑’‘中国心’‘脊梁’等关键器件和部件全部实现了国产化”。

  谢军说,所谓“慧脑”,是指北斗“双星”上配备的高轨卫星综合电子系统,也被称为我国卫星的“最强大脑”。如果把卫星比作人体,过去我国的卫星大多拥有两个大脑,其中一个主管思考、视觉和四肢运动等功能,另一个负责卫星的生理调节及与外界的交流。而新的“综合电子系统”可以实现“一脑两用”,一套系统就可以实现过去两个卫星“大脑”的功能。值得一提的是,“最强大脑”从硬件到软件,核心部件均为100%中国制造,其性能达到了国际领先水平。

  “中国心”则是新一代高精度铷钟也即原子钟,它不仅是卫星在恶劣太空环境生存所必需的强壮“心脏”,其稳定性更是直接决定了导航卫星的精准度。比起“前辈们”配备的进口“心脏”,北斗“双星”上的“中国心”更加小巧精致,性能则不亚于国外同类产品。同时,新一代高精度铷钟的定位、测距和授时等功能更加精确,可以帮助导航卫星完成更多任务,为地球上的居民提供更加精确的定位服务。

  “脊梁”是指卫星的“桁架式主承力结构”,名字虽然专业,但它的作用就像人的脊梁一样重要,帮助卫星承受高压和剧烈震动等多重考验。北斗“双星”首次采用的这种结构,承载能力更强、重量更轻、精度也更高,整体偏差不超过一根头发丝的粗细,此前也只有少数几个国家掌握此项技术。科研人员最后攻克多道“世界级技术难关”,给两颗卫星打造出了一副能够力扛千斤的“钢筋铁骨”。

  另外,卫星上的“无敌风火轮”和“自拍神器”等,也都是北斗国产化产品的代表作。卫星在太空漫步其实并不轻松,为了规避可能突如其来的空间碎片等风险,北斗“双星”免不了会绕着走或者稍微调整方向。因此在卫星上,有个“无敌风火轮”——单组元5牛发动机,可以保证在任何时间任何地点,只要卫星需要,都能在第一时间毫无偏差地按指令做到位。虽然新型发动机身材娇小,重量不足500克,却可以保障卫星的姿态控制与轨道调整任务。

  “自拍神器”则是卫星上自带的小相机。这次新的小相机,成功“瘦身”1/7,只有600克,体积和功耗大幅降低。小相机第一次装了一张16G的内存卡,可以存储256张照片。新采用的成像技术则可以使相机足以应对太空中恶劣的成像条件,使图像质量显著提高。地球小伙伴能刷到卫星在“朋友圈”发的高清自拍照。

  谢军认为,1994年我国正式启动北斗导航系统建设时,已经比美国的GPS导航系统晚了差不多20年。但是经过20多年的努力,我国北斗卫星导航系统从落后于GPS导航系统到性能基本相当,实现了从“无”到“有”、由“粗”到“精”的蜕变,背后离不开“高大上”国产化产品的支撑。未来“全部换成国产的”,时间不会太久。

  北斗导航系统2020年左右覆盖全球,可与GPS等其他系统兼容

  北斗导航系统的目标是在2020年左右覆盖全球,这也是我国全球导航卫星系统三步走的最后一步。目前,全球有四大导航系统,包括中国北斗、美国GPS、俄罗斯格洛纳斯和欧洲伽利略,但后两者还未成形,北斗系统则在2012年底已经完成了区域组网并在亚太区域提供服务。

  “北斗系统可以做到与其他系统兼容,用户可以在北斗信号强的时候使用北斗,用GPS来帮助你修正,辅助提高导航服务精度和使用的便利性。”谢军说,这也正好凸显出北斗导航卫星“开放兼容”的气质。

  刚刚发射成功的北斗导航“双星”,身上有着很多代表我国最先进生产力的技术和产品。中国航天科技集团五院北斗导航卫星系统总指挥迟军认为,北斗导航卫星系统的研制和应用,将带动航天器的总体设计、航天器动力学、航天器环境试验技术、空间数据系统、新兴材料科学等专业的快速发展,在前沿科技领域发挥前瞻引领作用。

  从2012年12月底面向亚太区域提供正式运行服务以来,北斗导航系统应用更加快速推进,已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、大地测量、救灾减灾、手机导航等领域。各类北斗应用产品开始走入千家万户,北斗系统已在高精度驾车、老人关爱、儿童安全定位等大众应用领域惠及民生。

  航天专家认为,现在日常生活中各类信息的80%—90%都与位置和时间有关,卫星遥感和三维地理信息测绘已是不可或缺的城市基础信息。北斗导航系统现已覆盖亚太大部分地区,基本涵盖“一带一路”沿线及周边国家,可以服务周边国家经济社会发展。随着北斗系统全球组网的推进,其应用服务将为全球带来更深远的影响。

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