北斗「雙星」 渾身都是「大陸智造」

北斗「雙星」。

外太空再次迎來兩名大陸訪客。7月25日當天夜間20時29分,『長征三號乙/遠征一號』運載火箭用一箭雙星方式,成功將兩顆新一代北斗導航衛星發射升空。隨後經過約3.5小時飛行後,被稱為太空擺渡車的『遠征一號』將這兩顆衛星準確送入了預定軌道,成為北斗全球組網新成員。

根據人民日報報導,這兩顆北斗導航衛星,是大陸發射的第十八、十九顆北斗導航衛星,將與今(2015)年3月發射的第十七顆北斗導航衛星也即首顆新一代北斗導航衛星一起,為北斗導航系統覆蓋全球拓荒探路,實現『開放相容、服務全球』的目標。

衛星上近八成是新技術新產品,在大陸航太史上前所未有

此次發射的兩顆北斗衛星,在以往的8年可靠性設計基礎上,壽命提高到了12年。由於是北斗全球組網的探路者,衛星上應用的許多技術和產品都是第一次接受實際考驗,並身兼多個重任。

中國航太科技集團五院北斗導航衛星系統總設計師謝軍說:『剛剛發射成功的北斗導航「雙星」上的新技術、新產品非常多,占到了衛星全部產品的近八成,這在大陸航太以前研製的衛星上前所未有。』

對航天器來說,太空中的生活環境十分惡劣,沒有空氣,晝夜溫差很大,且要經受電磁暴考驗。因此兩顆衛星在地面大型空間環境模擬器裡進行了熱平衡、熱真空試驗,這也是國內首次進行。謝軍說,經歷過這些歷練,練就鋼筋鐵骨,適應太空的生活就沒有問題。

航太專家介紹說,兩顆新的北斗導航衛星進入軌道正常工作後,要承擔多個重大使命,實際上也是重大挑戰。首先就是要在軌驗證全球衛星導航系統總體方案與技術體制,也就是在實際的太空環境中檢驗整個導航系統的設計思路和技術構想。

這兩顆衛星要驗證首次在空間使用的星間鏈路技術。它們將與前面發射的第十七顆北斗衛星一起實現星間互聯互通,共同開展全球組網試驗驗證工作。

作為先行者,兩顆衛星也將率先探測全球導航衛星將面臨的電磁與空間環境,開展電磁環境探測,監測導航衛星的干擾信號,為衛星提供抗干擾性能設計依據。它們對空間環境的探測,將為後續導航衛星研製、在軌保障積累紮實的資料。

衛星部件國產化率提高到98%,關鍵器件全部實現了國產化

讓大陸航太人感到驕傲的是,這次的北斗『雙星』是自主創新的結晶,小到一個電連接器,大到衛星平台,都是自己親手『打造』。

『北斗「雙星」實現了自主可控,部件國產化率提高到98%,衛星上的「慧腦」「中國心」「脊樑」等關鍵器件和部件全部實現了國產化』。

謝軍說,所謂『慧腦』,是指北斗『雙星』上配備的高軌衛星綜合電子系統,也被稱為大陸衛星的『最強大腦』。如果把衛星比作人體,過去大陸的衛星大多擁有兩個大腦,其中一個主管思考、視覺和四肢運動等功能,另一個負責衛星的生理調節及與外界的交流。而新的『綜合電子系統』可以實現『一腦兩用』,一套系統就可以實現過去兩個衛星『大腦』的功能。值得一提的是,『最強大腦』從硬體到軟體,核心部件均為100%大陸製造,其性能達到了國際領先水準。

『中國心』則是新一代高精度銣鐘也即原子鐘,它不僅是衛星在惡劣太空環境生存所必需的強壯『心臟』,其穩定性更是直接決定了導航衛星的精準度。比起『前輩們』配備的進口『心臟』,北斗『雙星』上的『中國心』更加小巧精緻,性能則不亞於國外同類產品。同時,新一代高精度銣鐘的定位、測距和授時等功能更加精確,可以幫助導航衛星完成更多任務,為地球上的居民提供更加精確的定位服務。

『脊樑』是指衛星的『桁架式主承力結構』,名字雖然專業,但它的作用就像人的脊樑一樣重要,幫助衛星承受高壓和劇烈震動等多重考驗。北斗『雙星』首次採用的這種結構,承載能力更強、重量更輕、精度也更高,整體偏差不超過一根頭髮絲的粗細,此前也只有少數幾個國家掌握此項技術。科研人員最後攻克多道『世界級技術難關』,給兩顆衛星打造出了一副能夠力扛千斤的『鋼筋鐵骨』。

另外,衛星上的『無敵風火輪』和『自拍神器』等,也都是北斗國產化產品的代表作。衛星在太空漫步其實並不輕鬆,為了規避可能突如其來的空間碎片等風險,北斗『雙星』免不了會繞著走或者稍微調整方向。因此在衛星上,有個『無敵風火輪』——單組元5牛發動機,可以保證在任何時間任何地點,只要衛星需要,都能在第一時間毫無偏差地按指令做到位元。雖然新型發動機身材嬌小,重量不足500克,卻可以保障衛星的姿態控制與軌道調整任務。

『自拍神器』則是衛星上自帶的小相機。這次新的小相機,成功『瘦身』1/7,只有600克,體積和功耗大幅降低。小相機第一次裝了一張16G的記憶體卡,可以存儲256張照片。新採用的成像技術則可以使相機足以應對太空中惡劣的成像條件,使圖像質量顯著提高。地球小夥伴能刷到衛星在『朋友圈』發的高清自拍照。

謝軍認為,1994年大陸正式啟動北斗導航系統建設時,已經比美國的GPS導航系統晚了差不多20年。但是經過20多年的努力,大陸北斗衛星導航系統從落後於GPS導航系統到性能基本相當,實現了從『無』到『有』、由『粗』到『精』的蛻變,背後離不開『高大上』國產化產品的支撐。未來『全部換成國產的』,時間不會太久。

北斗導航系統2020年左右覆蓋全球,可與GPS等其他系統相容

北斗導航系統的目標是在2020年左右覆蓋全球,這也是大陸全球導航衛星系統三步走的最後一步。目前,全球有四大導航系統,包括大陸北斗、美國GPS、俄羅斯格洛納斯和歐洲伽利略,但後兩者還未成形,北斗系統則在2012年底已經完成了區域組網並在亞太區域提供服務。

『北斗系統可以做到與其他系統相容,用戶可以在北斗信號強的時候使用北斗,用GPS來幫助你修正,輔助提高導航服務精度和使用的便利性。』謝軍說,這也正好凸顯出北斗導航衛星『開放相容』的氣質。

剛剛發射成功的北斗導航『雙星』,身上有著很多代表大陸最先進生產力的技術和產品。中國航太科技集團五院北斗導航衛星系統總指揮遲軍認為,北斗導航衛星系統的研製和應用,將帶動航天器的總體設計、航天器動力學、航天器環境試驗技術、空間資料系統、新興文件科學等專業的快速發展,在前沿科技領域發揮前瞻引領作用。

從2012年12月底面向亞太區域提供正式運行服務以來,北斗導航系統應用更加快速推進,已廣泛應用於交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、大地測量、救災減災、手機導航等領域。各類北斗應用產品開始走入千家萬戶,北斗系統已在高精度駕車、老人關愛、兒童安全定位等大眾應用領域惠及民生。

航太專家認為,現在日常生活中各類資訊的80%—90%都與位置和時間有關,衛星遙感和三維地理資訊測繪已是不可或缺的城市基礎資訊。北斗導航系統現已覆蓋亞太大部分地區,基本涵蓋『一帶一路』沿線及周邊國家,可以服務周邊國家經濟社會發展。隨著北斗系統全球組網的推進,其應用服務將為全球帶來更深遠的影響。