中國北斗耀太空——三代北斗導航衛(wèi)星的研制之路

　　2020年6月23日，由中國航天科技集團有限公司五院抓總研制的第55顆北斗導航衛(wèi)星成功發(fā)射，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署全面完成。

　　中國航天人于20世紀80年代開始探索適合國情的衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展道路，形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略?；厥字袊倍纷灾鲃?chuàng)新的發(fā)展歷程，作為北斗導航研制的“國家隊”，航天科技集團五院的研制團隊匯聚各方力量，同舟共濟，攜手拼搏，走出了一條獨特的探索道路。

　　北斗是第一個“吃螃蟹”的

　　早在北斗工程誕生之前，我國就曾在衛(wèi)星導航領域苦苦摸索，在理論探索和研制實踐方面都開展了卓有成效的工作。作為先驅(qū)者，立項于20世紀60年代末的“燈塔計劃”雖然最終因技術方向轉(zhuǎn)型、財力有限等原因終止，但它卻如同黑夜中的一盞明燈，以十余年的設計、研制為五院積累了寶貴的工程經(jīng)驗。

　　艱難的抉擇。1983年，以陳芳允院士為代表的專家學者提出了利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標的設想，通過大量理論和技術上的研究工作，雙星定位系統(tǒng)的概念逐步明晰。接下來的北斗路，是一步跨到全球組網(wǎng)，還是分階段走？在當時引發(fā)了不小的爭議。最終，“先區(qū)域、后全球”的思路被確定下來，“三步走”的北斗之路由此鋪開。

　　先解決有無。1993年初，五院提出衛(wèi)星總體方案，初步確定了衛(wèi)星技術狀態(tài)和總體技術指標。1994年，北斗一號系統(tǒng)工程立項，五院組建了衛(wèi)星研制隊伍，全面展開研制工作。然而，當時國外對我們技術封鎖，國內(nèi)的部件廠家尚未成熟，北斗一號研制只能在摸索中起步。

　　據(jù)航天科技集團五院北斗一號總設計師范本堯院士回憶，國產(chǎn)化從北斗一號的太陽帆板做起，“當時很多衛(wèi)星都不敢上，北斗是第一個‘吃螃蟹’的，硬著頭皮上”。

　　之后的國產(chǎn)化攻關更為艱苦，不論是東方紅三號平臺的橫空出世，還是影響長壽命的關鍵部件，憑借自力更生的創(chuàng)業(yè)精神，以李祖洪總指揮、范本堯總設計師等為代表的老一輩北斗人逐一攻克，終于在2003年建成了北斗一號系統(tǒng)，使我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。此間積累的建設和應用實踐經(jīng)驗、教訓，以及迅速成長的北斗研制隊伍，為后續(xù)工程建設打下堅實的基礎。

　　汗水與淚水交錯中完成北斗二號衛(wèi)星部署

　　1999年，五院在全力研制北斗一號衛(wèi)星的同時，展開了對第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的論證。2004年，北斗二號衛(wèi)星工程正式立項研制。為實現(xiàn)快速形成區(qū)域?qū)Ш椒漳芰Φ膰覒?zhàn)略，以謝軍、楊慧等為代表的北斗人設計了國際上首個以GEO/IGSO衛(wèi)星為主、有源與無源導航多功能服務相融合的衛(wèi)星方案，攻克了以導航衛(wèi)星總體技術、高精度星載原子鐘等為代表的多項關鍵技術，打破了國外的技術封鎖，建成了國際上首個混合星座區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)。2012年12月，該系統(tǒng)開通服務，服務區(qū)覆蓋亞太。

　　談起北斗二號8年激情燃燒的研制歲月，很多北斗人記憶猶新。2007年正是首顆北斗二號衛(wèi)星研制攻關的關鍵時刻。根據(jù)國際電聯(lián)的規(guī)則，頻率資源是有時限的，過期作廢。

　　時間不等人！爭分奪秒完成了前期所有研制，為節(jié)省時間，所有參試人員進駐發(fā)射場后又大干3天體力活，搬設備、扛機柜、布電纜。沒有片刻的喘息，緊接著就是200小時不間斷的加電測試。

　　這一次，院士、型號老總和技術人員一起排班，共同度過次次險情和種種考驗。不少隊員都因為水土不服而拉肚子、發(fā)燒，謝軍總設計師暈倒了3次，但大家都帶病堅持在崗位上……
　　2007年4月16日，在成功發(fā)射的兩天后，北京從飛行試驗星獲得清晰信號，此時距離空間頻率失效僅有不到四個小時。此次壯舉，有效地保護了我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的頻率資源，為北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設有序推進起到了重要的作用。

　　和空間頻率申報期賽跑、攻克一道道技術難關、三年14星連戰(zhàn)連捷……汗水與淚水交錯中，研制團隊圓滿完成了北斗二號衛(wèi)星部署，2012年12月27日，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務，北斗系統(tǒng)成為國際衛(wèi)星導航系統(tǒng)四大服務商之一。

　　在太空刷新“中國速度”

　　2000年成功研制我國第一代導航衛(wèi)星試驗系統(tǒng)，2012年成功建成國際上首個混合星座區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗導航“三步走”戰(zhàn)略順利完成前面兩大步，蹄疾而步穩(wěn)。

　　就在北斗二號正式提供區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ环涨?，北斗三號全球?qū)Ш较到y(tǒng)的論證驗證工作拉開序幕，并明確了研制要求，確定了建設獨立自主、開放兼容、技術先進、穩(wěn)定可靠的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展目標，自此北斗開啟了創(chuàng)新發(fā)展的新征程。

　　建設高性能、高可靠的北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是我國科技領域中長期發(fā)展規(guī)劃的16項重大專項之一，系統(tǒng)建設既是對北斗區(qū)域系統(tǒng)的完善與升級，更是聚焦世界一流衛(wèi)星導航系統(tǒng)的攀登與跨越。系統(tǒng)建成后性能與GPS相當，將使我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)達到國際先進水平。

　　相對于北斗二號區(qū)域系統(tǒng)，北斗三號服務區(qū)域?qū)U展至全球，同時，實現(xiàn)了下行導航信號升級與改造等關鍵技術方面的突破，實現(xiàn)了與北斗二號下行導航信號的平穩(wěn)過渡，并在此基礎上增加了新的導航信號，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務。

　　站在前兩代的肩膀上，北斗“第三步”邁得無比自信。航天科技集團五院的研制團隊在謝軍、遲軍、王平、陳忠貴等專家的帶領下，匯聚各方力量，把車間當成戰(zhàn)場，把攻關當成戰(zhàn)斗，奮勇拼搏，先后攻克了北斗系統(tǒng)的各種難關。

　　——新突破實現(xiàn)聯(lián)通無極限。由于我國北斗系統(tǒng)不能像美國GPS那樣，在全球建立地面站，為了解決境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道，航天科技集團五院北斗三號研制團隊攻克了星座星間鏈路技術，采取星間、星地傳輸功能一體化設計，實現(xiàn)了衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的鏈路互通，這就是說，雖然“看不見”在地球另一面的北斗衛(wèi)星，但用北斗衛(wèi)星的星間鏈路同樣能與它們?nèi)〉寐?lián)系。用星間鏈路技術實現(xiàn)太空兄弟間手拉手，心相通，不僅實現(xiàn)了相互間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，可以減輕地面管理維護壓力。星間鏈路技術的應用中，設計了全新的網(wǎng)絡協(xié)議、管理策略和路由策略，解決了不能全球布站進行衛(wèi)星境外監(jiān)測的難題，是北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設的一大特色。

　　——新技術實現(xiàn)衛(wèi)星長壽命?！氨倍肥且粋€開放的系統(tǒng)，中國的北斗，世界的北斗，中國發(fā)展衛(wèi)星導航技術是國民經(jīng)濟的重要基礎設施，也是為全人類提供時間坐標和空間坐標的基礎設施，服務的連續(xù)性和穩(wěn)定性十分重要”，航天科技集團五院北斗三號衛(wèi)星總指揮遲軍介紹說，就像停水停電影響城市生活一樣，衛(wèi)星導航服務一旦中斷，國家和社會的正常運行會受到很大的影響，因此，對衛(wèi)星導航的可靠性、連續(xù)性提出了苛刻設計的要求。為了提高衛(wèi)星在軌服務的可靠性，北斗三號衛(wèi)星采取了多項可靠性措施，使衛(wèi)星的設計壽命達到12年，達到國際導航衛(wèi)星的先進水平，為北斗系統(tǒng)服務的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎保證。

　　——新“神器”讓服務“零誤差”。為了提高服務的精度，北斗三號配置了新一代原子鐘，通過提升原子鐘指標，提升衛(wèi)星性能、改善用戶體驗。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩(wěn)定的特性保證產(chǎn)生時間的精準性，目前國際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國北斗衛(wèi)星采用銣原子鐘，同時還配置了性能更高的新研國產(chǎn)氫原子鐘。氫原子鐘雖然質(zhì)量和功耗比銣原子鐘大，但穩(wěn)定性和漂移率等指標更優(yōu)。相對于銣原子鐘，我國起步更晚，2015年我國研制的氫原子鐘首次在軌應用驗證，為北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)進行了技術探索，至今功能、性能十分穩(wěn)定。星載氫原子鐘的在軌應用，對于實現(xiàn)北斗導航定位“分秒不差”，發(fā)揮著重要作用。

　　自2009年12月，北斗三號研制團隊開始加速沖刺，并在2018年成功實現(xiàn)一年19星發(fā)射，在太空中再次刷新了“中國速度”，不僅率先提出了國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產(chǎn)權的星間鏈路網(wǎng)絡協(xié)議，自主定軌、時間同步等系統(tǒng)方案，填補了國內(nèi)空白；而且研發(fā)、建立了器部件國產(chǎn)化從研制、驗證到應用的一體化體系，徹底打破了核心器部件長期依賴進口、受制于人的局面……今日之北斗，已取得史詩般的進步和成就，“三步走”的戰(zhàn)略路徑，從“夢想在望”變成“夢想在握”。

　　未來，到2035年，以北斗系統(tǒng)為核心，建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。（胡喆 龐丹）

　　轉(zhuǎn)自：經(jīng)濟參考報

　　【版權及免責聲明】凡本網(wǎng)所屬版權作品，轉(zhuǎn)載時須獲得授權并注明來源“中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關法律責任的權力。凡轉(zhuǎn)載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個人觀點，不代表本網(wǎng)觀點和立場。版權事宜請聯(lián)系：010-65367254。

延伸閱讀