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耕宇牧星,中国北斗铸就不凡!

时间:2020年06月24日 信息来源:本站原创 点击:369 字体:

2020年6月23日,由航天科技集团五院抓总研制的第55颗北斗导航卫星成功发射,北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

 

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中国航天人于20世纪80年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,形成了“三步走”发展战略。从北斗一号、北斗二号再到北斗三号,几十年来,作为北斗导航研制的“国家队”,航天科技集团五院的研制团队汇聚各方力量,同舟共济,携手拼搏、连战连捷,走出了一条独特的探索发展道路。


雄关漫道导航路

 

早在北斗工程诞生之前,我国就曾在卫星导航领域苦苦摸索,在理论探索和研制实践方面都开展了卓有成效的工作。作为先驱者,立项于上世纪60年代末的“灯塔计划”虽然最终因技术方向转型、财力有限等原因终止,但它为五院积累了宝贵的工程经验。

 

艰难的抉择。1983年,以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的设想,通过大量理论和技术上的研究工作,双星定位系统的概念逐步明晰。接下来的北斗路,是一步跨到全球组网,还是分阶段走?在当时引发了不小的争议。最终,“先区域、后全球”的思路被确定下来,“三步走”的北斗之路由此铺开。

 

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先解决有无。1993年初,五院提出卫星总体方案,初步确定了卫星技术状态和总体技术指标。1994年,北斗一号系统工程立项,五院组建了卫星研制队伍,全面展开研制工作。然而,当时国外对我们技术封锁,国内的部件厂家尚未成熟,北斗一号研制只能在摸索中起步。据航天科技集团五院北斗一号总设计师范本尧院士回忆,国产化从北斗一号的太阳帆板做起,“当时很多卫星都不敢上,北斗是第一个‘吃螃蟹’的,硬着头皮上”。之后的国产化攻关更为艰苦,不论是东方红三号平台的横空出世,还是影响长寿命的关键部件,凭借自力更生的创业精神,以李祖洪总指挥、范本尧总设计师等为代表的老一辈北斗人逐一攻克,终于在2003年建成了北斗一号系统,使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。此间积累的建设和应用实践经验、教训,以及迅速成长的北斗研制队伍,为后续工程建设打下坚实的基础。


长风破浪会有时

 

1999年,五院在全力研制北斗一号卫星的同时,展开了对第二代卫星导航定位系统的论证。2004年,北斗二号卫星工程正式立项研制。为实现快速形成区域导航服务能力的国家战略,以谢军、杨慧等为代表的北斗人设计了国际上首个以GEO/IGSO卫星为主、有源与无源导航多功能服务相融合的卫星方案,攻克了以导航卫星总体技术、高精度星载原子钟等为代表的多项关键技术,打破了国外的技术封锁,建成了国际上首个混合星座区域卫星导航系统。2012年12月,该系统开通服务,服务区覆盖亚太。

 

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谈起北斗二号8年激情燃烧的研制岁月,很多北斗人记忆犹新。2007年正是首颗北斗二号卫星研制攻关的关键时刻。根据国际电联的规则,频率资源是有时限的,过期作废。时间不等人!北斗人争分夺秒完成了前期研制工作,进驻发射场后,又大干3天体力活,搬设备、扛机柜、布电缆,没有片刻的喘息,紧接着就是200小时不间断的加电测试。这一次,院士、型号老总和技术人员一起排班,共同度过次次险情和种种考验。不少队员都因为水土不服而拉肚子、发烧,谢军总设计师晕倒了3次,但大家都带病坚持在岗位上……2007年4月16日,在成功发射的两天后,北京从飞行试验星获得清晰信号,此时距离空间频率失效仅有不到四个小时。此次壮举,有效地保护了我国卫星导航系统的频率资源,为北斗区域导航系统建设有序推进起到了重要的作用。

 

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和空间频率申报期赛跑、攻克一道道技术难关、三年14星连战连捷……汗水与泪水交错中,研制团队圆满完成了北斗二号卫星部署,2012年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务,北斗系统成为国际卫星导航系统四大服务商之一。


扶摇九天任君行

 

2000年成功研制我国第一代导航卫星试验系统,2012年成功建成国际上首个混合星座区域卫星导航系统,北斗导航“三步走”战略顺利完成前面两大步,蹄疾而步稳。

 

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就在北斗二号正式提供区域导航定位服务前,北斗三号全球导航系统的论证验证工作拉开序幕,并明确了研制要求,确定了建设独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的全球卫星导航系统的发展目标,自此,北斗一马当先,开启了从创新发展的新征程。建设高性能、高可靠的北斗全球卫星导航系统,是我国科技领域中长期发展规划的16项重大专项之一,系统建设既是对北斗区域系统的完善与升级,更是聚焦世界一流卫星导航系统的攀登与跨越。系统建成后性能与GPS相当,将使我国卫星导航系统达到国际先进水平。

 

相对于北斗二号区域系统,北斗三号服务区域将扩展至全球,同时,实现了下行导航信号升级与改造等关键技术方面的突破,实现了与北斗二号下行导航信号的平稳过度,并在此基础上增加了新的导航信号,为用户提供更为优质的服务。

 

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站在前两代星座的肩膀上,北斗“第三步”迈得无比自信。航天科技集团五院的研制团队在谢军、迟军、王平、陈忠贵等专家的带领下,汇聚各方力量,把车间当成战场,把攻关当成战斗,奋勇拼搏,先后攻克了北斗系统的各种难关。

 

新突破实现联通无极限。由于我国北斗系统不能像美国GPS那样,在全球建立地面站,为了解决境外卫星的数据传输通道,航天科技集团五院北斗三号研制团队攻克了星座星间链路技术,采取星间、星地传输功能一体化设计,实现了卫星与卫星、卫星与地面站的链路互通,这就是说,虽然“看不见”在地球另一面的北斗卫星,但用北斗卫星的星间链路同样能与它们取得联系。用星间链路技术实现太空兄弟间手拉手,心相通,不仅实现了相互间的通信和数据传输,还能相互测距,自动“保持队形”,可以减轻地面管理维护压力。星间链路技术的应用中,设计了全新的网络协议、管理策略和路由策略,解决了不能全球布站进行卫星境外监测的难题,是北斗全球导航系统建设的一大特色。

 

新技术实现卫星长寿命。“北斗是一个开放的系统,中国的北斗,世界的北斗,中国发展卫星导航技术是国民经济的重要基础设施,也是为全人类提供时间坐标和空间坐标的基础设施,服务的连续性和稳定性十分重要”,航天科技集团五院北斗三号卫星总指挥迟军介绍说,就像停水停电影响城市生活一样,卫星导航服务一旦中断,国家和社会的正常运行会受到很大的影响,因此,对卫星导航的可靠性、连续性提出了苛刻设计的要求。为了提高卫星在轨服务的可靠性,北斗三号卫星采取了多项可靠性措施,使卫星的设计寿命达到12年,达到国际导航卫星的先进水平,为北斗系统服务的连续、稳定提供了基础保证。

 

新“神器”让服务“零误差”。为了提高服务的精度,北斗三号配置了新一代原子钟,通过提升原子钟指标,提升卫星性能、改善用户体验。原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性保证产生时间的精准性,目前国际上主要有铷原子钟、氢原子钟、铯原子钟等。我国北斗卫星采用铷原子钟,同时还配置了性能更高的新研国产氢原子钟。氢原子钟虽然质量和功耗比铷原子钟大,但稳定性和漂移率等指标更优。相对于铷原子钟,我国起步更晚,2015年我国研制的氢原子钟首次在轨应用验证,为北斗全球导航系统进行了技术探索,至今功能、性能十分稳定。星载氢原子钟的在轨应用,对于实现北斗导航定位“分秒不差”,发挥着重要作用。

 

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自2009年12月,北斗三号研制团队开始加速冲刺,并在2018年成功实现一年19星发射,在太空中再次刷新了“中国速度”,不仅率先提出了国际上首个高中轨道星间链路混合型新体制,形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议,自主定轨、时间同步等系统方案,填补了国内空白;而且研发、建立了器部件国产化从研制、验证到应用的一体化体系,彻底打破了核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面……今日之北斗,已取得史诗般的进步和成就,“三步走”的战略路径,从“梦想在望”变成“梦想在握”。

 

让我们沿着时间的脉络,再次梳理中国北斗的传奇之路:

 

★1994年北斗一号系统工程立项。

★2003年北斗一号系统建成,我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

★2004年北斗二号卫星工程立项。

★2012年成功建成国际上首个混合星座区域卫星导航系统,北斗卫星导航系统正式提供区域服务,北斗系统成为国际卫星导航系统四大服务商之一。

★2009年12月北斗三号立项。

★2018年12月27日,北斗三号基本系统正式向“一带一路”及全球提供基本导航服务,中国北斗距离全球组网的目标迈出了实质性的一步。

★2019年12月底,全球系统核心星座部署完成,对北斗导航系统全球组网的顺利完成具有里程碑式重要意义。

★2020年6月23日,第55颗北斗导航卫星成功发射,北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

★未来计划2035年,以北斗系统为核心,建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。



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