由航天科技集团五院(以下简称五院)抓总研制的第55颗北斗导航卫星于6月23日发射成功后,进行了近一个月的在轨测试,测试结果全部合格,在轨运行良好。这标志着北斗卫星导航系统将与其他全球卫星导航系统并肩,为全世界提供定位、导航和授时服务。
7月27日,五院北斗研制团队在央视财经频道《经济半小时》栏目播出的北斗卫星导航系统专题片《北斗问苍穹(上)》深情讲述了北斗卫星导航系统研制背后那些不为人知的故事。
中国自主研制的北斗系统
从1994年北斗一号卫星导航系统工程正式启动,到2020年北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。中国经过了近30年的努力,现在成为了继美国、俄罗斯之后,世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
▲北斗三号工程副总设计师、北斗三号卫星首席总设计师谢军
“一个大国,一个独立的国家必须要有自己的卫星导航系统。”五院北斗三号工程副总设计师、北斗三号卫星首席总设计师谢军秉持着这样的信念,见证了我国北斗卫星导航系统从无到有,从弱到强。经过了上万个日日夜夜的风雨兼程,他和北斗研制团队成功实现了上千项关键技术的突破,最终使得北斗卫星导航系统可以为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。
▲北斗三号卫星控制分系统副主任设计师陈斌
北斗控制分系统是卫星在天上保持正确轨道、正确姿态的总指挥,它会实时搜集卫星的轨道和姿态信息,一旦发现有所偏离,就指挥卫星回到正常状态。因此星箭分离那一刻,控制分系统的工作才算真正开始。6月23日9点43分,当火箭一飞冲天,整流罩与火箭分离后,五院北斗三号卫星控制分系统副主任设计师陈斌一直揪着心,他在等着太阳帆板自动打开。只有太阳帆板正常打开后,卫星才具备完整的能量来源。而此前的54颗北斗卫星,太阳帆板展开这一环节,需要通过地面人为干预,判断各工况、条件允许后才能展开,整个过程需要40分钟。而这一次,卫星将第一次自主展开太阳帆板,而且整个展开的过程要在2分钟之内完成。
▲北斗三号卫星控制分系统模拟器
陈斌的办公室桌边一摞厚厚的文件就是他们做的北斗卫星控制分系统故障预案,而楼下,就是他们团队进行故障预案验证的系统试验室。他们要在卫星发射前,排除上百种可能发生的问题。因此试验室内摆放着中央管理单元、太阳敏感器、陀螺等十几件产品,与最后一颗北斗三号卫星控制分系统相同,它们与模拟器结合形成与北斗三号完全相同的操作环境。这里不仅可以验证故障预案可行性,一旦卫星在飞行过程中出现任何故障,这里还可以马上复现、找到问题并进行解决。2020年6月23日10点08分,星箭分离70秒后,太阳帆板自主展开,陈斌一直悬着的心终于放下来了。
披荆斩棘的北斗人
6月30日下午,我国北斗三号全球导航系统收官之星通过5次变轨,经历8天的长途跋涉,最终进入3万6千公里左右的地球静止轨道,成功定点在东经110.5°工作轨位。然而,成功进入自己工作岗位的收官星并没有正式“开工”。与此同时,五院北斗三号卫星总体主任设计师聂欣,正在和同事们准备给刚刚进入预定轨道的北斗收官之星进行一次全面的“体检”,确保收官星在实际传播条件下,各个通道性能、信号等一切稳定正常。
▲卫星研制现场
太空虽然广袤浩瀚,但很多频率、信号资源却有时限。根据国际民航组织的标准,任何国家申请扩频码的数量是有时限的,如果未在规定的日期前使用,便有被收回的风险。聂欣表示,负责“收官星”整星十几个系统、几百台单机质量的总体把控,让他感受到了前所未有的压力。他们需要争分夺秒,确保卫星在特定时限内,达到特定的轨道位置。从工程伊始,聂欣他们便以百米冲刺的速度,来跑这场意义非凡的马拉松。
EMC,就是电磁兼容性,是卫星发射前最关注的问题之一。因为一旦发生电磁兼容性问题,将会影响卫星在轨正常工作,地面有可能收到错误信息,甚至丢失信息。为了不出纰漏,聂欣他们进行了成千上万次的分析试验,解决了一个又一个棘手的问题。
▲北斗三号卫星总体主任设计师聂欣
就在北斗三号“收官星”研制最忙碌、最关键的当口,聂欣的母亲肺癌病重、急需切除手术。为了不耽误聂欣工作,家人并没有告诉聂欣母亲手术的具体时间。聂欣一边担心母亲的身体,另一边挂念即将发射的卫星。聂欣连续几天无法入睡。幸运的是,经过治疗,母亲的身体逐渐好转,他这才如释重负。他母亲一直在催他回去,觉得不能耽误孩子工作。她觉得干航天、干北斗,她儿子在干一个特别重要的事情。
漫漫北斗路,家人的支持、科研人员们的全身心投入,让谢军、聂欣和千千万万个北斗人一样,一路披荆斩棘,为北斗卫星保驾护航,北斗的梦想,正在新一代工程师手中缔造。
默默服务的北斗应用
我们曾经以为离我们很遥远的北斗卫星,其实一直都在默默为我们服务。聂欣表示,实际上咱们现在绝大部分的国产手机已经可以接收和使用北斗信号。
▲手机测试实时收到的卫星信号
在一款可以测试实时收到卫星信号的手机应用上,可以清晰地看到中国北斗卫星导航系统、美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统以及日本准天顶卫星QZSS系统,而北斗卫星数量最多。各个导航系统都具有兼容性,北斗卫星数量越多,意味着在定位过程中所占权重越大,所能提供的定位精度越准确。
▲交通运输部发布的统计数据
《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》披露的数据显示:2019年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3450亿元,较2018年增长14.4%,其中与卫星导航技术研发和应用直接相关的产业核心产值为1166亿元,在总产值中占比为33.8%。
目前,国产北斗基础产品已出口120多个国家和地区。而随着北斗卫星导航系统全球部署的完成,未来,我国卫星导航市场的产值预计将超过4300亿元人民币。谢军表示,天上的(北斗)好用,地面还要用好,相信随着这一次收官之星的圆满发射,入网测试的顺利进行,应该在今年年底或者明年年初会有一个非常好的应用局面。
从一片空白、到奋力追赶,再到和世界领先的全球导航系统并肩而立,北斗问天之路浓缩着几代科研人员的心血。在这条崎岖的道路上,科研人员们没有捷径可以走,只有靠自己刻苦钻研、自主创新、自我超越,蹚出了一条独特的探索之路。