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中国用“一箭双星”方式成功发射两颗北斗导航卫星
发布时间:[ 2018-08-03 09:57 ] 文章来源:< 综合 > 浏览量: 5490

    2018年7月29日上午9时48分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭(及远征一号上面级),以“一箭双星”方式成功发射第33、34颗北斗导航卫星。这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星,是我国北斗三号系统第9、第10颗组网卫星。
    卫星经过3个多小时的飞行,经轨控和相位捕获后,进入工作轨道。后续将进行集成测试与试验评估,并与此前发射的8颗北斗三号导航卫星进行组网运行。这是北斗导航全球组网从最简系统迈向基本系统的首组卫星。
    根据计划,年底前将建成由18颗北斗三号卫星组成的基本系统,为“一带一路”沿线国家提供服务。从此次发射开始,北斗卫星组网发射进入前所未有的高密度期。
    北斗导航卫星的建设,就像一场马拉松比赛,既考验耐力又比拼速度。作为“北斗大本营”的中国航天科技集团五院,此刻正面临着严峻挑战——迎战批产新高峰。自去年11月发射北斗三号首发双星开始,9个月发射10颗星,五院再次提高“配速”,在太空书写着新的“中国速度”。
    一、关键技术和产品研制自主可控
    建设属于中国人自己的国际一流的全球卫星导航系统,除了对北斗全球导航系统的性能指标提出了苛刻要求,更重要的是关键技术和产品研制都必须自主可控,实现“中国智造”。北斗三号卫星的有效载荷实现了部件级的100%国产化率,这在我国发射的所有卫星中是第一次实现如此高的国产化率,同时,也是中国航天的一个创举。
    30颗北斗卫星、有效载荷100%的国产化,并且在2-3年的时间里就要全部实现。这无疑是中国航天从未遇到过的巨大挑战。
    如果说要实现一两颗卫星有效载荷的国产化,按照传统的研制方法还能解决,但是30颗卫星数量巨大且种类繁多,就必须寻求更高效的办法。为了实现这个目标,航天五院西安分院在原子钟、行波管放大器、固态放大器、微波开关、大功率隔离器等5大类19项国产化部件方面推进研制,并以“全国大联合”的开阔视野,形成了由20多家科研院所和高校组成的研制队伍,最终实现了有效载荷部件100%国产化,增加了“中国智造”的含金量。
    据介绍,五院联合的这20多家研制单位,在各自的技术领域内技术实力都是数一数二的,但它们大多没有生产航天级产品的经验。航天产品要经历太空环境的严酷考验,不论在设计还是生产制造、试验验证等各环节,都有着比一般产品更为严苛的把关条件,为了让大联合的队伍快速适应航天产品研制要求,西安分院与联合研制的单位一起制定设计方案,隔一段时间就去研制单位进行质量管控和交流,在有限的时间内完成了国产化批产的重任。这20多家联合研制单位参与了北斗三号有效载荷的研制,使得国内具备航天产品研制能力的队伍不断扩大,大大增强了我国航天产品研制的实力。
    打造高品质、“中国造”导航卫星,一直是北斗导航卫星研制团队不懈的追求,而坚持自主创新、勇于攀登更是北斗团队的成功法宝。
    秉承着这一优秀文化,北斗团队紧扣“建设独立自主的北斗导航系统,必须做到核心在手”的信念不动摇,实现了关键器部件均为“中国造”,特别是通过艰辛的努力,长期依靠进口的行波管放大器组件、微波开关、大功率电源控制器、动量轮组件、星敏感器等关键产品实现了全部国产化,国产化率位居我国长寿命卫星的榜首,这对于牢牢把握我国卫星关键产品研制的主动权意义非凡。
    目前,全球组网的核心关键技术已全部攻克,正向“中国的北斗,世界的北斗”这一目标进军,航天科技集团五院的北斗研制团队将高举自主创新的旗帜不动摇,把系统建设当作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,全力确保系统建成后性能与GPS相当,使我国卫星导航系统达到国际先进水平。
   
二、智能新技术助力研制效率大大提升
    国产化的问题解决了,30颗卫星怎么快速造出来又成为新的难题。为此,西安分院创新提出卫星有效载荷新的设计理念,将硬件平台固化,软件则可以根据需求进行变化及升级,就好比智能手机,可以通过“刷机”实现系统升级。将不变的部分先进行研制投产,再根据不同时期的不同需求对有效载荷进行升级,将3年的研制周期缩短了一半,而产量却翻番,大大地提升了研制的效率。
    在总装厂房里,卫星旁边总是站着一个“奇怪”的人。他头戴一个神秘装备,不时喃喃自语,“拍照、录像、停止”,活生生一个“未来战士”。
    其实他只是一名普通的总装检验人员,正全神贯注开展卫星总装测试过程检验记录工作。他头戴的神秘装备是航天五院科研人员最新研制的数字化智能总装检验装备,这项装备实现了智能穿戴装备、AR(增强现实)技术与各航天器型号平台检验过程的完美结合,在北斗三号卫星中成功应用。
    自2017年起,在项目团队共同努力下,航天五院攻克了一系列智能装备与检验作业集成相关关键技术,开发了基于各型号平台的数字化总装检验系统。
    据一线科研人员介绍,智能系统在解放作业人员双手的同时,还形成了检验作业培训、作业引导、结构化数据采集、多媒体记录、检验数据包自动生成等功能,不仅提高了检验作业的规范性,也提高了工作效率,对提高航天器型号数据包管理具有重要意义。
    专家表示,人工智能新技术在未来卫星总装测试工作中应用前景光明,项目组后续还将根据航天器总装工作特点,开展总装过程预警等各项功能的开发,助力导航卫星等各型号研制。
    固化硬件平台,主要针对的是北斗三号实现基本导航服务功能的有效载荷来说的,将有效载荷的状态、工艺及测试方法进行固化,形成流水线式的生产。而“刷机”升级的是一些增值功能,最具有代表性的就是在轨重构功能。导航卫星实现定位、导航、测绘、救援等功能,主要依靠有效载荷系统,而随着北斗的应用越来越广泛,人们对于导航卫星可提供的服务需求将会有所增加,这时候,只要改变有效载荷中的部分软件,就能实现新的导航功能。例如,通过改变注入软件增加导航信号、改变信号频率等来解决“导航信号不够用”、“信号质量不好”等问题。除此之外,卫星在运行过程中,可能会出现这样或者那样的问题,在轨重构就能及时有效的解决问题。西安分院的设计师们一边研制产品,一边不断地通过软件升级更新产品,这样才能使得北斗三号实现全球组网后,成为整体先进、局部领先的全球导航系统。
    除此之外,西安分院通过远程自动化测试系统,具备了4颗卫星可同时进行各类测试的能力,卫星有效载荷的测试效率提高了近50%。预计到2018年底,新一批北斗系列卫星,将带着西安分院量身订做的有效载荷,率先为“一带一路”沿线国家和地区提供导航服务。
   
三、全球组网从最简系统迈向基本系统
    从去年11月5日,北斗三号卫星首次发射,标志着中国北斗卫星导航系统步入全球组网新时代。
    我国于20世纪后期开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成“三步走”发展战略:2000年年底建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务; 2020年前后建成北斗全球系统,向全球提供服务。届时,可在全球范围内提供高精度、全天候、全天时的导航、定位、授时服务,并兼具通信能力。
    目前,前两步已经实现,中国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。随着北斗三号第9、第10颗卫星成功入轨,如何“更好、更快、更强”地完成北斗三号卫星的研制生产任务,成为摆在航天五院研制团队面前的首要课题。
    发射场数星待发、总装大厅十余星在研、后续任务设计已经跃然纸上……不论在哪,北斗三号的研制都呈现出一派热火朝天的景象。发射场的卫星试验人员较以往减少近一半,在发射场的全流程时间缩短近三分之一,研制人员和研制周期都大幅缩减。如今的北斗三号更加注重以科学的管理加强卫星地面试验验证,成为“批产”北斗的创新秘诀。
    据介绍,以此次发射的北斗三号第9颗、第10颗卫星为例,航天五院首次在北斗三号卫星测试中采用远程测试的方法,前后方实时联动,极大地发挥了后方判读专家的保障作用。
    2018年3月30日,8颗北斗三号卫星在空间“棋盘”上就位,完成了北斗三号最简系统的部署,通过扎实的在轨试验对几大系统进行了全面“演练”。这一目标实现后,刚刚成功发射的双星便开始向基本系统建设迈进。
    北斗三号卫星是由三个轨道面30颗卫星组成的,具体包括三颗同步静止轨道卫星、三颗同步倾斜轨道卫星和24颗中圆轨道卫星。为了建设北斗星网,兑现全球导航的承诺,后续的组网任务将更加紧迫,北斗三号将以更高速的节奏布网。
    流程的优化、新方法的采用,体现了北斗团队的自信。这种自信,源于20多年来在北斗导航卫星领域批产研制积累的宝贵经验。
    立足系统工程管理理念,五院开创了导航组网卫星研发管理新模式,实现了“一支队伍,多个任务,协调统一”的项目群管理技术、方法全面创新。其最早形成并实践了中国航天产品工程的理论和方法,坚持流程再造,采用信息化技术,不断优化队伍结构,建立健全了从新概念研究、关键技术研发到工程实施的导航卫星研究与管理体系。
    从思路到模式再到体制,五院逐步转变,实现了继承与创新的统一协调,推进了航天科研生产转型升级,有力托举了北斗导航卫星组批生产和密集发射。 进入了智慧智造良性互动的北斗,提速奔跑的步伐愈发从容、稳健。
    “不积跬步,无以至千里。”北斗作为一个系统工程,完美践行了这句古训。不论是试验系统、区域系统再到全球系统的“三步走”战略,还是大跨越中的小步快跑,北斗都做到了步步为营、扎实挺进。
    早在北斗二号正式提供亚太区域导航服务前,我国就开始了北斗三号全球范围导航系统的论证研制工作。
    继2015年成功发射三颗 “排头兵”,全面验证全球组网关键技术之后,北斗加速了进军全球导航卫星工程建设的步伐。2017年11月5日,北斗三号首发双星成功发射,此后便以接连四次一箭双星,加速奔跑在璀璨星途上。2018年3月30日,8颗北斗三号卫星在太空就位,完成了最简系统的部署,并通过扎实的在轨试验,对几大系统进行了全面“演练”。
    实现了“小目标”,北斗三号翻开了基本系统建设篇章,不过后续组网任务将更加紧迫。“北斗导航全球系统将由三个轨道面30颗卫星组成,具体包括3颗同步静止轨道卫星、3颗同步倾斜轨道卫星和24颗中圆轨道卫星。
    据了解,北斗三号性能在北斗二号的基础上,提升了1至2倍的定位精度,建成后的北斗全球导航系统将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务。
    为实现全球导航的承诺,北斗三号将以更快的节奏布网,全速向更远大的目标迈进。(白林)