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北斗问苍穹 创新铸国魂

時間:2020年07月28日 信息來源:本站原創 點擊:853 字體:

由航天科技集團五院(以下簡稱五院)抓總研制的第55顆北鬥導航衛星于6月23日發射成功後,進行了近一個月的在軌測試,測試結果全部合格,在軌運行良好。這標志著北鬥衛星導航系統將與其他全球衛星導航系統並肩,爲全世界提供定位、導航和授時服務。

 

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專題片《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。

 

中國自主研制的北鬥系統


從1994年北鬥一號衛星導航系統工程正式啓動,到2020年北鬥三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。中國經過了近30年的努力,現在成爲了繼美國、俄羅斯之後,世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。

 

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▲北鬥三號工程副總設計師、北鬥三號衛星首席總設計師謝軍

 

“一個大國,一個獨立的國家必須要有自己的衛星導航系統。”五院北鬥三號工程副總設計師、北鬥三號衛星首席總設計師謝軍秉持著這樣的信念,見證了我國北鬥衛星導航系統從無到有,從弱到強。經過了上萬個日日夜夜的風雨兼程,他和北鬥研制團隊成功實現了上千項關鍵技術的突破,最終使得北鬥衛星導航系統可以爲全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。

 

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▲北鬥三號衛星控制分系統副主任設計師陳斌

 

北鬥控制分系統是衛星在天上保持正確軌道、正確姿態的總指揮,它會實時搜集衛星的軌道和姿態信息,一旦發現有所偏離,就指揮衛星回到正常狀態。因此星箭分離那一刻,控制分系統的工作才算真正開始。6月23日9點43分,當火箭一飛沖天,整流罩與火箭分離後,五院北鬥三號衛星控制分系統副主任設計師陳斌一直揪著心,他在等著太陽帆板自動打開。只有太陽帆板正常打開後,衛星才具備完整的能量來源。而此前的54顆北鬥衛星,太陽帆板展開這一環節,需要通過地面人爲幹預,判斷各工況、條件允許後才能展開,整個過程需要40分鍾。而這一次,衛星將第一次自主展開太陽帆板,而且整個展開的過程要在2分鍾之內完成。

 

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▲北鬥三號衛星控制分系統模擬器

 

陳斌的辦公室桌邊一摞厚厚的文件就是他們做的北鬥衛星控制分系統故障預案,而樓下,就是他們團隊進行故障預案驗證的系統試驗室。他們要在衛星發射前,排除上百種可能發生的問題。因此試驗室內擺放著中央管理單元、太陽敏感器、陀螺等十幾件産品,與最後一顆北鬥三號衛星控制分系統相同,它們與模擬器結合形成與北鬥三號完全相同的操作環境。這裏不僅可以驗證故障預案可行性,一旦衛星在飛行過程中出現任何故障,這裏還可以馬上複現、找到問題並進行解決。2020年6月23日10點08分,星箭分離70秒後,太陽帆板自主展開,陳斌一直懸著的心終于放下來了。

 

披荊斬棘的北鬥人


6月30日下午,我國北鬥三號全球導航系統收官之星通過5次變軌,經曆8天的長途跋涉,最終進入3萬6千公裏左右的地球靜止軌道,成功定點在東經110.5°工作軌位。然而,成功進入自己工作崗位的收官星並沒有正式“開工”。與此同時,五院北鬥三號衛星總體主任設計師聶欣,正在和同事們准備給剛剛進入預定軌道的北鬥收官之星進行一次全面的“體檢”,確保收官星在實際傳播條件下,各個通道性能、信號等一切穩定正常。

 

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▲衛星研制現場

 

太空雖然廣袤浩瀚,但很多頻率、信號資源卻有時限。根據國際民航組織的標准,任何國家申請擴頻碼的數量是有時限的,如果未在規定的日期前使用,便有被收回的風險。聶欣表示,負責“收官星”整星十幾個系統、幾百台單機質量的總體把控,讓他感受到了前所未有的壓力。他們需要爭分奪秒,確保衛星在特定時限內,達到特定的軌道位置。從工程伊始,聶欣他們便以百米沖刺的速度,來跑這場意義非凡的馬拉松。

 

EMC,就是電磁兼容性,是衛星發射前最關注的問題之一。因爲一旦發生電磁兼容性問題,將會影響衛星在軌正常工作,地面有可能收到錯誤信息,甚至丟失信息。爲了不出纰漏,聶欣他們進行了成千上萬次的分析試驗,解決了一個又一個棘手的問題。

 

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▲北鬥三號衛星總體主任設計師聶欣

 

就在北鬥三號“收官星”研制最忙碌、最關鍵的當口,聶欣的母親肺癌病重、急需切除手術。爲了不耽誤聶欣工作,家人並沒有告訴聶欣母親手術的具體時間。聶欣一邊擔心母親的身體,另一邊挂念即將發射的衛星。聶欣連續幾天無法入睡。幸運的是,經過治療,母親的身體逐漸好轉,他這才如釋重負。他母親一直在催他回去,覺得不能耽誤孩子工作。她覺得幹航天、幹北鬥,她兒子在幹一個特別重要的事情。

 

漫漫北鬥路,家人的支持、科研人員們的全身心投入,讓謝軍、聶欣和千千萬萬個北鬥人一樣,一路披荊斬棘,爲北鬥衛星保駕護航,北鬥的夢想,正在新一代工程師手中締造。

 

默默服務的北鬥應用


我們曾經以爲離我們很遙遠的北鬥衛星,其實一直都在默默爲我們服務。聶欣表示,實際上咱們現在絕大部分的國産手機已經可以接收和使用北鬥信號。

 

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▲手機測試實時收到的衛星信號

 

在一款可以測試實時收到衛星信號的手機應用上,可以清晰地看到中國北鬥衛星導航系統、美國GPS系統、俄羅斯格洛納斯系統以及日本准天頂衛星QZSS系統,而北鬥衛星數量最多。各個導航系統都具有兼容性,北鬥衛星數量越多,意味著在定位過程中所占權重越大,所能提供的定位精度越准確。

 

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▲交通運輸部發布的統計數據

 

《2020中國衛星導航與位置服務産業發展白皮書》披露的數據顯示:2019年我國衛星導航與位置服務産業總體産值達3450億元,較2018年增長14.4%,其中與衛星導航技術研發和應用直接相關的産業核心産值爲1166億元,在總産值中占比爲33.8%。

 

目前,國産北鬥基礎産品已出口120多個國家和地區。而隨著北鬥衛星導航系統全球部署的完成,未來,我國衛星導航市場的産值預計將超過4300億元人民幣。謝軍表示,天上的(北鬥)好用,地面還要用好,相信隨著這一次收官之星的圓滿發射,入網測試的順利進行,應該在今年年底或者明年年初會有一個非常好的應用局面。

 

從一片空白、到奮力追趕,再到和世界領先的全球導航系統並肩而立,北鬥問天之路濃縮著幾代科研人員的心血。在這條崎岖的道路上,科研人員們沒有捷徑可以走,只有靠自己刻苦鑽研、自主創新、自我超越,蹚出了一條獨特的探索之路。



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