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耕宇牧星,中國北斗鑄就不凡!

時間:2020年06月24日 信息來源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊:3127 字體:

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

 

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中國航天人于20世紀(jì)80年代開始探索適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路,形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。從北斗一號、北斗二號再到北斗三號,幾十年來,作為北斗導(dǎo)航研制的“國家隊(duì)”,航天科技集團(tuán)五院的研制團(tuán)隊(duì)匯聚各方力量,同舟共濟(jì),攜手拼搏、連戰(zhàn)連捷,走出了一條獨(dú)特的探索發(fā)展道路。


雄關(guān)漫道導(dǎo)航路

 

早在北斗工程誕生之前,我國就曾在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域苦苦摸索,在理論探索和研制實(shí)踐方面都開展了卓有成效的工作。作為先驅(qū)者,立項(xiàng)于上世紀(jì)60年代末的“燈塔計(jì)劃”雖然最終因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財(cái)力有限等原因終止,但它為五院積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。

 

艱難的抉擇。1983年,以陳芳允院士為代表的專家學(xué)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(biāo)的設(shè)想,通過大量理論和技術(shù)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(dāng)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。

 

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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(shù)狀態(tài)和總體技術(shù)指標(biāo)。1994年,北斗一號系統(tǒng)工程立項(xiàng),五院組建了衛(wèi)星研制隊(duì)伍,全面展開研制工作。然而,當(dāng)時國外對我們技術(shù)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(tuán)五院北斗一號總設(shè)計(jì)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(dāng)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(guān)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(guān)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(shè)計(jì)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(dǎo)航系統(tǒng)的國家。此間積累的建設(shè)和應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn),以及迅速成長的北斗研制隊(duì)伍,為后續(xù)工程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


長風(fēng)破浪會有時

 

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(dǎo)航定位系統(tǒng)的論證。2004年,北斗二號衛(wèi)星工程正式立項(xiàng)研制。為實(shí)現(xiàn)快速形成區(qū)域?qū)Ш椒?wù)能力的國家戰(zhàn)略,以謝軍、楊慧等為代表的北斗人設(shè)計(jì)了國際上首個以GEO/IGSO衛(wèi)星為主、有源與無源導(dǎo)航多功能服務(wù)相融合的衛(wèi)星方案,攻克了以導(dǎo)航衛(wèi)星總體技術(shù)、高精度星載原子鐘等為代表的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),打破了國外的技術(shù)封鎖,建成了國際上首個混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2012年12月,該系統(tǒng)開通服務(wù),服務(wù)區(qū)覆蓋亞太。

 

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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(guān)的關(guān)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!北斗人爭分奪秒完成了前期研制工作,進(jìn)駐發(fā)射場后,又大干3天體力活,搬設(shè)備、扛機(jī)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(shù)人員一起排班,共同度過次次險(xiǎn)情和種種考驗(yàn)。不少隊(duì)員都因?yàn)樗敛环亲?、發(fā)燒,謝軍總設(shè)計(jì)師暈倒了3次,但大家都帶病堅(jiān)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(yàn)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(hù)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的頻率資源,為北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)有序推進(jìn)起到了重要的作用。

 

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和空間頻率申報(bào)期賽跑、攻克一道道技術(shù)難關(guān)、三年14星連戰(zhàn)連捷……汗水與淚水交錯中,研制團(tuán)隊(duì)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(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù),北斗系統(tǒng)成為國際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大服務(wù)商之一。


扶搖九天任君行

 

2000年成功研制我國第一代導(dǎo)航衛(wèi)星試驗(yàn)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(dǎo)航系統(tǒng),北斗導(dǎo)航“三步走”戰(zhàn)略順利完成前面兩大步,蹄疾而步穩(wěn)。

 

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就在北斗二號正式提供區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)前,北斗三號全球?qū)Ш较到y(tǒng)的論證驗(yàn)證工作拉開序幕,并明確了研制要求,確定了建設(shè)獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo),自此,北斗一馬當(dāng)先,開啟了從創(chuàng)新發(fā)展的新征程。建設(shè)高性能、高可靠的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是我國科技領(lǐng)域中長期發(fā)展規(guī)劃的16項(xiàng)重大專項(xiàng)之一,系統(tǒng)建設(shè)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(dǎo)航系統(tǒng)的攀登與跨越。系統(tǒng)建成后性能與GPS相當(dāng),將使我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

 

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

 

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

 

新突破實(shí)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(tuán)五院北斗三號研制團(tuán)隊(duì)攻克了星座星間鏈路技術(shù),采取星間、星地傳輸功能一體化設(shè)計(jì),實(shí)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(shù)實(shí)現(xiàn)太空兄弟間手拉手,心相通,不僅實(shí)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(duì)形”,可以減輕地面管理維護(hù)壓力。星間鏈路技術(shù)的應(yīng)用中,設(shè)計(jì)了全新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、管理策略和路由策略,解決了不能全球布站進(jìn)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(shè)的一大特色。

 

新技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星長壽命。“北斗是一個開放的系統(tǒng),中國的北斗,世界的北斗,中國發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,也是為全人類提供時間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)設(shè)施,服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性十分重要”,航天科技集團(tuán)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(dǎo)航服務(wù)一旦中斷,國家和社會的正常運(yùn)行會受到很大的影響,因此,對衛(wèi)星導(dǎo)航的可靠性、連續(xù)性提出了苛刻設(shè)計(jì)的要求。為了提高衛(wèi)星在軌服務(wù)的可靠性,北斗三號衛(wèi)星采取了多項(xiàng)可靠性措施,使衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命達(dá)到12年,達(dá)到國際導(dǎo)航衛(wèi)星的先進(jìn)水平,為北斗系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)保證。

 

新“神器”讓服務(wù)“零誤差”。為了提高服務(wù)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(biāo),提升衛(wèi)星性能、改善用戶體驗(yàn)。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(zhǔn)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(biāo)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(yīng)用驗(yàn)證,為北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)探索,至今功能、性能十分穩(wěn)定。星載氫原子鐘的在軌應(yīng)用,對于實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航定位“分秒不差”,發(fā)揮著重要作用。

 

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自2009年12月,北斗三號研制團(tuán)隊(duì)開始加速沖刺,并在2018年成功實(shí)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(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,自主定軌、時間同步等系統(tǒng)方案,填補(bǔ)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(yàn)證到應(yīng)用的一體化體系,徹底打破了核心器部件長期依賴進(jìn)口、受制于人的局面……今日之北斗,已取得史詩般的進(jìn)步和成就,“三步走”的戰(zhàn)略路徑,從“夢想在望”變成“夢想在握”。

 

讓我們沿著時間的脈絡(luò),再次梳理中國北斗的傳奇之路:

 

★1994年北斗一號系統(tǒng)工程立項(xiàng)。

★2003年北斗一號系統(tǒng)建成,我國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

★2004年北斗二號衛(wèi)星工程立項(xiàng)。

★2012年成功建成國際上首個混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù),北斗系統(tǒng)成為國際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大服務(wù)商之一。

★2009年12月北斗三號立項(xiàng)。

★2018年12月27日,北斗三號基本系統(tǒng)正式向“一帶一路”及全球提供基本導(dǎo)航服務(wù),中國北斗距離全球組網(wǎng)的目標(biāo)邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。

★2019年12月底,全球系統(tǒng)核心星座部署完成,對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)的順利完成具有里程碑式重要意義。

★2020年6月23日,第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射,北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。

★未來計(jì)劃2035年,以北斗系統(tǒng)為核心,建設(shè)完善更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時體系。



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