配備“最強(qiáng)大腦”，手持“自拍神器”，腳踩“無敵風(fēng)火輪”

　　張芳曼制圖

　　7月25日，外太空再次迎來兩名中國(guó)訪客。當(dāng)天夜間20時(shí)29分，“長(zhǎng)征三號(hào)乙/遠(yuǎn)征一號(hào)”運(yùn)載火箭用一箭雙星方式，成功將兩顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空。隨后經(jīng)過約3.5小時(shí)飛行后，被稱為太空擺渡車的“遠(yuǎn)征一號(hào)”將這兩顆衛(wèi)星準(zhǔn)確送入了預(yù)定軌道，成為北斗全球組網(wǎng)新成員。

　　這兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，是我國(guó)發(fā)射的第十八、十九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，將與今年3月發(fā)射的第十七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星也即首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星一起，為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋全球拓荒探路，實(shí)現(xiàn)“開放兼容、服務(wù)全球”的目標(biāo)。

　　衛(wèi)星上近八成是新技術(shù)新產(chǎn)品，在中國(guó)航天史上前所未有

　　此次發(fā)射的兩顆北斗衛(wèi)星，在以往的8年可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，壽命提高到了12年。由于是北斗全球組網(wǎng)的探路者，衛(wèi)星上應(yīng)用的許多技術(shù)和產(chǎn)品都是第一次接受實(shí)際考驗(yàn)，并身兼多個(gè)重任。

　　中國(guó)航天科技集團(tuán)五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍說：“剛剛發(fā)射成功的北斗導(dǎo)航‘雙星’上的新技術(shù)、新產(chǎn)品非常多，占到了衛(wèi)星全部產(chǎn)品的近八成，這在中國(guó)航天以前研制的衛(wèi)星上前所未有。”

　　對(duì)航天器來說，太空中的生活環(huán)境十分惡劣，沒有空氣，晝夜溫差很大，且要經(jīng)受電磁暴考驗(yàn)。因此兩顆衛(wèi)星在地面大型空間環(huán)境模擬器里進(jìn)行了熱平衡、熱真空試驗(yàn)，這也是國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行。謝軍說，經(jīng)歷過這些歷練，練就鋼筋鐵骨，適應(yīng)太空的生活就沒有問題。

　　航天專家介紹說，兩顆新的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常工作后，要承擔(dān)多個(gè)重大使命，實(shí)際上也是重大挑戰(zhàn)。首先就是要在軌驗(yàn)證全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總體方案與技術(shù)體制，也就是在實(shí)際的太空環(huán)境中檢驗(yàn)整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)構(gòu)想。

　　這兩顆衛(wèi)星要驗(yàn)證首次在空間使用的星間鏈路技術(shù)。它們將與前面發(fā)射的第十七顆北斗衛(wèi)星一起實(shí)現(xiàn)星間互聯(lián)互通，共同開展全球組網(wǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

　　作為先行者，兩顆衛(wèi)星也將率先探測(cè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星將面臨的電磁與空間環(huán)境，開展電磁環(huán)境探測(cè)，監(jiān)測(cè)導(dǎo)航衛(wèi)星的干擾信號(hào)，為衛(wèi)星提供抗干擾性能設(shè)計(jì)依據(jù)。它們對(duì)空間環(huán)境的探測(cè)，將為后續(xù)導(dǎo)航衛(wèi)星研制、在軌保障積累扎實(shí)的數(shù)據(jù)。

　　衛(wèi)星部件國(guó)產(chǎn)化率提高到98%，關(guān)鍵器件全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化

　　讓中國(guó)航天人感到驕傲的是，這次的北斗“雙星”是自主創(chuàng)新的結(jié)晶，小到一個(gè)電連接器，大到衛(wèi)星平臺(tái)，都是自己親手“打造”。

　　“北斗‘雙星’實(shí)現(xiàn)了自主可控，部件國(guó)產(chǎn)化率提高到98%，衛(wèi)星上的‘慧腦’‘中國(guó)心’‘脊梁’等關(guān)鍵器件和部件全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化”。

　　謝軍說，所謂“慧腦”，是指北斗“雙星”上配備的高軌衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)，也被稱為我國(guó)衛(wèi)星的“最強(qiáng)大腦”。如果把衛(wèi)星比作人體，過去我國(guó)的衛(wèi)星大多擁有兩個(gè)大腦，其中一個(gè)主管思考、視覺和四肢運(yùn)動(dòng)等功能，另一個(gè)負(fù)責(zé)衛(wèi)星的生理調(diào)節(jié)及與外界的交流。而新的“綜合電子系統(tǒng)”可以實(shí)現(xiàn)“一腦兩用”，一套系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)過去兩個(gè)衛(wèi)星“大腦”的功能。值得一提的是，“最強(qiáng)大腦”從硬件到軟件，核心部件均為100%中國(guó)制造，其性能達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　“中國(guó)心”則是新一代高精度銣鐘也即原子鐘，它不僅是衛(wèi)星在惡劣太空環(huán)境生存所必需的強(qiáng)壯“心臟”，其穩(wěn)定性更是直接決定了導(dǎo)航衛(wèi)星的精準(zhǔn)度。比起“前輩們”配備的進(jìn)口“心臟”，北斗“雙星”上的“中國(guó)心”更加小巧精致，性能則不亞于國(guó)外同類產(chǎn)品。同時(shí)，新一代高精度銣鐘的定位、測(cè)距和授時(shí)等功能更加精確，可以幫助導(dǎo)航衛(wèi)星完成更多任務(wù)，為地球上的居民提供更加精確的定位服務(wù)。

　　“脊梁”是指衛(wèi)星的“桁架式主承力結(jié)構(gòu)”，名字雖然專業(yè)，但它的作用就像人的脊梁一樣重要，幫助衛(wèi)星承受高壓和劇烈震動(dòng)等多重考驗(yàn)。北斗“雙星”首次采用的這種結(jié)構(gòu)，承載能力更強(qiáng)、重量更輕、精度也更高，整體偏差不超過一根頭發(fā)絲的粗細(xì)，此前也只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握此項(xiàng)技術(shù)。科研人員最后攻克多道“世界級(jí)技術(shù)難關(guān)”，給兩顆衛(wèi)星打造出了一副能夠力扛千斤的“鋼筋鐵骨”。

　　另外，衛(wèi)星上的“無敵風(fēng)火輪”和“自拍神器”等，也都是北斗國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的代表作。衛(wèi)星在太空漫步其實(shí)并不輕松，為了規(guī)避可能突如其來的空間碎片等風(fēng)險(xiǎn)，北斗“雙星”免不了會(huì)繞著走或者稍微調(diào)整方向。因此在衛(wèi)星上，有個(gè)“無敵風(fēng)火輪”——單組元5牛發(fā)動(dòng)機(jī)，可以保證在任何時(shí)間任何地點(diǎn)，只要衛(wèi)星需要，都能在第一時(shí)間毫無偏差地按指令做到位。雖然新型發(fā)動(dòng)機(jī)身材嬌小，重量不足500克，卻可以保障衛(wèi)星的姿態(tài)控制與軌道調(diào)整任務(wù)。

　　“自拍神器”則是衛(wèi)星上自帶的小相機(jī)。這次新的小相機(jī)，成功“瘦身”1/7，只有600克，體積和功耗大幅降低。小相機(jī)第一次裝了一張16G的內(nèi)存卡，可以存儲(chǔ)256張照片。新采用的成像技術(shù)則可以使相機(jī)足以應(yīng)對(duì)太空中惡劣的成像條件，使圖像質(zhì)量顯著提高。地球小伙伴能刷到衛(wèi)星在“朋友圈”發(fā)的高清自拍照。

　　謝軍認(rèn)為，1994年我國(guó)正式啟動(dòng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，已經(jīng)比美國(guó)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)晚了差不多20年。但是經(jīng)過20多年的努力，我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從落后于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)到性能基本相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了從“無”到“有”、由“粗”到“精”的蛻變，背后離不開“高大上”國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的支撐。未來“全部換成國(guó)產(chǎn)的”，時(shí)間不會(huì)太久。

　　北斗導(dǎo)航系統(tǒng)2020年左右覆蓋全球，可與GPS等其他系統(tǒng)兼容

　　北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的目標(biāo)是在2020年左右覆蓋全球，這也是我國(guó)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)三步走的最后一步。目前，全球有四大導(dǎo)航系統(tǒng)，包括中國(guó)北斗、美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯和歐洲伽利略，但后兩者還未成形，北斗系統(tǒng)則在2012年底已經(jīng)完成了區(qū)域組網(wǎng)并在亞太區(qū)域提供服務(wù)。

　　“北斗系統(tǒng)可以做到與其他系統(tǒng)兼容，用戶可以在北斗信號(hào)強(qiáng)的時(shí)候使用北斗，用GPS來幫助你修正，輔助提高導(dǎo)航服務(wù)精度和使用的便利性?！敝x軍說，這也正好凸顯出北斗導(dǎo)航衛(wèi)星“開放兼容”的氣質(zhì)。

　　剛剛發(fā)射成功的北斗導(dǎo)航“雙星”，身上有著很多代表我國(guó)最先進(jìn)生產(chǎn)力的技術(shù)和產(chǎn)品。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮遲軍認(rèn)為，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，將帶動(dòng)航天器的總體設(shè)計(jì)、航天器動(dòng)力學(xué)、航天器環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)、新興材料科學(xué)等專業(yè)的快速發(fā)展，在前沿科技領(lǐng)域發(fā)揮前瞻引領(lǐng)作用。

　　從2012年12月底面向亞太區(qū)域提供正式運(yùn)行服務(wù)以來，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用更加快速推進(jìn)，已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)量、救災(zāi)減災(zāi)、手機(jī)導(dǎo)航等領(lǐng)域。各類北斗應(yīng)用產(chǎn)品開始走入千家萬(wàn)戶，北斗系統(tǒng)已在高精度駕車、老人關(guān)愛、兒童安全定位等大眾應(yīng)用領(lǐng)域惠及民生。

　　航天專家認(rèn)為，現(xiàn)在日常生活中各類信息的80%—90%都與位置和時(shí)間有關(guān)，衛(wèi)星遙感和三維地理信息測(cè)繪已是不可或缺的城市基礎(chǔ)信息。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)已覆蓋亞太大部分地區(qū)，基本涵蓋“一帶一路”沿線及周邊國(guó)家，可以服務(wù)周邊國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。隨著北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)的推進(jìn)，其應(yīng)用服務(wù)將為全球帶來更深遠(yuǎn)的影響。