北斗三号全球卫星导航系统建成开通

(新民晚报 作者:董纯蕾)   “万里长征成功迈出了第一步!作为北斗三号的建设者代表,我感觉备受鼓舞。”今天上午,中科院微小卫星创新研究院副院长、北斗三号系统卫星总设计师林宝军研究员,刚在人民大会堂参加完北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式,第一时间接受新民晚报电话采访时如是说。电话那头的他,很是激动:“从无到有,从区域到全球,北斗卫星导航系统实现了真正的跨越式发展,没有辜负全国人民的期望。这是我国第一个复杂网络、高性能、又离老百姓最近的航天系统工程,我们一定会管好用好已经在轨的北斗卫星,并已开始为下一代导航卫星继续奋战,未来不仅要让广大用户对北斗用得放心,而且打心底相信和喜欢北斗。”

图说:林宝军 中科院微小卫星创新研究院供图(下同)

林宝军写了一首藏头诗,表达此时此刻的心潮澎湃:“自主铸就北斗星,创新擘画玉汝成;开放彰显乾宇志,融合时空谋共赢。万众抗疫同舟济,一心相异退群声;追求普惠华夏愿,卓越湛卢献和平。”藏在每句开头的是新时代北斗精神——自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越。对北斗团队而言,创新的征途又一次站在了新的起点前。

自主可控 国际领先

位于上海张江的中科院微小卫星创新研究院,是北斗卫星团队中的主力军。35颗北斗三号卫星(含试验卫星)中,有12颗“家”在上海。从北斗三号首发星成功发射,到圆满完成全球组网,平均年龄不过三十出头的中科院北斗导航卫星研制团队,以勤于学习、勇于创新、敢于挑战、善于合作、甘于奉献的精气神,经历超常规的攻关强度和压力,完成了12颗北斗导航卫星的抓总研制和发射,也实现了众多关键技术的突破与创新,令北斗系统时频精度更优、信号质量更好、用户体验更佳。

实现了卫星小型化、轻量化、长寿命、高性能的专用导航卫星平台,帮助北斗系统实现了“一星通星星通”的星间链路,高精度时频无缝切换技术,信号播发大功率放大技术,吸收隔离的三工馈电网络,国产龙芯CPU+FLASH的架构和在轨赋能技术……林宝军和同事们每次说起北斗的创新都如数家珍,他把这些技术创新总结为瓶颈、制高点、用户体验等多个方面,“还有很关键的一点,北斗的核心器部件已实现国产化,全部自主可控”。林宝军介绍说,北斗导航系统的定位精度指标在国际四大导航系统中处于领先。

独特的星间链路,是北斗系统的一大“神器”,仿佛为卫星成功搭建了“空间即时通讯网”,基于国内段便可以实现对全球卫星的掌控,再不用担心北斗卫星“飞太远收不到家里讯息”。 卫星各自在轨飞行过程中会有转向,为了避免星与星之间“串线”“断线”,星间链路巧妙地将设备安装在卫星的“肚皮”底下,再也不会有自己挡住自己的尴尬。

林宝军自豪地介绍,星间链路实现了一星通星星通之后,卫星观测值提高了10-30倍,测控覆盖从30%提高到100%,令导航能力再上台阶,实现了相当于美国GPS2到GPS3的跨越。

图说:中科院北斗导航卫星研制团队

林宝军喜欢用“湛卢剑”来比喻北斗,“这是欧冶子铸造的一把无坚不摧而又不带丝毫杀气的兵器,是正义与仁德的代表,我们建造北斗是为服务全球民众,保家卫国,而不是为了称霸;我们的北斗将成为中国的北斗,世界的北斗,一流的北斗。”

创新 不仅仅是技术

“有时候,理念和观念的创新,比技术创新更不容易。”林宝军感慨地说。北斗三号研制这十年里,中科院北斗导航卫星研制团队完成了许多“不可能完成的任务”,创造了“以前无法想象的奇迹”。

其中,备受赞誉的便是突破常规的“功能链”设计理念。传统的卫星设计按十几个分系统来“拼图”:结构、热控、姿控、星务、测控、通信、能源……好处是各司其职、便于管理,哪里出了问题就找哪个分系统负责到底。但是,这么多分系统,这么多沟通环节,这么多设备器件的重复,难免造成资源和时间的浪费。于是,新一代北斗另辟蹊径,按学科“合并同类项”,串起有效载荷、结构热、电子学和姿轨控等4条“功能链”。“举个例子,以前星上二十几台计算机的活,现在几台就能完成,不仅重量轻了,能耗和故障率也会几何级减少。”于是,卫星系统结构的简化,不仅减小卫星的体积、重量和能耗,而且提高了系统的固有可靠性,使小卫星实现大功能。

再加上中国科学院导航卫星专用平台采用的框架面板结构、单独星敏感器定姿、高功能密度综合电子架构等技术,新一代北斗成功“瘦身”,“吨位”从三四吨减轻至一吨左右,载荷承载比却有增无减,也为一箭多星快速发射组网奠定了基础。据介绍,像北斗这样的长寿命卫星,一两年发一颗也算勤快了,2017年11月5日到2019年12月16日的25个月中,北斗全线超高强度超高密度实施了18次发射,部署了30颗星,任务最密集的一年里,中科院团队9个月接连发射了8颗卫星——这个纪录连GPS和伽利略都做不到。

又比如,国际航天界有个不成文的规矩,每一次航天器发射,集成新技术不宜超过30%。然而,新一代北斗首发星上近八成都是新技术。谁说新技术是不可靠的代名词?北斗导航卫星研制团队说,科学目标+创新技术+成熟工艺+充分地面试验,就能取得跨越式发展。

再比方说,既要产品长寿、靠谱、经久耐用,又要产品持续先进,这可能吗?林宝军告诉记者,技术攻关常常需要十年磨一剑,而卫星的寿命长则10-12年,这意味着到了卫星的“寿命末年”很难保持技术上的先进性。为了突破这一天花板,中科院北斗导航卫星研制团队不循规蹈矩,采用不寻常的“长板理论”——硬件指标按最长的板来设计,对导航卫星的配置进行前瞻性规划,研制中做好保底准备,守住工程建设底线,并不断用技术创新和软件升级来补齐短板。于是,有了氢原子钟与铷原子钟无缝切换,有了“超前”优化的时频精度配置;于是,有了在轨赋能技术,在地面上便可以对太空中的在轨卫星重构信号体制,让卫星在天上“有错能改”“自我修复”“刷新功能”。

星辰大海 并不遥远

斗转星移,岁月如梭,与之对应的是授时、是距离、是定位、是通信……据统计,人类80%的生活都与时空有关。建立在时空基准上的导航,可谓最贴近百姓日常生活、最接地气的卫星了。2020年7月31日,习近平总书记在人民大会堂向全世界庄严宣布——北斗三号全球卫星导航系统建成,正式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。这也意味着,下一代北斗的征途已经启程。

今年入汛以来,我国长江中下游地区遭受严重洪涝灾害。在全国各地的防汛减灾工作中,北斗综合减灾示范项目,发挥北斗终端移动4G+短报文多网络融合的通信保障优势,开展灾区灾害信息报送。

在抗击新冠肺炎疫情的特殊战斗中,北斗导航系统也是富有战斗力的“尖兵”。目前,疫情防控进入常态化,北斗系统支持的无人驾驶车,依然在为部分人员密集区域的配送而奔忙。

不知不觉,北斗早已通过各种终端为我们服务。不夸张地说,生活何处无北斗?“让北斗好用耐用,老百姓愿意用喜欢用,以后GPS不再是导航的代名词,想到导航就能想到北斗”,这是北斗人的心愿。

林宝军告诉记者,下一代北斗卫星不单单满足用户的简单需求,还要引领需求;不仅仅在室外指引方向,而且能结合5G等先进通讯技术实现室内精确导航;不仅仅能在海面提供导航定位和搜救服务,而且能深入到水下;不仅仅为地球表面导航,而且能为深空探路引航。根据我国导航战略需求,2035年还将建设更加泛在、更加融合、更加智能的综合定位导航授时系统。

“你负责诗和远方,我负责路途坦荡”,北斗人常常这么说。中国的北斗、世界的北斗、一流的北斗,承载着我们更多更新的期待,又出发了!

新民晚报记者 董纯蕾

【名片】

北斗卫星导航系统,是中国自主建设运行的全球卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施,已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用,产生了显著的经济效益和社会效益。基于北斗系统的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用,广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域,深刻改变着人们的生产生活方式。