解放日報 (2018/01/13)

03版:要闻 | “一箭双星”拉开北斗高密度发射序幕

“一箭双星”拉开北斗高密度发射序幕 引入功能链概念,使小卫星实现了大卫星功能,载荷核心关键技术全部国产化 2018年01月13日   03 :要闻   稿件来源:本报讯  
    本报西昌1月12日专电(记者 黄海华)昨天7时18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”方式成功发射第二十六、二十七颗北斗导航卫星,正式拉开了新年度北斗高密度发射序幕。这是中国科学院今年在航天领域的“开局之战”,也是西昌卫星发射中心今年的第一个发射任务。作为中科院微小卫星创新研究院2018年的首发双星,它们在技术上有何创新与突破?
  “和北斗二号相比,北斗三号把服务从区域拓展到了全球。”卫星总设计师林宝军说,美国的GPS系统一度是导航系统的代名词,但如果美国人把GPS信号关了,没有了时间和位置信息,我们就会受制于人,因此必须要建造属于中国人自己的卫星导航系统。

  切换备份信号时,用户感觉不到

  这次发射的北斗导航卫星有何特色?“首先是设计理念创新,引入了功能链的概念,使得小卫星实现了大卫星的功能。”林宝军介绍,过去一般是按分系统来整合载荷,现在则按学科划分,实现了专业的人做专业的事情。这颗卫星从原先的2吨大幅度瘦身,原本十几个分系统需要20多台计算机控制,现在优化为1台,大大简化了系统结构,也提升了卫星的可靠性。
  全球首创导航星座星间链路技术,实现了一星通、星星通。卫星观测效率提高了10到30倍,测控的覆盖率从30%提高到了100%,对长达7万公里的卫星距离测量精度达到了1厘米,导航能力上了一个新台阶。卫星采用了许多高可靠高可用的技术。比如,导航的核心就是时间,目前使用的氢钟比铷钟精度高一个数量级,大约1000万年才误差一秒,而且切换过程用户根本感觉不到,在20皮秒(1皮秒等于一万亿分之一秒)内就可以完成故障检测和“无缝切换”,实现自主连续提供信号。这就意味着,如果开车时导航信号中断,可以在用户察觉不到的情况下切换到备份信号。
  令人自豪的是,卫星载荷的核心关键技术全部实现了国产化。

  着眼于解决“卡脖子”的实际问题

  “每一次技术突破,都是着眼于解决‘卡脖子’的实际问题。”林宝军说。为了实现卫星的高可用性,他们在设计之初就大胆设想能否不依赖地面直接在空间修改程序,也就是说任何一个设备软件功能出现问题,都能在空间恢复。即使在团队内部,很多人都觉得不可能实现,认为这一想法过于冒进。过去,如果通过地面系统来指挥修改程序,一般需要好几天时间,这样卫星的可用性就大大降低了。林宝军回忆,当时用了一周时间在团队做工作,最终大家形成了共识。
  “要想实现弯道超车,就要有自己的创新技术,敢于去尝试。”卫星副总设计师沈学民说。以往的卫星导航系统多依赖于地面站,由于领土领海限制,我国的地面站在境外的建设还相当有限。为了解决这一现实问题,攻克了导航星座星间链路技术与自主导航技术,从而解决了导航系统过于依赖地面站的问题,即使在地面站不足的情况下,也能保证导航精度。