铸造一流卫星有效载荷 成就一流北斗导航系统

发表于 2024-1-30 11:41 |

1994年1月10日,北斗一号正式立项,我国开始建设独立自主的北斗卫星导航系统。30年间,几代中国航天人在党中央的正确领导下,完成了“三步走”的战略,建成了独立自主、开放兼容的全球卫星导航系统。
航天科技集团五院西安分院作为我国北斗导航卫星有效载荷总体设计与系统产品研制的核心单位,从北斗一号卫星开始,为北斗一号、北斗二号卫星研制全部有效载荷,为实现全球组网的30颗北斗三号卫星中的20颗卫星提供全部有效载荷,推动了我国北斗卫星导航系统实现了从无到有、从有源到无源、从区域到全球的3次跨越。在30年的发展历程中,西安分院始终笃行奋进,铸造一流的卫星有效载荷,成就了一流的北斗全球卫星导航系统。

启新篇,建设中国人自己的卫星导航系统

作为独立自主的大国,我国建立自己的卫星导航、定位和授时系统意义重大。20世纪80年代,我国开始探索适合中国国情的卫星导航系统发展道路。
在“三步走”战略的指引下,1990年前后,西安分院审时度势组织力量开展导航卫星有效载荷的预研攻关。1994年1月10日,北斗一号正式立项,最早下达到西安分院的是3颗卫星的研制任务,其中包括2颗工作星和1颗轨道备份星。西安分院承担了卫星有效载荷系统和跟踪子系统的技术攻关和产品研制工作,包括转发器分系统、天线分系统及跟踪子系统的研制。

经过9年多的艰苦奋战,研制团队完成了预先研究及北斗一号3颗试验卫星的有效载荷和跟踪子系统的研制任务。2000年10月31日,第一颗北斗导航试验卫星成功发射;同年12月21日,第二颗北斗导航试验卫星成功发射,这两颗卫星的成功发射在全球范围内首次实现了“双星定位”理论从设想到工程实践的跨越。然而为此付出过巨大心血的我国“两弹一星”功勋奖章获得者、西安分院前身504所副所长陈芳允在双星成功发射的前几个月与世长辞,没能如愿亲眼见证这一幕。

第三颗北斗导航试验卫星于2003年5月25日成功发射,进一步巩固了双星系统的可靠性和安全性。为进一步更新系统,在新一代北斗卫星导航系统成功部署之前,需拓展北斗一号卫星导航系统的可用星。2007年2月3日,第四颗北斗导航试验卫星承载着这个使命奔赴太空。

北斗一号卫星系统是我国第一代卫星导航定位系统,也是国内外首次建成的双星导航定位系统。在4颗卫星的研制过程中,西安分院研制团队在技术和系统集成上取得了一系列成绩,为后续任务作了大量积累和储备。在研制过程中,研制团队还圆满解决了星载大功率系统的无源互调和微放电问题。

同时,按照计划流程和双星并举研制、备份星同时投产等要求,西安分院开始形成小批量研制模式。面对这些情况,西安分院组成了一支以老专家崔骏业为核心的强有力研制队伍,开始攻关和研制。通过北斗一号多颗卫星的研制,西安分院培养了一批以于洪喜、刘波等为代表的年轻技术和管理人才,建立了一支新老结合、既富有经验又不乏创新能力的导航研制队伍,为北斗二号卫星以及后续任务的工程实施打下了坚实基础。

再迈步,建成覆盖亚太区域的北斗二号卫星导航系统



北斗一号卫星导航系统的成功运行,解决了有无问题,并且开始在国内各行业发挥作用,使中国一跃成为世界上第三个拥有自主导航定位系统的国家。然而,随着技术的铺垫、队伍的历练、国力的强盛,北斗卫星导航系统实现区域组网、进而提供全球导航定位功能的战略目标亟待实现。

2003年下半年,西安分院先期技术攻关全面展开。在北斗二号卫星副总设计师刘波的带领下,西安分院先期安排的星载铷钟、精密扩频测距、导航信息处理等卫星有效载荷的研制相继取得了一定突破性进展。2004年9月,北斗二号卫星导航系统正式立项。西安分院承担了北斗二号全部卫星导航分系统和天线分系统的研制任务。这个时候,不仅导航体制和整星设计发生了变化,西安分院研制队伍也已经进行了一些变革,最显著的特点是年轻一代成长起来,挑起了大梁。
作为中国新一代的导航系统,当时导航工程总体一直有“四难一大”之说,即实现高精度指标难、提升抗干扰能力难、确保卫星长寿命难、确保产品一致性难、组网成功风险大。面对这些压力,刘波带领团队对卫星有效载荷系统的技术进行了全盘分析和梳理细化。首要的是实现高稳星载原子钟技术、星载精密测距技术、连续稳定的导航信号生成技术为代表的多项关键技术的突破。随后,任务很快下达到相关责任人。
其中,铷原子钟被业内称为导航卫星的“心脏”,它提供的时间基准将直接影响导航卫星的功能和性能。经历了“研制人员9个月不休1天假”“多家单位联合攻关和激烈竞争”的艰难跋涉,西安分院研制队伍从原理样机的技术摸索到交付30余台正样星载铷钟,使铷钟研制从无到有、升级换代,最终实现在轨完美表现,成为国产化的成功典范之作。与此同时,研制团队也相继完成了导航任务处理机、扩频测距接收机的研制任务。
在增强天线研制过程中,研制团队针对卫星总体对天线的特殊要求,进行了大量探索和攻关。因为从未进行过预研工作,所以整个初样阶段,研制团队都在进行技术攻关,边设计、边投产、边进行提前验证。在正样研制阶段,为解决技术问题,研制团队成员经常24小时随叫随到,确保了任务进展,实现了西安分院天线研制历史上的又一重大突破。
2007年4月14日,第一颗北斗导航卫星发射入轨,卫星完成了RNSS载荷基本方案、国产铷钟和导航信号设计等有效载荷技术的在轨验证,出色地完成了抢占频率资源、探索轨道电磁环境和确立正样状态的重要任务。当然,卫星经过在轨验证也显示了一些需要改进的技术问题,这对后续转正样研制工作有极大的促进和提高。
从2007年年中北斗二号研制转入正样阶段,到2009年4月15日第二颗北斗导航卫星发射,用了仅仅不到2年时间;从首发正样星再到2012年10月25日第十六颗导航卫星发射,发射15颗正样卫星仅用了3年半时间。这样的研制效率不仅创造了我国单一型号的密集交付、发射纪录,当时在国际上也不多见。2012年10月25日,中国北斗二号卫星导航星座建设完美收官,同时开始面向亚太地区提供卫星导航服务。2017年,由于在北斗二号卫星导航系统建设中表现突出,西安分院荣获国家科学技术进步奖特等奖以及北斗二号卫星工程建设突出贡献集体。


全球覆盖,成就中国自主核心技术的一流北斗



与北斗二号任务相比,北斗三号要实现全球覆盖,有效载荷在定位精度、测速精度和授时精度等性能上全面追上GPS同期水平,并在安全性、完好性、可用性、在轨可升级等方面有质的提升。这就需要在全球3个轨道平面上部署30颗导航卫星,在卫星有效载荷研制方面增加转发器分系统用以增强卫星导航系统的优势,增加星间链路分系统以助于实现星座的自主运行,大幅提升导航分系统和天线分系统的各项性能指标要求以适应用户需要。
北斗三号全球卫星导航系统相比于北斗二号任务,主要有“三高”和“四多”的特点,即技术指标要求高、国产化程度要求高、进度要求高以及卫星数量多、参与单位多、联合协作单位多、流程交叉重叠多。面对任务的特点,西安分院北斗三号卫星副总设计师张立新改变以往的项目管理模式,采用“项目群管理”的方式带领队伍完成任务。2011年10月,北斗三号全球卫星导航系统试验星任务正式启动,西安分院承担了3颗试验星有效载荷和星间链路的研制任务。2015年7月25日,五院抓总研制的北斗三号两颗MEO试验星采用“一箭双星”方式发射成功。
在研制过程中,张立新带领研制团队对技术、产品、队伍、管理机制、产品化等方面制定了详尽的阶段目标,以便西安分院能与中国全球卫星导航定位系统“国际一流”的标签相匹配。
北斗三号全球卫星导航系统空间段由30颗组网卫星组成,西安分院承担了其中20颗卫星全部有效载荷以及全球短报文通信、搜救等增量载荷的研制任务。在组网卫星进入正样研制阶段后,西安分院提前布局,与20多个外协单位明确组网卫星产品配套需求,提升9条产品生产线产业能力,以满足3~4年内完成组网卫星有效载荷年交付配套需求。
2017年11月5日,中国独立自主研制的北斗三号全球卫星导航系统首发星北斗三号成功发射,拉开了北斗三号全球卫星导航系统建设的大幕。在随后两年多的时间内,多次发射连战连捷。2020年3月9日,第54颗北斗导航卫星成功发射。西安分院为该卫星提供了导航分系统、天线分系统、转发器分系统等有效载荷产品,助力北斗三号全球卫星导航系统组网迎来“赛点”。2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在人民大会堂举行,习近平总书记宣布:“北斗三号全球卫星导航系统正式开通!”至此,北斗导航工程“三步走”战略全部完成。2021年,西安分院北斗三号研制团队荣获第25届“中国青年五四奖章”集体荣誉称号,这是对团队所取得的成绩的充分肯定。
新建成的北斗三号全球卫星导航系统可以在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具有独特的短报文通信功能,且全球精度可达5米左右,重点区域可达到3米。北斗三号全球卫星导航系统建成后,西安分院研制的星载铷原子钟实现了300万年差一秒的精度,导航服务能力处于世界先进水平。2023年,3颗北斗三号补网卫星相继发射,西安分院参与了全部有效载荷的研制任务。
在北斗三号全球卫星导航系统正式建成开通的同时,新时代北斗精神也被提出,其“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的主要内涵反映了我国北斗导航卫星研制团队在推动北斗卫星导航系统实现从无到有、从有源到无源、从区域到全球的跨越发展过程中的奋斗精神。
中国北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋在检查西安分院北斗三号任务时,称西安分院研制队伍将“大有可为”。西安分院干部职工将这种“大有可为”一步步变成“大有作为”,未来将继续为建设更加泛在、融合、智能的北斗全球卫星导航贡献力量。


来源:中国航天报

峨山网 ( 滇公网安备:53042602000003号 备案号:滇ICP备07500970号-2 )

GMT+8, 2024-2-22 04:30 , Processed in 0.043090 second(s), 16 queries .

返回顶部