陕西科技二十载助力北斗三号卫星全球组网

  原标题:陕西科技二十载助力北斗三号卫星全球组网


  本报记者沈谦


  北斗三号全球卫星导航系统完成全球组网,用了20年。这20年间,陕西作为航天科技大省,为北斗三号全球卫星导航系统完成全球组网提供了大量的技术和装备。


  千余台发动机助力北斗三号卫星全球组网


  位于西安南郊的中国航天科技集团第六研究院(以下简称航天六院),20年间为北斗卫星的发射升空和入轨提供了多种型号的火箭发动机1000余台,为北斗三号全球卫星导航系统全球组网提供了强大动力。


  航天六院副院长马双民介绍,由长三甲、长三乙、长三丙三型火箭组成的长三甲系列运载火箭,承担了北斗卫星的全部发射任务。20年来,航天六院研制生产的75吨级和4.8吨级常规发动机、8吨级氢氧发动机,分别承担着运载火箭的助推和一级动力、二级动力、三级动力。航天六院研制的姿态控制发动机系统、“远征一号”上面级发动机、卫星490牛顿发动机和推进系统,分别为箭体姿态调整、卫星精准入轨等提供了“贴心”服务。


  卫星490牛顿发动机,是目前国内唯一的中高轨道卫星轨道控制发动机,为北斗卫星提供了从转移轨道至预定轨道所需要的动力,也广泛应用于空间站、货运飞船等航天器。在北斗系统组建过程中,该型发动机从第一代升级到第二代,通过不断技术创新、升级换代,提高了“金牌动力”的含金量,产品性能和服务水平持续提升。


  “远征一号”上面级发动机,可在太空将一个或多个航天器直接送入不同轨道,被称为“太空摆渡车”。该型发动机具备二次起动能力,可让卫星从发射到进入运行轨道的过程,从数天缩短为5个多小时,而且不耗费卫星燃料,延长卫星使用寿命,并大大增强运载火箭的任务适应性。


  火箭上配套的姿态控制发动机系统,由大大小小十几个姿态控制发动机组成,承担着火箭和上面级的姿态控制、推进剂沉底和末速修正。


  卫星推进系统,由数台星用姿态控制发动机组成,用于消除星箭分离后的干扰,承担着轨道维持和姿态控制功能。


  根据每次发射的不同功能需求,航天六院为执行任务的三型火箭配备了不同动力组合,为确保火箭成功发射、北斗卫星精准入轨提供了稳定可靠的动力源泉。


  为保障北斗卫星导航系统,航天六院先后培养出10余名副总师、近百名主任设计师和数百名技能人才,形成了多方研制、成果共享、延续发展的发动机研制绿色链条,有效推动了各型发动机质量提升。


  为20颗卫星提供全部有效载荷系统


  中国航天科技集团第五研究院西安分院(以下简称西安分院)承担了北斗三号全球卫星导航系统中60%的卫星有效载荷研制任务。


  西安分院北斗三号卫星副总设计师张立新介绍,北斗三号全球卫星导航系统共有30颗组网卫星,西安分院为其中的20颗卫星提供了全部的有效载荷系统,包括导航载荷、报文通信载荷、全球搜救载荷、星基增强载荷等全部8大类有效载荷。北斗三号卫星的有效载荷部件级达到了100%国产化,是中国人在科技领域自主创新的典范。


  与北斗二号卫星的区域导航相比,北斗三号卫星全球导航系统可以在全球范围内为用户提供全天候、全天时的高精度、高可靠定位、导航和授时服务。服务能力和范围要全面“升级”,取决于北斗三号卫星的有效载荷功能是否强大、性能是否大幅提高。为此,西安分院研制团队经过10多年艰苦卓绝的努力,攻克了几十项核心关键技术。在卫星上,西安分院联合国内优势单位共同研发,为北斗三号卫星装上了每天计时精度达到十亿分之一秒至百亿分之一秒的铷钟和氢钟、精确传递时频信号的基准频率合成器和导航任务处理机等一系列高科技产品和系统,使北斗三号全球导航系统定位精度优于5米,并建立了能够实现卫星在轨自主运行的星间链路,面向全球提供稳定、精准的服务。


  除了提供基本导航服务,北斗三号全球卫星导航系统还可向用户提供精密单点定位服务、短报文服务等多样化的服务。例如共享单车停放区域的“电子围栏”精确化管理,测量地震后建筑物的下沉变化等。


  星载计算机和星载电源由陕西研制


  位于西安高新区的中国航天科技集团第九研究院第771研究所(以下简称771所)研制的星载计算机、星载电源,为北斗三号全球卫星导航系统按时完成全球组网发挥了重要作用。


  北斗三号卫星星载计算机是771所研制的首批高轨道、长寿命卫星计算机,在轨主要负责卫星平台信息处理、轨道数据采集、卫星姿态控制、星上时间管理以及各种飞行任务管理和数据处理工作,对卫星上各功能模块进行高效可靠的管理和控制,监视整星状态,协调整星工作,是整星核心设备。


  星载计算机采用集中式系统架构,运用计算与IO控制并发技术,将传统卫星平台的数据管理计算机、姿态控制计算机和电源管理计算机的功能,在一台计算机内进行了一体化集成设计,在确保计算机高效、有序、可靠地实现卫星平台的各种控制与管理功能的同时,有效简化了卫星平台电子系统复杂度,并减轻卫星平台的重量和体积。


  北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和20颗非静轨道卫星组成,轨道高度分别为3.6万公里和2.4万公里,空间环境恶劣,星载计算机需要满足在两种轨道环境下均可以长期稳定运行的能力,可靠度要求高。在研制过程中,771所突破了系统重构、高可靠安全指令输出、智能化多通道数据采集、多功能集成设计、抗空间辐照设计以及星上实时时钟自主管理等多项关键技术,使得星载计算机寿命达到10年以上,可靠度在寿命末期达到0.989。


  771所还为北斗三号工程配套了9个型号161台套电源产品,为自主运行、测控、姿轨控等多个分系统单机提供二次电源供电。


  陕西航天科研队伍聚焦每一个细微问题,以精益求精的工作态度,以国际一流的水准,为全面建成北斗三号全球卫星导航系统贡献力量,助力“中国的北斗”成为“世界的北斗”。


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