2018，中國(guó)靠什么完成“十送北斗”

執(zhí)行本次發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭

本報(bào)赴西昌特派記者 鄧孝慈 本報(bào)特約記者 張亦馳

19日凌晨，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射北斗三號(hào)系統(tǒng)第18、19顆組網(wǎng)衛(wèi)星，標(biāo)志著我國(guó)北斗三號(hào)基本系統(tǒng)星座部署完成。那么，這兩顆北斗三號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星到底有什么節(jié)點(diǎn)意義?中國(guó)又靠什么在2018年完成了“十送北斗”的密集發(fā)射任務(wù)?

北斗走向全球的關(guān)鍵一步

據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)介紹，此次發(fā)射的兩顆衛(wèi)星屬于中圓地球軌道衛(wèi)星，是我國(guó)北斗三號(hào)系統(tǒng)第18、19顆組網(wǎng)衛(wèi)星，總體上屬于第42、43顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。衛(wèi)星發(fā)射入軌后，將進(jìn)行在軌測(cè)試與試驗(yàn)評(píng)估，并與此前發(fā)射的17顆北斗三號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)調(diào)和性能指標(biāo)評(píng)估，于今年年底前開通運(yùn)行，向“一帶一路”國(guó)家和地區(qū)提供基本導(dǎo)航服務(wù)。自此，北斗三號(hào)基本系統(tǒng)星座將部署圓滿完成，邁出中國(guó)北斗從國(guó)內(nèi)走向國(guó)際、從區(qū)域走向全球的“關(guān)鍵一步”。北斗系統(tǒng)已成為中國(guó)實(shí)施改革開放40年來(lái)取得的重要成就之一。

據(jù)一位不愿透露姓名的專家介紹，目前發(fā)射的北斗三號(hào)衛(wèi)星大多為距離地面超過(guò)2萬(wàn)公里的中圓地球軌道，也就是MEO軌道，這也是目前GPS、“格洛納斯”和“伽利略”系統(tǒng)使用的軌道類型，非常適合全球組網(wǎng)。北斗三號(hào)衛(wèi)星中，還包括距離地面大約3.6萬(wàn)公里的地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道(IGSO)。

按照我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展三步走戰(zhàn)略，北斗三號(hào)屬于第三步。而北斗三號(hào)組網(wǎng)，則按照最簡(jiǎn)系統(tǒng)、基本系統(tǒng)、全球系統(tǒng)三步實(shí)施組網(wǎng)。2009年北斗三號(hào)工程正式啟動(dòng)實(shí)施，2016年完成了試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，2017年11月5日，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心執(zhí)行了首次組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。2018年3月底，建成由8顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星組成的最簡(jiǎn)系統(tǒng)。

按照計(jì)劃，2019年至2020年，將發(fā)射6顆北斗三號(hào)MEO衛(wèi)星、3顆北斗三號(hào)IGSO衛(wèi)星和兩顆北斗三號(hào)GEO衛(wèi)星，2020年服務(wù)范圍覆蓋全球。

各項(xiàng)性能獲得提升

相比之前的北斗二號(hào)區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，北斗三號(hào)不僅覆蓋范圍大大提升，在各項(xiàng)性能上也有很大提高。導(dǎo)航定位系統(tǒng)最核心的指標(biāo)之一是定位精度，北斗三號(hào)將這一指標(biāo)提升至2.5至5米，較北斗二號(hào)提升1至2倍。

定位精度的提升，得益于新技術(shù)的支撐。在正樣設(shè)計(jì)之初，研制團(tuán)隊(duì)就把服務(wù)精度設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定在尚未發(fā)射的第三代GPS導(dǎo)航衛(wèi)星及“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)之上。衛(wèi)星的研制單位空間技術(shù)研究院率先提出國(guó)際上首個(gè)高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、自主定軌、時(shí)間同步等系統(tǒng)方案，解決了全球布站、衛(wèi)星境外監(jiān)測(cè)的難題。而且，目前北斗三號(hào)衛(wèi)星上使用的所有部件，全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的核心裝備，它們的精確性和穩(wěn)定性從某處程度上決定了信號(hào)的空間精度。北斗三號(hào)衛(wèi)星采用更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘，銣原子鐘天穩(wěn)定度為E-14量級(jí)(也就是說(shuō)每天誤差大約是10的負(fù)14次方秒)，氫原子鐘天穩(wěn)定度為E-15量級(jí)。加之采用星間鏈路等新技術(shù)，使得空間信號(hào)精度可優(yōu)于0.5米，為達(dá)到2.5到5米的定位精度奠定了基礎(chǔ)。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命由8年提升至10-12年，在軌運(yùn)行工作可靠性有了大幅提升。

新技術(shù)也使得提供的服務(wù)得到拓展。據(jù)介紹，首先，在進(jìn)一步提高基本導(dǎo)航服務(wù)能力的基礎(chǔ)上，按照國(guó)際民航標(biāo)準(zhǔn)提供星基增強(qiáng)服務(wù)。其次，按照國(guó)際搜救衛(wèi)星組織標(biāo)準(zhǔn)，提供國(guó)際搜索救援服務(wù)。最后，在全面兼容北斗二號(hào)短報(bào)文服務(wù)基礎(chǔ)上，服務(wù)容量提升10倍，用戶機(jī)發(fā)射功率降低10倍，短報(bào)文服務(wù)能力大幅提升，用戶終端小型化、集成化，使用更方便。而且在北斗二號(hào)向北斗三號(hào)過(guò)渡過(guò)程中，能夠確保老用戶“無(wú)感知”。

高密度發(fā)射背后的“秘密”

據(jù)報(bào)道，從今年1月12日，長(zhǎng)三乙運(yùn)載火箭搭檔遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)成功發(fā)射北斗三號(hào)02組雙星，到此次發(fā)射09組雙星，11個(gè)月時(shí)間里，長(zhǎng)三甲系列火箭今年已完成的12次發(fā)射任務(wù)中有10次都是北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，共將18顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，順利實(shí)現(xiàn)今年北斗工程的圓滿收官。2018年7月以來(lái)，已執(zhí)行7次任務(wù)、發(fā)射12顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，組網(wǎng)發(fā)射最短間隔僅17天，創(chuàng)造北斗組網(wǎng)發(fā)射歷史上高密度、高成功率的新紀(jì)錄。

那么，是什么讓北斗三號(hào)以史無(wú)前例的速度組網(wǎng)發(fā)射的呢?有專家表示，正是“三個(gè)給力”確保了這樣的發(fā)射速度。首先是衛(wèi)星給力。近年來(lái)，中國(guó)空間技術(shù)研究院針對(duì)北斗衛(wèi)星批量研制特點(diǎn)，采用了一系列新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星至少60天的完全自主運(yùn)行能力。通過(guò)優(yōu)化流程，北斗三號(hào)在前方發(fā)射場(chǎng)的衛(wèi)星試驗(yàn)人員數(shù)量減少近一半、全流程時(shí)間縮短近1/3。

其次是火箭給力。長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭(包括長(zhǎng)征三號(hào)甲、長(zhǎng)征三號(hào)乙和長(zhǎng)征三號(hào)丙等)目前已經(jīng)成功發(fā)射94次，其中相當(dāng)大一部分是送北斗衛(wèi)星上天，被稱為“北斗專列”。為滿足北斗三號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)高密度發(fā)射需求，科研人員持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭適應(yīng)性、可靠性、安全性都得到大幅提升。

說(shuō)到底，還是中國(guó)航天人給力。衛(wèi)星系統(tǒng)的科研人員連續(xù)作戰(zhàn)，“干著發(fā)射場(chǎng)的星，管著天上飛的星，操心正在做的星”幾乎是北斗人的工作模式。正是航天人的給力，創(chuàng)造了一年“十送北斗”的紀(jì)錄。▲

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