在經(jīng)歷十余天的太空旅行后，7月25日發(fā)射的第19顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星開啟了自主運(yùn)行功能，并與同時發(fā)射的第18顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星搭建星間鏈路，實(shí)現(xiàn)了太空“握手”。這意味著中國成功驗(yàn)證了全球?qū)Ш叫l(wèi)星星座自主運(yùn)行核心技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
記者從中國航天科技集團(tuán)公司五院了解到，新一代北斗雙星“兄弟”不僅在速度、精度、重量等指標(biāo)方面都比“哥哥姐姐”們更上一層樓，還能實(shí)現(xiàn)智能化的自主運(yùn)行。“高智商”的背后，有眾多全新的系統(tǒng)和技術(shù)聯(lián)合立下的汗馬功勞。
多項(xiàng)創(chuàng)新確保雙星隔空相握
“星間鏈路功能，讓星與星之間實(shí)現(xiàn)了通信、測距，進(jìn)而大大提升導(dǎo)航系統(tǒng)的自主可控能力。”北斗導(dǎo)航衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師王平說。
北斗雙星要沖出亞洲、走向世界，就要對空間環(huán)境進(jìn)行靈活應(yīng)變，保持衛(wèi)星與地面、衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的互聯(lián)互通。為此，突破北斗導(dǎo)航星座自主運(yùn)行技術(shù)，成為研制團(tuán)隊(duì)面臨的首要任務(wù)和最大的難點(diǎn)。“我們必須走自主可控之路，否則無法可持續(xù)發(fā)展。”北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍表示。
在浩瀚的宇宙，讓兩顆小小衛(wèi)星準(zhǔn)確“握手”談何容易。五院設(shè)立了全新的自主運(yùn)行分系統(tǒng)，投入了充分的資源保障，對星間鏈路和星座自主導(dǎo)航技術(shù)實(shí)施了重點(diǎn)攻關(guān)。科研團(tuán)隊(duì)率先提出了混合型新體制星間鏈路方案，完成了星間鏈路需求分析與設(shè)計(jì)，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)；同時展開了緊鑼密鼓的創(chuàng)新工作，攻克了空間相控陣天線等技術(shù)難關(guān)。眾人協(xié)同創(chuàng)新、集智攻關(guān)，全力確保著北斗衛(wèi)星隔空“一握”又穩(wěn)又準(zhǔn)。
自主導(dǎo)航助北斗獨(dú)立開展任務(wù)
衛(wèi)星之間的硬件聯(lián)通了，還要實(shí)現(xiàn)軟件上的實(shí)時互通、完美“對話”，自主導(dǎo)航技術(shù)是關(guān)鍵所在。該技術(shù)可以使導(dǎo)航衛(wèi)星脫離地面的遙控，獨(dú)立自主開展導(dǎo)航任務(wù)，為用戶提供高精度的導(dǎo)航服務(wù)。該技術(shù)已成為當(dāng)前國際上各導(dǎo)航系統(tǒng)都在全力攻克的目標(biāo)。
為此，五院總體部自2000年起就在中國率先開展星座自主導(dǎo)航技術(shù)研究，10年后承擔(dān)了國家北斗重大專項(xiàng)的自主運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)工作，歷時3年獨(dú)立自主研制出星載自主導(dǎo)航軟件。從自主導(dǎo)航總體方案設(shè)計(jì)到各類算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，研制團(tuán)隊(duì)讓北斗衛(wèi)星用共同的“語言”進(jìn)行對話，確保為全世界用戶提供更好的服務(wù)，并為中國特定用戶更高要求的使用提供支持。
“超級管家”集眾多事務(wù)于一身
在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星中首次出現(xiàn)的綜合電子分系統(tǒng)，對于北斗雙星的“高智商”功不可沒。這套由五院總體部承擔(dān)的分系統(tǒng)，在以往數(shù)管分系統(tǒng)進(jìn)行遙測遙控、自主能源和自主熱控管理的基礎(chǔ)上搖身一變，成為包攬自主導(dǎo)航算法、星間網(wǎng)絡(luò)處理等眾多重要事務(wù)于一身的“超級管家”，功能更強(qiáng)大、作用更重要。
在北斗雙星的研制中，“超級管家”從頂層優(yōu)化配置了整星的信息流和產(chǎn)品組合方式，極大地減少了整星設(shè)備間的接口，變得更加集成、輕小、可靠。按照衛(wèi)星需求，“超級管家”以標(biāo)準(zhǔn)模塊組成單機(jī)，將以前的單機(jī)都瘦身為模塊，如此下來，綜合電子系統(tǒng)與過去北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的數(shù)管分系統(tǒng)相比減重達(dá)到30%。
新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星最重要的自主導(dǎo)航功能和星間網(wǎng)絡(luò)處理功能，對時間處理有極高要求。為此，“超級管家”不僅要貼心服務(wù)所有的分系統(tǒng)，監(jiān)管其健康運(yùn)行，還要井井有條地處理信息，組織調(diào)配力量全力實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的自主管理。“這兩顆衛(wèi)星的綜合電子分系統(tǒng)，與區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星的信息集成度相比大幅提升，從而提高了整星效率。”謝軍評價道。
好“身板”為智力發(fā)展提供保障
北斗雙星均首次采用全桁架式衛(wèi)星平臺。強(qiáng)健的體格，為它們的“智力”發(fā)展提供了全面保障。
此前，中國桁架式平臺技術(shù)尚不成熟，關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)眾多。為此，科研團(tuán)隊(duì)展開艱苦攻關(guān)，從構(gòu)型設(shè)計(jì)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析、桁架平臺接頭、裝配工藝技術(shù)等多方面逐個突破關(guān)鍵技術(shù)，提出了中國首個主承力結(jié)構(gòu)桁架式衛(wèi)星平臺方案，拓展并提出桁架多運(yùn)載平臺適應(yīng)技術(shù)，使衛(wèi)星平臺能夠適應(yīng)多種運(yùn)載的一箭多星發(fā)射，確保星座快速組網(wǎng)。
該平臺不僅滿足了直接入軌一箭多星發(fā)射的苛刻要求，還使北斗導(dǎo)航衛(wèi)星內(nèi)部的有效載荷布置得更為集約。同時該平臺還在輕量化、安裝和拆卸的便捷性、結(jié)構(gòu)通用性等方面表現(xiàn)優(yōu)越，可以像“積木”一樣，根據(jù)不同的構(gòu)型隨意組合。“這一平臺的有效面積高，安放設(shè)備的效率更高，兼容性更好。”謝軍說。
