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北斗双星“高智商”因众星搭桥 “超级管家”显神威

时间:2015年08月12日 信息来源:人民网-科技频道 点击: 【字体:

8月9日,在经历了十余天的太空旅行后,第十九颗北斗导航卫星开通了自主运行功能,并与同为7月25日发射的第十八颗北斗导航卫星搭建了星间链路,实现了太空“握手”。这意味着,我国成功验证了全球导航卫星星座自主运行核心技术,为实现全球卫星导航系统奠定了坚实的基础。


第十八、十九颗北斗导航卫星以实力证明了自己——他们不仅在速度、精度、重量等指标方面都比“哥哥姐姐”们更上层楼,还能实现智能化的自主运行。高“智商”的背后,有众多全新的系统和技术联合“搭桥”,为其“智商”的全面跃升立下了汗马功劳。让我们走进中国航天科技集团公司五院,探寻其中的奥秘。


“筑路新星”架金桥


北斗双星要冲出亚洲、走向世界,就要对空间环境进行灵活应变,保持卫星与地面、卫星与卫星之间的互联互通。为此,突破北斗导航星座自主运行技术,成为研制团队面临的首要任务和最大的难点。“我们必须走自主可控之路,否则无法可持续发展”,北斗导航卫星系统总设计师谢军说。


然而,在浩瀚的宇宙间修筑连接两颗小小卫星的“高速路”,这谈何容易。为此,五院设立了全新的自主运行分系统,投入了充分的资源保障,重点攻关星间链路和星座自主导航技术。团队展开了艰难的方案论证和研制攻关,查阅资料、做大量的仿真试验、不断优化迭代,率先提出了混合型新体制星间链路方案,完成了星间链路需求分析与设计,形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议和系统方案的设计,并在试验验证上狠下功夫,规避了众多风险。与此同时,团队展开了紧锣密鼓的创新工作,攻克了空间相控阵天线等技术难关……众人协同创新、集智攻关,全力确保着北斗导航卫星隔空“一握”又稳、又准。“星间链路功能,让星与星之间实现了通信、测距,进而大大提升导航系统的自主可控能力”,北斗导航卫星总设计师王平说。


自主导航初长成


卫星之间的硬件联通了,还要实现软件上的实时互通、完美“对话”。这个“软件”,就是自主导航技术。这一技术是北斗导航卫星“走向世界”的关键所在,它可以使导航卫星脱离“父母”的遥控,独立自主地开展导航任务,为用户提供高精度的导航服务。要知道,当前国际上各导航系统都在全力攻克星座自主导航技术。


为此,研制团队付出了极为艰辛的努力。总体部自2000年起,在国内率先开展了星座自主导航技术研究,并于十年后承担了国家北斗重大专项的自主运行关键技术攻关工作,历时三年独立自主地研制出星载自主导航软件。从自主导航总体方案设计到各类算法的设计和实现,他们努力让“北斗星”们操着共同的“语言”,进行灵活而充分的对话,确保为全世界用户提供更好的服务,并为国内特定用户更高要求的使用提供支持。


“超级管家”显神威


北斗双星高“智商”的背后,有一个低调的“超级管家”——这就是在北斗导航卫星中首次出现的综合电子分系统。这个由五院总体部承担的分系统,在以往数管分系统进行遥测遥控以及自主能源和自主热控管理的基础上,摇身一变,成为包揽自主导航算法、星间网络处理等众多重要事务于一身的“大管家”,功能更强大、作用更重要。


在第十八、十九颗北斗导航卫星的研制中,这个“大管家”从顶层优化配置了整星的信息流和产品组合方式,极大地减少了整星设备间的接口,变得更加集成、轻小、可靠。按照卫星需求,这个“管家”以标准模块组成单机,将以前的单机都瘦身为模块。如此下来,综合电子系统与区域北斗导航卫星的数管分系统相比减重达到30%。


还有新一代北斗导航卫星最重要的自主导航功能和星间网络处理功能,对时间处理的要求很高。因此,这个“管家”不仅要贴心服务所有的分系统,监管其健康运行,还要井井有条的处理信息,组织调配力量全力实现卫星的自主管理。“这两颗卫星的综合电子分系统,与区域导航卫星的信息集成度相比大幅提升,从而提高了整星效率”,卫星总设计师谢军评价道。


全新平台完美秀


北斗双星拥有一副“好体格”——我国首个“全桁架式卫星平台”。这一副“钢筋铁骨”,全面保障了他们的“高智商”。


在我国,桁架式平台技术尚不成熟,构型设计优化、结构力学响应分析、桁架平台接头、装配工艺技术……关键技术难点众多。为此,团队展开了艰难的攻关,逐个突破了关键技术,提出我国第一个主承力结构桁架式卫星平台方案,拓展并提出桁架多运载平台适应技术,使卫星平台能够适应多种运载的一箭多星发射,确保星座快速组网。


这个全新平台不仅满足了直接入轨一箭多星发射的苛刻要求,还使北斗导航卫星的内部的有效载荷布置得更为集约,更加“舒服”。同时,此平台还在轻量化、易于安装和拆卸、结构通用性组合性等方面表现优越,可以像“积木”一样,根据不同的构型随意组合。北斗导航卫星总设计师谢军评价道:“这个平台的有效面积高,安放设备的效率更高,兼容性更好”。可以说,这一卫星平台实现了我国导航卫星平台能力的提升和跨越,为全球系统快速组网奠定坚实的基础。


(作者:潘晨)
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