揭秘︰大國重器北斗三號是怎樣煉成的?

來源︰中國青年報作者︰邱晨輝責任編輯︰楊紅
2017-11-13 10:19

中國北斗想和GPS一決高下

大國重器北斗三號是怎樣煉成的

圖表︰北斗系統“三步走”。視覺中國供圖

任何一個大國重器的誕生,似乎都避免不了和發達國家同類產品拼力比試、同台競爭甚至“掰手腕”的命運,作為要走進尋常百姓家的導航利器,北斗更是如此。11月5日晚,我國最新一代導航衛星北斗三號首次發射後,人們便迫不及待想知道走向全球的中國北斗,究竟能否和GPS一決高下。

這可能也是航天活動不近人情的地方,在最抓眼球的火箭點火、呼嘯蒼穹之後,人們的好奇心大多留給了“火箭發射有多厲害”“飛天衛星有什麼用”等問題,至于其背後技術含量、研制人員辛勞程度則鮮有問津。不過,這一點並不完全適用于北斗,因為要真正說清楚它和GPS的區別,一些技術細節甚至是技術路線問題是繞不開的。

畢竟,中國北斗比GPS起步晚了20多年,不僅沒能和後者站在同一條起跑線,就是在之後的追趕過程中,也不能說完全躋身到了同一個賽道上。以導航系統的地面站建設為例,美國打造GPS,可以在全世界“布點設站”,而中國囿于種種原因只能在“天上”想辦法,攻堅衛星之間、星座之間的鏈路技術。

這正應了人們常說的那句 “既是挑戰,也是機遇”。太空是個大舞台,在這個舞台上亮相的各種衛星,扮演著生旦淨末丑不同的“角色”,但是無論什麼樣的角色,都有其基本功以及獨門手藝,北斗也不例外。中國青年報•中青在線記者就此采訪有關專家,揭秘走向全球的中國北斗究竟是怎樣煉成的。

“大腦”︰數十顆北斗衛星“天上漂”如何不擅離職守?

作為北斗三號衛星的打造者,中國航天科技集團五院的專家給出過這樣一個比方——

如果把衛星類比成人的話,那麼衛星的控制系統就相當于人的“大腦與神經組織”,指揮肢體完成各種工作;衛星推進系統相當于人的“肌肉組織”,推動肢體完成各種工作;而能源系統相當于人的“血液循環組織”,為大腦和肢體提供能量。

而為整個衛星提供時間基準、維持時間準確性的守時設備——原子鐘,則相當于人的“心髒”,可謂“沒有原子鐘就沒有全球導航”。衛星之間的鏈路技術,相當于人的“靈魂”,讓人與人遠距離之間也能夠相互感應,彼此惦記,做到“心有靈犀”。

先說“大腦與神經組織”。這關乎不少人的一個疑問,即“數十顆北斗衛星同時在天上漂,他們如何做到不擅離職守?”

答案是,他們非常“自律”,知道自己該待在什麼地方。而這種“自律”就得益于被稱作衛星“大腦與神經組織”的控制系統。

按照中國航天科技集團五院北斗三號副總設計師高益軍的說法,控制系統就是衛星在天上保持正確軌道、正確姿態的“總指揮”,它實時搜集衛星的軌道和姿態信息,一旦發現有所偏離,就指揮自己回到正常狀態。

高益軍說,有了這個北斗三號的控制分系統,就相當于增加衛星“至少60天”的完全自主運行能力。這意味著,一旦地面測控站出現故障期間,北斗衛星仍能夠正常在軌工作。

“這樣大大減少了對地面站的依賴,成就‘可視’範圍外對衛星的控制。並大大降低系統的運行管理成本,當然這也給衛星控制系統的設計和實現帶來了很大的難度。”高益軍說。

值得一提的是,此次北斗三號研制任務中,控制系統國產化單機達100%,分系統國產化元器件佔90%以上——這是高益軍透露的一組數據。他說︰“控制系統里沒有一台進口產品。”

至于衛星的“血液循環組織”,有一個重要的組成部分,名為“二次電源”,它將衛星上一次太陽能或電池的電能進行轉換,並通過星上線纜網——相當于衛星的“血管系統”,輸送到各種電子設備。

按照中國航天科技集團五院510所專家的說法,電子設備有什麼樣的口味,他們就有什麼樣的“電能菜譜”,讓衛星電子設備“大快朵頤”,來完成在太空中的表演。

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