揭秘:大国重器北斗三号是怎样炼成的?

来源:中国青年报作者:邱晨辉责任编辑:杨红
2017-11-13 10:19

中国北斗想和GPS一决高下

大国重器北斗三号是怎样炼成的

图表:北斗系统“三步走”。视觉中国供图

任何一个大国重器的诞生,似乎都避免不了和发达国家同类产品拼力比试、同台竞争甚至“掰手腕”的命运,作为要走进寻常百姓家的导航利器,北斗更是如此。11月5日晚,我国最新一代导航卫星北斗三号首次发射后,人们便迫不及待想知道走向全球的中国北斗,究竟能否和GPS一决高下。

这可能也是航天活动不近人情的地方,在最抓眼球的火箭点火、呼啸苍穹之后,人们的好奇心大多留给了“火箭发射有多厉害”“飞天卫星有什么用”等问题,至于其背后技术含量、研制人员辛劳程度则鲜有问津。不过,这一点并不完全适用于北斗,因为要真正说清楚它和GPS的区别,一些技术细节甚至是技术路线问题是绕不开的。

毕竟,中国北斗比GPS起步晚了20多年,不仅没能和后者站在同一条起跑线,就是在之后的追赶过程中,也不能说完全跻身到了同一个赛道上。以导航系统的地面站建设为例,美国打造GPS,可以在全世界“布点设站”,而中国囿于种种原因只能在“天上”想办法,攻坚卫星之间、星座之间的链路技术。

这正应了人们常说的那句 “既是挑战,也是机遇”。太空是个大舞台,在这个舞台上亮相的各种卫星,扮演着生旦净末丑不同的“角色”,但是无论什么样的角色,都有其基本功以及独门手艺,北斗也不例外。中国青年报·中青在线记者就此采访有关专家,揭秘走向全球的中国北斗究竟是怎样炼成的。

“大脑”:数十颗北斗卫星“天上漂”如何不擅离职守?

作为北斗三号卫星的打造者,中国航天科技集团五院的专家给出过这样一个比方——

如果把卫星类比成人的话,那么卫星的控制系统就相当于人的“大脑与神经组织”,指挥肢体完成各种工作;卫星推进系统相当于人的“肌肉组织”,推动肢体完成各种工作;而能源系统相当于人的“血液循环组织”,为大脑和肢体提供能量。

而为整个卫星提供时间基准、维持时间准确性的守时设备——原子钟,则相当于人的“心脏”,可谓“没有原子钟就没有全球导航”。卫星之间的链路技术,相当于人的“灵魂”,让人与人远距离之间也能够相互感应,彼此惦记,做到“心有灵犀”。

先说“大脑与神经组织”。这关乎不少人的一个疑问,即“数十颗北斗卫星同时在天上漂,他们如何做到不擅离职守?”

答案是,他们非常“自律”,知道自己该待在什么地方。而这种“自律”就得益于被称作卫星“大脑与神经组织”的控制系统。

按照中国航天科技集团五院北斗三号副总设计师高益军的说法,控制系统就是卫星在天上保持正确轨道、正确姿态的“总指挥”,它实时搜集卫星的轨道和姿态信息,一旦发现有所偏离,就指挥自己回到正常状态。

高益军说,有了这个北斗三号的控制分系统,就相当于增加卫星“至少60天”的完全自主运行能力。这意味着,一旦地面测控站出现故障期间,北斗卫星仍能够正常在轨工作。

“这样大大减少了对地面站的依赖,成就‘可视’范围外对卫星的控制。并大大降低系统的运行管理成本,当然这也给卫星控制系统的设计和实现带来了很大的难度。”高益军说。

值得一提的是,此次北斗三号研制任务中,控制系统国产化单机达100%,分系统国产化元器件占90%以上——这是高益军透露的一组数据。他说:“控制系统里没有一台进口产品。”

至于卫星的“血液循环组织”,有一个重要的组成部分,名为“二次电源”,它将卫星上一次太阳能或电池的电能进行转换,并通过星上线缆网——相当于卫星的“血管系统”,输送到各种电子设备。

按照中国航天科技集团五院510所专家的说法,电子设备有什么样的口味,他们就有什么样的“电能菜谱”,让卫星电子设备“大快朵颐”,来完成在太空中的表演。

轻触这里,加载下一页