46颗了!揭秘中国北斗独一无二“大棋局”

01-01 08:00 | 科技+来源: 中国青年报客户端

6月25日凌晨,我国第46颗北斗导航卫星成功发射,它将“落子”高轨道棋盘上,以更广的区域、更高的精度,增强北斗三号整体技术指标。作为我国自主创新的一张响亮名片,中国北斗正以领先全球的速度部署全球导航的“大棋局”。

在美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略等纷纷以单一轨道卫星部署星座的背景下,来自中国的北斗独树一帜,采用3种轨道卫星组成混合导航星座,为国际卫星导航技术体系贡献了中国智慧和中国方案。北斗“棋盘”究竟有哪些奥妙?记者走进了被誉为“北斗大本营”的航天科技集团五院一探究竟。


(摄影:郭文彬)



(中国北斗五院团队与星箭合影,航天科技集团五院供图)

(1)三类“棋子”均不凡

截至目前,北斗三号已成功发射了21颗卫星,包括18颗MEO卫星(中圆轨道卫星,因小巧灵活被网友称为“萌星”)、1颗GEO卫星(地球静止轨道卫星,被北斗人称为“吉星”)和2颗IGSO卫星(倾斜地球同步轨道卫星,被北斗人称为“爱星”)。

正如棋子落在纵横交错的棋盘上,这3类卫星在不同的轨道上坚守着岗位——

“萌星”是全球组网的主力,不辞辛劳地绕着地球满场跑着,让自己的星下点轨迹不停地画着波浪线,以求覆盖到全球更广阔的区域;

“吉星”则始终随着地球自转而动,以便时刻聚焦祖国;

“爱星”则像辛勤的蜜蜂一样,让自己的星下点轨迹始终聚焦亚太地区跳8字舞。

此次发射的第46颗北斗导航卫星,是北斗三号的第二颗“爱星”。

这3类战功赫赫的棋子,并非在北斗三号系统中首次联手,他们在北斗二号系统中就联袂展示了“中国功夫”,只不过各自的岗位职责发生了变化。

(2)立足国情巧设计

不难看出,承担全球组网任务,有“萌星”足矣,为何还要将“爱星”和“吉星”拉入战队?

要回答这个问题,还得从北斗起步之初关于方向和路线的争论谈起。

中国导航卫星究竟走什么样的道路?是一步跨到全球组网,还是小步快跑、分阶段跨越?在激烈的思想碰撞中,意见渐渐倾向于后者。

参与了技术路线讨论的北斗一号卫星总设计师范本尧院士说:“系统一下建那么大(全球组网),需要大量的时间和资金。当时刚刚改革开放,用户集中在国内、周边。因此,‘先区域、后全球’的技术途径很正确,符合中国国情,具有中国特色。”

“中国-亚太-全球”,三步走的路线决定了北斗的格局。在前两步里,北斗需要锁定中国和亚太地区提供服务,“吉星”和“爱星”显然更有优势,而“萌星”则不太经济实惠,况且当时“萌星”上的很多关键技术尚未突破。但也不能完全放弃萌星,必须通过实战验证技术,因为毕竟最终一步仍要迈向全球。

为此,五院北斗人首次建成了 GEO/IGSO/MEO 即“吉星”“爱星”和“萌星”的混合星座,以最少的卫星数量建设了集基本导航、位置报告等多种业务于一体的北斗二号区域卫星导航系统,成为世界上区域卫星导航系统建设的典范。

这种技术体制可以高效构建区域系统,兼顾拓展全球系统。在北斗二号系统的建设中,通过4颗“萌星”发射并在轨运行,逐步攻克了一系列瓶颈问题。

也因此,当北斗开启全球组网征程后,跃升为主力的“萌星”得以大显神威。

不过,此时的“吉星”和“爱星”也并未退出历史舞台。

五院专家告诉记者,北斗星座是一个团队,最讲求优势互补、整体最优。北斗人充分考量了吉星和爱星的优势,为他们设计了数量不多、作用却很关键的岗位。他们不仅承担着配合萌星、显著增强北斗三号整体技术指标的“助攻”职责,还携带了很多“神器”,为未来的北斗之路进行拓展和验证。

“妙移星位补银河!不盲目求成、不陷于困境,这充满了中华民族实践智慧和务实精神的北斗路线与星座方案设计,为国之重器奠定了最坚实的根基。”该专家说。

(3)独特棋盘显功底

事实上,充满智慧的方案设计,若落实不到行动中,终是一纸蓝图。从设计走向建成,最考验技术实力和锲而不舍的精神。五院北斗人自1994年北斗一号立项之时,便踏上了漫漫北斗路。

为建成国际上首个混合星座区域导航卫星系统,即北斗二号卫星系统,来自五院的科研团队突破了混合导航星座设计、高稳定性信号播发通道、有源和无源定位一体化、星载原子钟高精度高稳定热控等众多关键技术,首次实现导航定位、短报文通信、差分增强三种服务融为一体。

“吉星”“爱星”用于高精度导航的系列关键技术——get!

“爱星”“萌星”灵活高效的空间数据管理系统,提高卫星信息管理和自主运行水平——get!

迈入第三步,在建设世界一流的北斗全球系统的过程中,中国北斗人又实现了我国导航卫星能力的提升和跨越:

我国首个全桁架式卫星平台,承载效率等指标达国际一流水平——get!

首次实现独具特色的新型导航信号播发,极大提升了用户抗干扰能力和测距精度——get!

突破多轨道混合星座星间链路技术,实现导航星座“一站式管理”——get!

突破卫星自主健康管理技术,卫星信号非计划中断次数达到国际先进导航卫星服务水平——get!

随着清单上的瓶颈问题被逐项划上对勾,中国北斗将核心技术牢牢掌握在自己手中,冲出亚洲,走向世界。

一环连着一环拧,一项接着一项破。

在北斗长征路上,中国北斗人从摸爬滚打中首创了航天项目群管理模式,形成了一套新体系探索、关键技术攻关、成果转化、人才培养的良性机制和完备的科研配套设施,有力支撑了北斗卫星组批生产和密集发射,创造了星座组网的“中国速度”。

星驰万里。那闪耀的星座由中国创造,并将服务于全世界。(中国青年报教育科学部编辑)

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作者:邱晨辉 潘晨

责任编辑:侯歆钰