天河漫漫 北斗璀璨——北斗导航卫星背后的故事
2018年12月27日,“北斗三号”基础系统正式向“一带一路”和全世界提供基础导航服务。中国北斗朝着全球联网的目标迈出了实质性的一步。
回顾它的起源,经过40年的动荡,中国北斗已经绘制了一条独特的探索之路,并在航海领域创造了辉煌的东方传奇。去北斗的路在哪里?光明日报记者采访了中国航天科技集团第五研究院“北斗基地营”的部分专家,请他们讲述北斗导航卫星背后的研发故事。
“小步跑”刷新中国速度
北斗工程诞生之前,中国在卫星导航领域进行了艰苦的探索,在理论探索和研究实践中开展了卓有成效的工作。作为先驱,虽然始于20世纪60年代末的“灯塔项目”最终因技术改造和有限的资金而终止,但它就像是黑暗中的灯塔,为后来启动的北斗项目积累了宝贵的经验。
中国的导航卫星走哪条路?在国际航海舞台上,中国再次处于十字路口。
1983年,以陈芳允院士为代表的专家学者提出了用两颗地球同步轨道卫星测量地面和空中目标的设想。通过大量的理论和技术研究工作,双星定位系统的概念逐渐清晰起来。
接下来,这是跨越全球网络的一步,还是一个分阶段的方法?这在当时引起了很多争议。“构建如此庞大的系统(全球网络)需要大量的时间和资金。当时,它刚刚开放,用户仍然集中在该国和周边地区。因此,“先区域性,后全球性”的技术方法是符合中国国情的参加技术路线讨论的北斗一号卫星总设计师范本耀院士表示。
因此,“区域第一,全球第二”的理念已经确定,“三步走”的北斗之路已经铺开。
让我们先解决这个问题。作为“第一步”,北斗一号将“花钱少,做大事”来验证系统设计思想的正确性。1993年初,第五研究院提出了卫星总体方案,初步确定了卫星的技术状况和总体技术指标。1994年,建立了北斗一号系统项目,并组建了一个卫星小组,全面开展研究工作。经过艰苦的关键技术研究和重大故障的成功排除,北斗一号系统终于在2003年建成,使中国成为继美国和俄罗斯之后第三个拥有独立卫星导航系统的国家。
面对快速增长的应用需求,北斗二号在保持北斗特色的同时,迈出了提高性能的“第二步”。2004年,“北斗二号”正式启动和开发,2006年成为国家16大科技项目之一。2012年12月27日,北斗系统为亚太地区提供服务,并成为国际卫星导航系统的四大提供商之一。
站在前两个星座的肩膀上,北斗的“第三步”自信而坚定。2009年12月获得批准的北斗三号开始尝试冲刺和领先,并于2018年完成了10箭19星的发射,创造了世界卫星导航系统建设的新记录,再次刷新了太空中的“中国速度”。卫星间链接,全球搜索和救援有效载荷,新一代原子钟...随着这些新的“伪像”的出现,北斗导航系统的整体性能有了很大的提高。
掌握发展的主动权。
“北斗是中国人自己开发的。“巨人”阻止我们的技术站在我们的肩膀上。唯一的办法就是成为一个巨人。”北斗一号卫星总指挥李祖红说。
作为国宝,自主创新是北斗工程的必由之路。北斗中国秉承“探索一代、研发一代、建设一代”的创新理念,始终牢牢把握发展主动权。
北斗一号最初提出了双星定位的卫星实现方法,打破了国外技术垄断,建立了北斗导航卫星测试系统,这是世界上第一个基于双星定位原理的区域性主动卫星定位系统。
北斗二号突破了构建区域混合导航星座和高精度时空基准的关键技术,实现了星载原子钟的定位,在世界上首次实现了混合星座的区域卫星导航系统。区域系统建成后,所有技术指标均相当于全球定位系统等国际先进水平。
北斗人仍然记得第一颗北斗二号卫星被开发的“燃烧的岁月”。根据国际电联的规则,频率资源是有时间限制的,而且会过期。时间不等人!在争分夺秒地完成所有早期开发任务之后,为了节省时间,所有参与者在进入发射场、移动设备、搬运机柜和配线电缆之后努力工作了3天,随后进行了200个小时的不间断通电测试...这一次,院士、模特老板和技术人员一起轮班工作。许多人因为适应环境而腹泻和发烧,但是他们都坚持在自己的岗位上,忍受着各种危险和考验。2007年4月16日,在成功发射两天后,北京从飞行试验星获得了清晰的信号,离空间频率失败只剩下不到4个小时了。正是这一壮举,有效保护了中国卫星导航系统的频率资源,启动了北斗区域导航系统的建设。
在北斗三号全球网络建设中,第五研究院率先提出了世界上第一个高中高轨星间链路混合系统,形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议、自主定轨和时间同步等系统方案。我国已研制出首个适用于单箭多星直接轨道发射的“全桁架卫星平台”,实现了卫星自主监测和自主健康管理。星载高功率微波开关、行波管放大器等国内关键元器件的成功应用,打破了核心元器件长期依赖进口、被他人控制的局面,为全球快速网络化建设铺平了道路。
每颗北斗卫星都有强大的幕后团队。
“这是一个团队项目。没有个人英雄。航天工业的成功是团队的成功。”“北斗三号”项目副总设计师、卫星总设计师谢军表示。
的确,每颗北斗卫星都有强大的幕后团队,影响卫星、运载火箭、运行控制、应用、测控、发射场等主要系统。以卫星系统为例。北斗人在总体设计、结构机械、热控、集成电子、控制与推进、负载等子系统中,以及在测试与组装环节中,虽然处于不同的位置,面临着不同的挑战,但他们始终在思考,共同努力,稳步推进北斗项目一步步向前发展。
即使是团队中的领导者和“明星”也不喜欢“隐藏任何东西”。他们认为“师出高徒才能解放教师,一代比一代强”,积极推进知识转移和人才培养,在互助中探索“自学、自强”、“推陈出新、继承经验”、“专业培训、注重实效”和“专业互补、共同进步”的“四助”策略。
在创业阶段,老北斗制作了一个简单的卫星模型,上面有药盒和别针,向新员工解释。后来,他们采用了“共享笔记本”等形式。你和我用两行文字记录了发展的经验和体会。后来,他们建立了一个监督系统来帮助年轻人携手成长。他们编写了总体设计指南和各种子系统的设计/工作手册作为教材,并用“航天器总体设计中的禁忌”详细解释了设计中的“纪律”。后来,创新的虚拟卫星培训项目逐渐成为北斗新人的必修课程。每个人分工合作。设计一颗“麻雀虽小,五脏俱全”的虚拟卫星花了不到一个月的时间。只有通过考试后,他们才能开始工作。现在,他们拥有“科研生产集成控制平台”等数字化工具,大大提高了他们的设计和制造能力。
强大的指导,加上密集的网络工程经验,大大缩短了北斗人才的成长周期。目前,北斗已经组建了一个平均年龄为38岁的老幼结合的团队。先后走出中国工程院院士范本耀、10余名卫星总设计师/总指挥、20余名副总设计师/总指挥。它为中国航天事业的发展打造了一支宝贵的“明星”团队。
寻找北斗导航卫星发展背后的故事,也将实现自主创新、团结合作、克服困难、追求卓越的北斗精神。银河很长,北斗很亮,广阔的银河从未如此靠近我们。
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