北斗导航家族“步步高”

<p checkedbycsshelper="true">7月25日发射成功的北斗导航双星“兄弟”属于我国北斗导航卫星系统建设战略第三步（于2020年左右，建成由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗卫星导航系统，前两步即建立起完善的北斗导航试验系统和覆盖亚太地区的北斗卫星导航系统已实现）的初始阶段，作为北斗家族的新成员，在继承前面“众兄弟”优点的基础上，又有着自己独特的优势。“我们在推进北斗导航卫星研制的过程中，不断创新理念、技术，优化流程，升级产品，从这个角度来讲，北斗导航双星‘兄弟’是他们哥哥们的升级版”，中国航天科技集团五院北斗导航卫星系统总设计师谢军告诉记者。</p><p checkedbycsshelper="true"><strong checkedbycsshelper="true">寿命长 性能指标大跨越</strong></p><p checkedbycsshelper="true">在之前北斗导航卫星8年可靠性设计基础上，此次发射的两颗卫星寿命将提高到12年，这对卫星的总体设计和各分系统都提出了更高的要求。</p><p checkedbycsshelper="true">五院总体部立足于任务需求，自主研发了我国首个全桁架式卫星平台，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，为全球系统快速组网奠定了坚实的基础。</p><p checkedbycsshelper="true">卫星在轨稳定工作12年，控制分系统要实现至少60天完全自主运行的目标，这对卫星的“大脑”提出了极高的要求。五院502所研制的首个高轨卫星综合电子系统被称为“最强大脑”，它的成功在轨应用，推动着中国航天综合电子技术的跨越式发展，为卫星电子系统智能化、集成化、轻量化和高可靠寻求了最优的解决方案。研发自主可控的“中国芯”是搭建“最强大脑”十分重要的一步。卫星上应用了我国自主知识产权的四核片上系统SoC2012和国产化ASIC芯片，这两种产品从方案到控制算法，从硬件到SpaceOS2.0操作系统、再到应用软件，均为100%中国制造，其性能大幅超越上一代产品。中心管理单元（CMU）是“最强大脑”的核心产品，质量较过去减少了1/3多，功耗、体积大大减小；计算性能是之前导航卫星的3倍，通信能力和可靠性均达到国际先进水平，自主管理、自主诊断和生存能力得到全面提升。</p><p checkedbycsshelper="true">卫星采用全新导航卫星专用平台，动力系统首次全面采用了五院502所研制的新一代双组元10N发动机即10NG，重量只有600克，却承担了卫星整个寿命期间的姿态控制与轨道调整任务，是我国目前唯一使用的长寿命双组元姿控发动机。相比于之前导航卫星上做出重要贡献的10N发动机，10N改进型发动机增加了更多的“技能”：其节省的燃料可以为卫星延寿的时间将以年计；最长累积点火时间可达到90小时以上；动作的准确度和精度提升了整整一倍，保证了在任何时间任何地点，只要卫星需要，都能在第一时间毫无偏差的做到位。</p><p checkedbycsshelper="true">随两颗卫星成功远征的CMOS小相机是中国航天科技集团五院508所CMOS相机家族的“第二代＋”产品。在外形上，相机成功“瘦身”1/7，体积和功耗也大幅降低，在太空实现了“环保经济”；相机首次具备了一张16G的内存卡，可以存储256张照片；首次采用多斜率积分成像技术，在以往全局测光的基础上新增局部测光功能，可以对想要呈现的具体景物单独测光，保证图像更加清晰自然；该技术还提高了图像的动态范围，避免照片曝光过度或光线太暗导致的成像模糊，使相机足以应对太空中恶劣的成像条件，图像质量显著提高。</p><p checkedbycsshelper="true">五院510所研制的高精度铷钟是两颗卫星有效载荷的核心设备，为整个卫星提供时间基准和频率基准，其稳定度直接决定了导航卫星的精准度。相比前期导航卫星铷钟物理部分，高精度铷钟物理部分的真空万秒稳定度提高了10倍，导航精度更加精确，自主导航时间延长。</p><p checkedbycsshelper="true"><strong checkedbycsshelper="true">科学干 研制效率大提升</strong></p><p checkedbycsshelper="true">为了让“双星”兄弟顺利与天上的“众兄弟”汇合，更好的完成使命，广大航天科研工作者勇于创新，优化流程，在研制过程中，探索出了很多提高效率的方法。</p><p checkedbycsshelper="true">经过前期北斗导航卫星的探索与实践，五院总装与环境工程部形成了整星批试验的技术体系，具备了完整的批试验技术流程，研制出成套的批试验专用工装，在国内首次实现了大型航天器批量化热试验，缩短了试验周期。刚刚发射成功的北斗导航双星就实现了并行热试验，这是国内首次中型卫星双星在同一容器内并行进行热平衡、热真空试验。另外，在卫星的振动试验中，该部还采用了力限振动控制方法，此方法首次在正样星应用，标志着该技术的逐步成熟。</p><p checkedbycsshelper="true">仿真系统的应用为研制任务的顺利完成提供了技术支持和质量保证。总装工艺师们发明了基于航天器装配仿真技术的虚拟装配方法，实现了卫星群总装流程优化、大重及特殊设备安装、逆流程操作等难题解决方案的可行性验证与风险分析，关重设备安装及逆流程操作一次合格率100%，既省时省力，又能提前发现装配风险；电磁兼容仿真系统也为五院529厂研发的一种插板式二次电源产品做出了突出贡献。这种电源产品是将6个小模块电源集成在一起的板卡式组件产品，集成度高带来的是复杂的电磁影响关系，试验次数多是影响任务进度的难点，而在仿真系统的帮助下，原来要验证一个设计，往往需要做十几次试验，现在在电脑中进行仿真，不光速度快，还能直接生产各种数据，让设计师改进设计时有据可依。</p><p checkedbycsshelper="true">北斗导航卫星贮箱的研制，批量大、节点紧，五院510所将贮箱产品的生产过程划分为通用相似零组件生产阶段和产品组装阶段，将以前按技术流程组织生产的模式，转变为按零组件生产，实行表格化管理，生产进度细化到每一个工序。打破型号壁垒，避免了由于缺乏整体协调、各型号之间抢占生产资源的现象，使生产线上的每个环节的能力都发挥到最佳，提高了生产效率。</p><p checkedbycsshelper="true">作为北斗家族的新成员，双星“兄弟”的亮点还有很多很多；科研人员的创新故事也远不止这此，在此只能截取其中的代表加以介绍，期望大家对这个“家族”有更深的了解，对我们的北斗导航系统更有信心！</p><br />