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北斗二号卫星工程创新引领“星”梦苍穹

时间:2017年01月11日 信息来源:人民网-科技频道 点击: 【字体:

人民网北京1月10日电 9日,2016年度国家科学技术奖励大会在京召开,会上“北斗二号卫星工程”(下文简称“北斗二号”)荣获国家科技进步特等奖。据悉,“北斗二号”卫星导航系统由14颗组网卫星和32个地面站天地协同组网运行,可为我国和亚太地区提供导航、定位、授时和短报文通信服务。


中国电科通信事业部39所、54所、9所等众多科研单位,参与了包括新一代航天扩频测控网、地面运行控制系统在内的众多科研项目的建设,在“北斗二号”身上注入了强大的电科“基因”,为其高精度、高连续、高稳定在轨运行提供了强大技术支撑。


织一张扩频测控“网”


“北斗二号”中最具特色的莫过于创建了新一代航天扩频测控网,这张网创新地采用了由10所研制的S频段扩频统一系统,首次将扩频技术引入航天测控领域,与传统USB测控相比,该系统具有高精度、多目标、高抗干扰性等显著优点,为测控领域带来了一次革命性的技术创新,是航天测控事业发展的一个里程碑。


这张网采用系统通过综合集成设计,进一步提高了自动化标校测试、自动化故障诊断及自动化监控管理水平,并首次在测控系统中研制了基于计划驱动的自动运行软件,实现系统“有人值守、无人操作”。


据介绍,S频段扩频统一系统,主要为装有各类扩频体制应答机的航天器提供测控支持,可用于支持“北斗二号”导航及后续地球轨道航天器轨道发射和早期阶段和运行阶段的测控任务,并可以兼顾较远距离的航天器探测和有关卫星应用数据的接收。


建一条“星”地射频“道”


“北斗二号”地面运控系统建设中,通信事业部39所研发的抛物面天线实现了对卫星的自动跟踪,从而保证天线电轴可以始终准确地指向卫星,为地面运控系统提供了一条高品质的、传输时延和相位中心稳定的上下行射频通道,填补了我国在此领域的空白。


在这个运控系统,最引人瞩目的是天线伺服控制无人值守技术和单脉冲/程序混合跟踪技术的运用。天线伺服控制无人值守技术,可使天线根据系统播发的预推卫星星历和地面站坐标计算天线方位俯仰引导角度,从而实现对卫星的跟踪,任务结束后天线自动收藏,减少了人为操控失误,提高了系统的可靠性。


单脉冲/程序混合跟踪技术的运用,可使天线一旦发现满足跟踪条件的目标,则自动进入自跟踪,同时在自跟踪过程中,如果目标跟丢了,系统可通过系统判断再次发现目标进行跟踪。


据悉,目前中国电科共为“北斗二号”建设了十余多型套监测站天线,同时在设备运行期间,不间断地做好各种售后工作,为系统的稳定运行提供了可靠的支持。


铸一条“星”间链“路”


“北斗二号”之所以可以提供高精度的位置服务和授时服务,需要依托通过地面基站进行支持。地面基站“走出国门”太难,若在境外无法建立有效的地面站,也就会使放到境外的星群处于不可控制的状态,根本无法实现正常的导航功能。


不能在境外设立地面基站,在“星”与“星”之间建立起一条“链路”,利用星间链路系统使几十颗星编织成星网成为一个整体,这样只要能保证其中任何一颗星的位置准确,就可以实现整个卫星网络的准确运行,还可以提高导航卫星授时和定轨的精度。采用卫星与卫星间相互通信,能够大大减少地面站的数量,从而突破了国境的限制,突破了北斗系统从区域走向全球的最大技术难点。


在这种思路的指引下,星间链路地面管理系统应运而生。经过5年的不懈努力,通信事业部54所的攻坚团队突破了一个个技术难点,在国际上首次验证相控阵星间链路与自主导航体制,实现了卫星之间能相互传送数据,不再依赖地面基站。


“星间链路”作为一个重大自主创新,与以往的北斗导航卫星相比,“星间链路地面管理站”为北斗自主运行能力达到GPS现代化水平提供强有力的支撑,有效解决北斗导航卫星之间的通信问题,全球组网后,30余颗北斗导航卫星将借助该系统实现“互联互通”。星间链路系统将各个导航卫星紧密联系起来,组成一个相对“自主运行”的体系,即使地面设备全部遭到破坏,通过该系统,北斗导航卫星也能够保持度地运行很长一段时间。


造一位“星”语“医生”


只有健康的卫星才可以参与定位服务,为了精准“找到”卫星,理解卫星的“语言”,并且从“医生”的角度专业评判出一颗卫星是否健康,并将诊断结果精准有效地传回“诊断中心”,需要有专门的设备予以实现。为此,中国电科20所为“北斗二号”打造了一名“卫星医生”——“地面监测接收机”和监测站。


据悉,目前中国电科已经打造了22名这样的卫星“医生”,并布局了22个监测站,在广袤大地上守护天上的“星星”们的健康,为“北斗二号”全球化布局提供坚实的工程和技术保障。别看地面监测接收机身材“娇小”,但就是这个只有电脑机箱大小的东西,功能却是独一无二,基本上囊括了地面系统几乎所有的技术难点。


攻坚团队仅用了一年的时间,便完成了30余次大型联调联试,100余项大小测试科目,实现了整机装备国产化率高达90%以上,对北斗系统精密定轨、完好性监测起到重要的支撑作用,为北斗系统全面国产化成功“试水”,在性能上填补了国内空白,达到国际领先水平。


铸一双高能“星”翼


“北斗二号”的数十颗卫星,都有一双精心打造的高“能”翅膀。这些翅膀——“北斗二号”卫星电源子系统由18所打造,包括太阳电池阵、蓄电池组和电源控制设备等众多产品。


这双飞天“羽翼”在铸造过程中克服了众多技术难点,实现了包含太阳电池阵混合布局技术、高可靠性母线控制技术、分流调节器高可靠温度控制技术、蓄电池组轮流充电控制技术、蓄电池组极限温度控制技术和新型蓄电池组结构设计等多项技术创新,填补了我国空间电源的空白,而且为后继型号的工程应用提供借鉴,对我国同步轨道中功率卫星平台发展产生了重大影响,为“北斗二号”的顺利组网做出了重要贡献,提高了我国空间电源的研制水平为导航二代二期卫星的一次电源子系统的研制提供了技术基础。


同时,21所还为这双“羽翼”,配备了专门的“防护罩”——感应子式永磁步进电动机,这个“防护罩”它采用电磁优化技术和高可靠性结构设计实现了轻小型化、功耗低,可以确保电磁阵的展开,并使太阳能帆板始终指向太阳,保证卫星在不同角度都能接收到太阳能。


研一系列最“星”科技


除此之外,9所、23所、重庆声光电等成员单位为“北斗二号”研发了系列关键元器件,确保“北斗二号”的安全、平稳运行。


6型系列隔离器,主要应用于卫星系统的隔离和去耦,可以有效改善系统驻波;高可靠航天航空高温特种电线电缆,既可以作为电源线、安装线,又可以作为信号线使用,可以长期-65℃~+260℃温度下工作,能满足北斗工程所需的体积小、重量轻、耐辐照、耐高温、高可靠性、综合性能好等众多要求;自主研发的导航射频芯片,一块芯片可替换之前的多枚芯片,并且芯片体积更小,功耗更低,集成度更高;自主开发的星载测量型电路,为国内首款星载领域的北斗射频芯片,填补了国内芯片在北斗导航领域星载应用的空白。


作为“北斗二号”卫星工程中的中坚力量,中国电科不断创新,研发了系列高精尖产品,培育了敢于拼搏的“北斗”精神,在广袤大地上“电科人”用一腔科技报国的热忱守护着“星星”们的健康,为北斗卫星导航系统全球化布局提供坚实的工程和技术保障,为北斗的全球化进程腾飞不懈奋斗着。


(作者:林露)
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