北斗三号完成星座部署 为全球用户提供“中国特色”导航服务[组图]
中国网 2020-06-23 10:21

6月23日9时43分,在西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭将北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星送入预定轨道。摄影:胡煦劼

中国网讯(记者 杨佳)6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心,利用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星。

这是北斗三号第30颗组网卫星,也是北斗系统第55颗导航卫星,它的成功发射标志着北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

这是今年北斗导航卫星的第二次发射,也是全部北斗导航卫星的第44次发射。

部署完成的北斗三号全球系统星座由3颗地球静止轨道(geostationary Earth orbit, GEO)卫星、3颗倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous orbits, IGSO)卫星、24颗中圆地球轨道(medium Earth orbit,MEO)卫星组成。

此次发射的北斗三号收官之星是GEO卫星,也被亲切地称为“吉星”,因为是第三颗吉星,又被称为“嚞星”。该类卫星在星基增强、短报文通信、精密单点定位等特色服务上发挥关键作用。

梅刚华研究员正在工作。 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院供图

北斗的硬核心

每颗导航卫星里都有一个核心装置,就是原子钟。

卫星导航是基于电磁波信号的传播进行测距定位的。无线电波以每秒30万公里的速度传播,如果能够将无线电波传播1米所花费的时间测准,卫星导航系统就可以达到1米的定位精度。这个时间长度只有3纳秒,即10亿分之3秒,要完成这种精度的时间测量,只能靠原子钟。

常用的原子钟有氢原子钟、铯原子钟、铷原子钟等。其中铷原子钟体积小、功耗低,制造和应用成本最低。美国的GPS卫星使用的主要就是铷原子钟。

星载原子钟是技术含量极高的战略性高技术,不可能从国外引进,我国北斗系统需要的星载原子钟只有走自主研发这条路。

中国科学院精密测量科学与技术创新研究院梅刚华团队,1997年开始研究星载铷原子钟技术,经过20多年的潜心攻关,为北斗系统研制出系列化星载铷原子钟产品。他们为北斗三号系统研制的甚高精度星载铷原子钟,时间测量精度达到每天0.5纳秒,居国际领先水平,可满足分米级导航定位应用需求。

据了解,北斗三号有30颗组网卫星和5颗试验卫星,每颗卫星上都装载了梅刚华团队研制的星载铷原子钟。

梅刚华团队用二十年时间,走完了国外星载铷原子钟技术四十年的发展历程,使我国的星载原子钟技术实现了从无到有、由有到精的跨越,为北斗系统工程建设做出了突出贡献。

2019年1月7日,四川省甘孜州九龙县发生森林火灾,攀枝花市森林消防支队接到上级命令后迅速赶赴火场增援。图为森林消防员正在使用背负式北斗系统的短报文功能给上级指挥部传输火场坐标及火场基本情况。 李从林 摄影

北斗的独家绝学

短报文功能是中国北斗区别于其他卫星导航系统的特色服务。

在没有通信信号覆盖的地区,北斗系统不仅可以进行导航定位,不仅能回答用户“我在哪”,还能告诉关注着用户行踪的相关方“你在哪”,在搜救、渔业等领域中发挥着不可替代的作用。北斗三号的短报文通信能力显著提升,信息发送能力从一次120汉字提升到一次1200汉字,突发情况时无需字斟句酌,足以将情节一次性说清楚,还可发送图片等信息,应用场景更为丰富。此外,北斗三号的服务能力较北斗二号拓展了10倍,在通信、电力、金融、测绘交通、渔业、农业、林业等领域,更多的人可以享受到北斗导航系统的普惠服务。

据北斗系列卫星研制单位航天科技集团五院介绍,吉星采用东方红三B(导航)卫星平台,是我国现役规模较大的卫星平台之一。强大的承载能力让“嚞星”具备无线电导航、无线电测定、星基增强、精密单点定位、功率增强、站间时间同步和定位六大本领,可为我国及周边地区用户提供导航及增强服务。

今年3月份,北斗三号第二颗GEO卫星就位后,北斗系统新体制下有源定位功能得到验证,拉开了无线电测定功能全面升级的序章。随着“嚞星”的入列,北斗三号吉星三兄弟在太空团聚,将在赤道上拉开更大距离,为全球用户提供“中国特色”的导航服务,将全球导航服务跃升到一个新的高度。

包括试验卫星在内的全部59颗北斗卫星的发射均采用了长征三号甲系列运载火箭 。 航天科技集团一院供图

北斗的“梦想天梯”

自2000年10月31日,长征三号甲系列运载火箭发射我国第一颗北斗导航试验卫星算起,至今共进行了44次发射,将59颗北斗卫星成功护送升空,发射成功率100%,因此长征三号甲系列火箭也被称为北斗组网工程的“梦想天梯”。

长三甲系列火箭研制于上世纪80年代末,已经有30多年的历史。自1994年首飞以来,也已经走过了26年的历史。从现在来看,这款火箭依然有比较强大的生命力,原因是30多年来,从来没有停止过技术创新。虽然从外观上看变化不大,但实际上从内部已经焕然一新。

比如火箭的神经系统——控制系统,从2000年开始进行系统级的冗余改进,把一些一旦出现问题就容易损坏的部件,换成能够经受一定程度故障的部件,提高系统的可靠性。

再比如火箭的核心系统之一——增压输送系统,也采取了类似的创新和改进,提高了火箭的可靠性。

长三甲从来没有停止过创新的脚步,从火箭状态来说,大体固化并行小步迭代。所有的这些改进,都在不断提高长三甲系列火箭的生命力。

截止至此次发射任务共发射112次,长三甲系列火箭成为我国发射次数最多的系列运载火箭。

在西昌卫星发射中心指挥控制站内,工程师正在进行数据检测。 车元元 摄影

永不出鞘的利剑

航天工程是一个系统工程,为此,一旦发现差错,所有工作都将“归零”,一旦出现故障或问题,该项工作都将会从第一步至最后一步,都从零进行检查,直至问题完全解决。

据介绍,在每次发射北斗任务前,测控系统的工作人员都至少需要提前4小时到达工作岗位,每次北斗发射会依据火箭特性持续5至10几个小时不等。

在高密度的发射任务下,中心需要在最短的时间内完成手上的发射任务并及时切换到下一个任务,在最繁忙的时候,在15天的时间里,中心工作人员就要进行一次工作任务的切换,进入下一次的发射流程。

大量繁琐的数据处理工作,让西昌卫星发射中心的测控人常常一坐就是6、7个小时,他们常常是那群每天来得最早却走得最晚的人,针对每次不同的工作任务和不同的星箭型号,他们做的工作繁琐却又细致。

由于北斗卫星组网的时间紧、任务重,并且对于国家的发展有着极其重要的战略意义。从2018年下半年开始,他们平均20天就要完成一次卫星发射任务。在正式发射的那十几个小时里,他们需要以高度集中的精神盯着电脑屏幕,同时在心里不断重复检查的过程。

中心测控系统高级工程师罗启富表示,“任务结束时,我们走出机房常常都会出现两眼发黑的情况,通常要好几天才能缓过来。”

西昌卫星发射中心的测控部门在北斗系列卫星成功发射的基础上,根据回传的数据进行应用摸索,并把相关的数据用于后续的北斗发射。这样的“边发边用”,成为了后续北斗卫星成功发射的进一步保障。

作为一把永不出鞘的利剑。测控部门还肩负着安全控制的重任,测控系统监视显示分系统指挥员胡杰介绍,一旦发生火箭严重偏离轨道的情形并且威胁到了下方城市的安全,我们就要启动“安全控制”程序,在高空中对火箭启动炸毁程序。但很幸运,我们在整个“北斗”系列发射的过程中从未执行过此类命令。

北斗导航卫星星历星座图 来源:中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心

中国的北斗 世界的北斗

北斗是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是可以为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位导航授时服务的重要空间基础设施。

随着北斗系统建设和服务能力的发展,相关产品广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域,逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面,为全球经济和社会发展注入新的活力。

北斗系统建设中蕴藏着航天人自强不息、甘于奉献的中国精神。北斗三号全球系统最后一颗组网卫星的发射成功,并不意味着北斗系统的结束,而是又一个新的起点。

习近平总书记在给联合国全球卫星导航系统国际委员会第十三届大会的贺信中指出,中国高度重视卫星导航系统建设发展,积极开展国际合作。2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合定位导航授时体系。

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