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第68集 北斗导航步入新时代

第68集 北斗导航步入新时代 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-16   浏览数:
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  2019年4月20日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第44颗北斗导航卫星。是2019年度北斗导航卫星首次发射,拉开了全年北斗高密度组网序幕。这颗卫星是北斗三号系统第20颗组网卫星。北斗三号基本系统在2018年的12月份已经正式向“一带一路”及全球提供基本导航服务,国北斗距离全球组网目标迈出了实质性一步。 

  回首来时路,我国北斗走出了一条独特的探索道路,在导航领域成就了一段波澜壮阔的东方传奇。今天的节目,我们来听听北斗导航卫星背后的研发故事。 

  “北斗工程”诞生之前,我国曾在卫星导航领域进行过探索和研制,也积累了一些宝贵经验。但却绕不开一个实际的问题:我国的导航卫星到底走什么样的道路呢?所以,在确定科研目标之前,面对国际导航技术竞争,我国站在了一个十字路口上。 

  1983年,以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的设想通过大量理论和技术上的研究工作,双星定位系统的概念也逐渐明晰 

  接下来就要考虑:是一步跨到全球组网?还是分阶段走?这在当时引发了不小的争议。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,需要大量的时间和资金。当时刚刚开放,用户还是集中在国内以及周边,因此‘先区域、后全球’的技术途径符合中国国情。” 

  于是,“先区域、后全球”的思路被确定下来,“三步走”的北斗之路也由此铺开。 

  作为“第一步”,北斗一号要“花小钱,办大事”,验证系统设计思想的正确性。1993年初,我国提出卫星总体方案,初步确定了卫星技术状态和总体技术指标。到了1994年,北斗一号系统工程立项,组建卫星团队全面展开研制工作。经过艰苦卓绝的关键技术攻关和重大故障的成功排除抢修,终于在2003年建成北斗一号系统,使我国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 

  面对快速增长的应用需求,在保留北斗特色的同时,北斗二号迈出了提升性能的“第二步”。 

  2004年,北斗二号正式立项研制。但建设过程中北斗二号系统的“原子钟”遇到了突发问题。原子钟就一块“手表”,它用来给卫星导航用户提供精确的时间信息服务。高精度的时间基准技术直接决定着系统导航定位精度,对整个工程的重要性,就像人的心脏一样 

  由于当时国外的技术是封闭的,所以,这也坚定了我国科研人员自力更生的信念。北斗卫星导航系统总设计师杨长风说道:“大家有了一个共识,核心关键技术,必须要突破,不能受制于人。当时北斗人有一句话,六七十年代有原子弹,我们的北斗人一定要有我们自己的原子钟”。 

  为了解决原子钟的技术难题,当时成立了三支队伍同时开展研发,并且在基础理论、材料、工程等领域同步推进。就这样,仅仅用了两年的时间,科研团队就攻克了原子钟这个最大的技术屏障。杨长风说,最后这三支队伍,干出来的东西都上天应用了,而且比国外引进的效果还好,我们的水平确实已经是一种跨越。 

  站在前两代卫星的肩膀上,北斗的“第三步”迈得更加自信和坚定。2009年12月北斗三号立项之后,开始尝试冲刺和领跑。到2012年12月,北斗系统已经面向亚太区域提供服务,成为国际卫星导航系统四大服务商之一。并且在2018年完成10箭19星发射,创下世界卫星导航系统建设的新纪录,在太空中再次刷新了“中国速度”。伴随着星间链路、全球搜救载荷、新一代原子钟这些新技术的闪耀登场,北斗导航系统的整体性能有了大幅提升。 

  这里提到的星间链路,我们可以简单理解为用于卫星之间通信的链路。它可以实现卫星和卫星间的信息传输和交换;而全球搜救载荷,说的是在卫星上装载国际搜救组织标准设备,可以为全球用户提供遇险报警和定位服务。例如,2018年9月,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以“一箭双星”方式成功发射第三十七、三十八颗北斗导航卫星,就首次加装了全球搜救载荷。 

  作为国之重器,自主创新是北斗工程的必经之路。秉承“探索一代,研发一代,建设一代”的创新思路,我国“北斗”始终把发展的主动权牢牢掌握在自己手中。北斗一号原创性地提出双星定位的卫星实现方法,打破了国外技术垄断,建立起国际上首个基于双星定位原理的北斗导航卫星试验系统。 

  北斗二号也突破了区域混合导航星座构建、高精度时空基准建立的关键技术,在国际上首次实现混合星座区域卫星导航系统。系统建成后,各项技术指标与GPS等国际先进水平相当。 

  北斗工程科研人员,至今还记得研制首颗北斗二号卫星那段激情的岁月。根据国际电联的规则,频率资源是有时限的,过期就作废了。但是就在紧要关头,又出现了新的问题。杨长风回忆起当时的情景,他说,“当时运载火箭已经上了发射塔架,进行第三次总检查的时候,卫星应答机突然发生异常,应答机是天上、地下信号联通的关键。确保拿到频率资源,要有这个信号,于是我们把应答机取出来进行修复。这时用来修复的时间只剩下三天了。那三天,说句实在话,心情紧张、沉重、压力也很大,72小时基本上没合眼。 

  2007年4月14日4时11分,这颗肩负着重要使命的北斗卫星起飞并且在4月17日成功传回了信号。此时距离国际电联的空间频率失效只剩不到4个小时。正是这次壮举,有效地保护了我国卫星导航系统的频率资源。 

  在北斗卫星全球组网建设中,我国率先提出国际上首个高、中轨道星间链路混合型新体制,形成了具有自主知识产权的星间链路网络协议、自主定轨、时间同步等系统方案;并且成功应用星载大功率微波开关等国产化元器件,打破了依赖进口的局面,这些研究成果为全球快速组网建设铺平了道路。在北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军看来,这是一项团队工程,没有个人英雄,航天事业的成功是一个团队的成功。 

  的确,每一颗北斗卫星都有着强大的幕后团队,牵动着卫星、运载火箭、运控、应用、测控、发射场等各大系统。每个环节的北斗科研人员,尽管身处不同岗位、面临不同挑战,但大家总是心往一处想、劲儿往一处使,共同推动北斗工程一步步向前迈进。 

  如今,北斗研制形成了一支平均年龄38岁、老中青结合的团队,为我国航天事业的发展增添助力 

  我国北斗科研人员一步一个脚印,实现了跨越式发展。甚至开创了很多只有北斗卫星才有的新技术。建设北斗卫星导航系统,最终就是为了应用。事实上,北斗系统这些年已经成功应用于我国的测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等很多领域。根据总设计师杨长风分享的数据来看,交通部使用北斗系统后,对危险品的运输车、旅游客车、长途客车进行了实时监控,目前已达480多万辆。事故率跟原来的同期相比减少了50%,人员的伤亡率也降低了50%。 

  今天的北斗导航系统,已经快步走进新时代,未来还将建立我国的综合导航定位设施服务体系,中国的北斗朝着“造福人类、服务全球”的伟大目标,不迈进。 


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