人民網(wǎng)北京1月10日電 9日，2016年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在京召開，會上“北斗二號衛(wèi)星工程”（下文簡稱“北斗二號”）榮獲國家科技進(jìn)步特等獎。據(jù)悉，“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由14顆組網(wǎng)衛(wèi)星和32個地面站天地協(xié)同組網(wǎng)運(yùn)行，可為我國和亞太地區(qū)提供導(dǎo)航、定位、授時和短報(bào)文通信服務(wù)。
中國電科通信事業(yè)部39所、54所、9所等眾多科研單位，參與了包括新一代航天擴(kuò)頻測控網(wǎng)、地面運(yùn)行控制系統(tǒng)在內(nèi)的眾多科研項(xiàng)目的建設(shè)，在“北斗二號”身上注入了強(qiáng)大的電科“基因”，為其高精度、高連續(xù)、高穩(wěn)定在軌運(yùn)行提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐。
織一張擴(kuò)頻測控“網(wǎng)”
“北斗二號”中最具特色的莫過于創(chuàng)建了新一代航天擴(kuò)頻測控網(wǎng)，這張網(wǎng)創(chuàng)新地采用了由10所研制的S頻段擴(kuò)頻統(tǒng)一系統(tǒng)，首次將擴(kuò)頻技術(shù)引入航天測控領(lǐng)域，與傳統(tǒng)USB測控相比，該系統(tǒng)具有高精度、多目標(biāo)、高抗干擾性等顯著優(yōu)點(diǎn)，為測控領(lǐng)域帶來了一次革命性的技術(shù)創(chuàng)新，是航天測控事業(yè)發(fā)展的一個里程碑。
這張網(wǎng)采用系統(tǒng)通過綜合集成設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了自動化標(biāo)校測試、自動化故障診斷及自動化監(jiān)控管理水平，并首次在測控系統(tǒng)中研制了基于計(jì)劃驅(qū)動的自動運(yùn)行軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“有人值守、無人操作”。
據(jù)介紹，S頻段擴(kuò)頻統(tǒng)一系統(tǒng)，主要為裝有各類擴(kuò)頻體制應(yīng)答機(jī)的航天器提供測控支持，可用于支持“北斗二號”導(dǎo)航及后續(xù)地球軌道航天器軌道發(fā)射和早期階段和運(yùn)行階段的測控任務(wù)，并可以兼顧較遠(yuǎn)距離的航天器探測和有關(guān)衛(wèi)星應(yīng)用數(shù)據(jù)的接收。
建一條“星”地射頻“道”
“北斗二號”地面運(yùn)控系統(tǒng)建設(shè)中，通信事業(yè)部39所研發(fā)的拋物面天線實(shí)現(xiàn)了對衛(wèi)星的自動跟蹤，從而保證天線電軸可以始終準(zhǔn)確地指向衛(wèi)星，為地面運(yùn)控系統(tǒng)提供了一條高品質(zhì)的、傳輸時延和相位中心穩(wěn)定的上下行射頻通道，填補(bǔ)了我國在此領(lǐng)域的空白。
在這個運(yùn)控系統(tǒng)，最引人矚目的是天線伺服控制無人值守技術(shù)和單脈沖/程序混合跟蹤技術(shù)的運(yùn)用。天線伺服控制無人值守技術(shù)，可使天線根據(jù)系統(tǒng)播發(fā)的預(yù)推衛(wèi)星星歷和地面站坐標(biāo)計(jì)算天線方位俯仰引導(dǎo)角度，從而實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤，任務(wù)結(jié)束后天線自動收藏，減少了人為操控失誤，提高了系統(tǒng)的可靠性。
單脈沖/程序混合跟蹤技術(shù)的運(yùn)用，可使天線一旦發(fā)現(xiàn)滿足跟蹤條件的目標(biāo)，則自動進(jìn)入自跟蹤，同時在自跟蹤過程中，如果目標(biāo)跟丟了，系統(tǒng)可通過系統(tǒng)判斷再次發(fā)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
據(jù)悉，目前中國電科共為“北斗二號”建設(shè)了十余多型套監(jiān)測站天線，同時在設(shè)備運(yùn)行期間，不間斷地做好各種售后工作，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的支持。
鑄一條“星”間鏈“路”
“北斗二號”之所以可以提供高精度的位置服務(wù)和授時服務(wù)，需要依托通過地面基站進(jìn)行支持。地面基站“走出國門”太難，若在境外無法建立有效的地面站，也就會使放到境外的星群處于不可控制的狀態(tài)，根本無法實(shí)現(xiàn)正常的導(dǎo)航功能。
不能在境外設(shè)立地面基站，在“星”與“星”之間建立起一條“鏈路”，利用星間鏈路系統(tǒng)使幾十顆星編織成星網(wǎng)成為一個整體，這樣只要能保證其中任何一顆星的位置準(zhǔn)確，就可以實(shí)現(xiàn)整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確運(yùn)行，還可以提高導(dǎo)航衛(wèi)星授時和定軌的精度。采用衛(wèi)星與衛(wèi)星間相互通信，能夠大大減少地面站的數(shù)量，從而突破了國境的限制，突破了北斗系統(tǒng)從區(qū)域走向全球的最大技術(shù)難點(diǎn)。
在這種思路的指引下，星間鏈路地面管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過5年的不懈努力，通信事業(yè)部54所的攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)突破了一個個技術(shù)難點(diǎn)，在國際上首次驗(yàn)證相控陣星間鏈路與自主導(dǎo)航體制，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星之間能相互傳送數(shù)據(jù)，不再依賴地面基站。
“星間鏈路”作為一個重大自主創(chuàng)新，與以往的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星相比，“星間鏈路地面管理站”為北斗自主運(yùn)行能力達(dá)到GPS現(xiàn)代化水平提供強(qiáng)有力的支撐，有效解決北斗導(dǎo)航衛(wèi)星之間的通信問題，全球組網(wǎng)后，30余顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星將借助該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”。星間鏈路系統(tǒng)將各個導(dǎo)航衛(wèi)星緊密聯(lián)系起來，組成一個相對“自主運(yùn)行”的體系，即使地面設(shè)備全部遭到破壞，通過該系統(tǒng)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星也能夠保持度地運(yùn)行很長一段時間。
造一位“星”語“醫(yī)生”
只有健康的衛(wèi)星才可以參與定位服務(wù)，為了精準(zhǔn)“找到”衛(wèi)星，理解衛(wèi)星的“語言”，并且從“醫(yī)生”的角度專業(yè)評判出一顆衛(wèi)星是否健康，并將診斷結(jié)果精準(zhǔn)有效地傳回“診斷中心”，需要有專門的設(shè)備予以實(shí)現(xiàn)。為此，中國電科20所為“北斗二號”打造了一名“衛(wèi)星醫(yī)生”——“地面監(jiān)測接收機(jī)”和監(jiān)測站。
據(jù)悉，目前中國電科已經(jīng)打造了22名這樣的衛(wèi)星“醫(yī)生”，并布局了22個監(jiān)測站，在廣袤大地上守護(hù)天上的“星星”們的健康，為“北斗二號”全球化布局提供堅(jiān)實(shí)的工程和技術(shù)保障。別看地面監(jiān)測接收機(jī)身材“嬌小”，但就是這個只有電腦機(jī)箱大小的東西，功能卻是獨(dú)一無二，基本上囊括了地面系統(tǒng)幾乎所有的技術(shù)難點(diǎn)。
攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)僅用了一年的時間，便完成了30余次大型聯(lián)調(diào)聯(lián)試，100余項(xiàng)大小測試科目，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)裝備國產(chǎn)化率高達(dá)90%以上，對北斗系統(tǒng)精密定軌、完好性監(jiān)測起到重要的支撐作用，為北斗系統(tǒng)全面國產(chǎn)化成功“試水”，在性能上填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
鑄一雙高能“星”翼
“北斗二號”的數(shù)十顆衛(wèi)星，都有一雙精心打造的高“能”翅膀。這些翅膀——“北斗二號”衛(wèi)星電源子系統(tǒng)由18所打造，包括太陽電池陣、蓄電池組和電源控制設(shè)備等眾多產(chǎn)品。
這雙飛天“羽翼”在鑄造過程中克服了眾多技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了包含太陽電池陣混合布局技術(shù)、高可靠性母線控制技術(shù)、分流調(diào)節(jié)器高可靠溫度控制技術(shù)、蓄電池組輪流充電控制技術(shù)、蓄電池組極限溫度控制技術(shù)和新型蓄電池組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，填補(bǔ)了我國空間電源的空白，而且為后繼型號的工程應(yīng)用提供借鑒，對我國同步軌道中功率衛(wèi)星平臺發(fā)展產(chǎn)生了重大影響，為“北斗二號”的順利組網(wǎng)做出了重要貢獻(xiàn)，提高了我國空間電源的研制水平為導(dǎo)航二代二期衛(wèi)星的一次電源子系統(tǒng)的研制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
同時，21所還為這雙“羽翼”，配備了專門的“防護(hù)罩”——感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動機(jī)，這個“防護(hù)罩”它采用電磁優(yōu)化技術(shù)和高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了輕小型化、功耗低，可以確保電磁陣的展開，并使太陽能帆板始終指向太陽，保證衛(wèi)星在不同角度都能接收到太陽能。
研一系列最“星”科技
除此之外，9所、23所、重慶聲光電等成員單位為“北斗二號”研發(fā)了系列關(guān)鍵元器件，確保“北斗二號”的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
6型系列隔離器，主要應(yīng)用于衛(wèi)星系統(tǒng)的隔離和去耦，可以有效改善系統(tǒng)駐波；高可靠航天航空高溫特種電線電纜，既可以作為電源線、安裝線，又可以作為信號線使用，可以長期-65℃～+260℃溫度下工作，能滿足北斗工程所需的體積小、重量輕、耐輻照、耐高溫、高可靠性、綜合性能好等眾多要求；自主研發(fā)的導(dǎo)航射頻芯片，一塊芯片可替換之前的多枚芯片，并且芯片體積更小，功耗更低，集成度更高；自主開發(fā)的星載測量型電路，為國內(nèi)首款星載領(lǐng)域的北斗射頻芯片，填補(bǔ)了國內(nèi)芯片在北斗導(dǎo)航領(lǐng)域星載應(yīng)用的空白。
作為“北斗二號”衛(wèi)星工程中的中堅(jiān)力量，中國電科不斷創(chuàng)新，研發(fā)了系列高精尖產(chǎn)品，培育了敢于拼搏的“北斗”精神，在廣袤大地上“電科人”用一腔科技報(bào)國的熱忱守護(hù)著“星星”們的健康，為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球化布局提供堅(jiān)實(shí)的工程和技術(shù)保障，為北斗的全球化進(jìn)程騰飛不懈奮斗著。
