瞭望 | 兩顆中國(guó)北斗新星，即將誕生！

  在中國(guó)邁上科技自立自強(qiáng)新征程的當(dāng)下，無數(shù)科研奧秘在中國(guó)人手中一點(diǎn)點(diǎn)“解鎖”，無數(shù)前沿突破在中華大地一點(diǎn)點(diǎn)展開，無數(shù)人類科技圖譜在中國(guó)的實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校、企業(yè)中被持續(xù)豐富、拓展。

　　見證、記錄、參與；描繪、揭秘、前瞻，我們?cè)概c您一起，共同觸摸科技變革新脈動(dòng)，分享科技成果背后的故事，以獨(dú)家畫面，探秘以往難以接觸到的團(tuán)隊(duì)和科研現(xiàn)場(chǎng)；用細(xì)顆粒度文字，分解尖端高深的內(nèi)容，共同去探索，去懂“點(diǎn)”科技，感悟未來。　　　　

“我們用上了很多新技術(shù)，比如可以提供更高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，星間鏈路方面也做了很大的技術(shù)創(chuàng)新?！?/strong>　　

“航天領(lǐng)域有個(gè)傳統(tǒng)，新技術(shù)不能超過30%。但我們有一百多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，幾乎70%都是新的。”　　

目前中國(guó)北斗的服務(wù)空間是地表到地表以上2000公里的范圍。預(yù)計(jì)到2035年，國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系將解決深空、室內(nèi)和水下的導(dǎo)航問題   提到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，很多人會(huì)好奇它給我們帶來什么影響？如果只能用一個(gè)詞來回答，或許是：安全感。 在廣袤的宇宙中，知道“我在哪”是生存的基礎(chǔ)。如同北斗七星為古人分辨方位，今天北斗衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，讓我們有能力給自己精準(zhǔn)定位。 中國(guó)北斗歷時(shí)二十余年實(shí)現(xiàn)了面向中國(guó)、覆蓋亞太、服務(wù)世界的“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，2020年7月31日北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開通，我國(guó)正式成為世界上第三個(gè)獨(dú)立擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。 當(dāng)下的每時(shí)每刻，在看不見的數(shù)萬里高空，30顆北斗三號(hào)衛(wèi)星分秒不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。無論荒漠還是海洋，北斗始終伴隨我們左右。 近日，《瞭望》新聞周刊記者獨(dú)家探訪北斗三號(hào)衛(wèi)星的誕生地之一——上海中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院。這里正在打造兩顆北斗衛(wèi)星“新成員”，它們有望在今年年底或明年年初發(fā)射，進(jìn)一步提升中國(guó)北斗的服務(wù)效能。 　　

北斗新星蓄勢(shì)待發(fā) 此次探星之旅，由年輕但資深的“85后”北斗人李紹前擔(dān)任向?qū)?，他是中?guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院導(dǎo)航衛(wèi)星總體研究所副所長(zhǎng)，2012年碩士研究生畢業(yè)后加入團(tuán)隊(duì)，成為這支新進(jìn)入中國(guó)航天領(lǐng)域年輕團(tuán)隊(duì)中的一員。 “當(dāng)時(shí)首顆北斗三號(hào)試驗(yàn)衛(wèi)星正在研發(fā)，我常問同事，這顆星什么時(shí)候發(fā)射？”山東小伙李紹前回憶說：“同事說2015年，當(dāng)時(shí)很多人不相信?！?試驗(yàn)衛(wèi)星相當(dāng)于北斗星座的開路先鋒，主要用于試驗(yàn)航天新概念、新技術(shù)、新材料和新設(shè)備，代表著用新生力量突破未知。也許是某種奇妙的機(jī)緣，這項(xiàng)任務(wù)與這支年輕團(tuán)隊(duì)完美契合：一共81人、平均年齡不到31歲，不僅如期發(fā)射首顆試驗(yàn)衛(wèi)星，還在那之后所向披靡、發(fā)發(fā)成功，陸續(xù)將10顆北斗衛(wèi)星送入太空，占北斗衛(wèi)星總數(shù)的三分之一。 時(shí)隔八年，兩顆北斗三號(hào)新星蓄勢(shì)待發(fā)。記者在研究院的“衛(wèi)星工廠”看到，這兩顆衛(wèi)星研制已近完成，只剩衛(wèi)星的能量來源——太陽翼沒有安裝。目測(cè)衛(wèi)星2米多高，由上下兩個(gè)艙體組成，下面是保障衛(wèi)星運(yùn)行的衛(wèi)星平臺(tái)艙，上面則裝著實(shí)現(xiàn)定位、導(dǎo)航和授時(shí)功能的有效載荷。 李紹前介紹，它們?cè)瓰楸倍啡?hào)的組網(wǎng)備份星，因?yàn)榇饲啊凹裏o虛發(fā)”，現(xiàn)在轉(zhuǎn)為運(yùn)行備份星。北斗三號(hào)成功組網(wǎng)、穩(wěn)定運(yùn)行后，兩顆星迎來新使命，承擔(dān)起下一代北斗衛(wèi)星新技術(shù)產(chǎn)品的驗(yàn)證功能。 “我們用上了很多新技術(shù)，比如可以提供更高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，星間鏈路方面也做了很大的技術(shù)創(chuàng)新。”李紹前解釋說，時(shí)頻和星間鏈路是北斗三號(hào)得以成功的兩大技術(shù)突破與創(chuàng)新，也是下一代北斗衛(wèi)星繼續(xù)提升的關(guān)鍵方向。 北斗系統(tǒng)目前向全球用戶提供定位導(dǎo)航授時(shí)、國(guó)際搜救、全球短報(bào)文通信等三種全球服務(wù)，向亞太地區(qū)提供區(qū)域短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位、地基增強(qiáng)等四種區(qū)域服務(wù)。以定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)為例，定位精度、測(cè)速精度和授時(shí)精度是體現(xiàn)服務(wù)性能的核心指標(biāo)。 團(tuán)隊(duì)表示，兩顆新星正處于新技術(shù)產(chǎn)品的研制驗(yàn)證階段，有望在今年年底或明年年初發(fā)射，未來北斗系統(tǒng)的星間測(cè)距精度和時(shí)間同步精度將進(jìn)一步提升。 　　

守護(hù)健康，讓衛(wèi)星更強(qiáng)、更長(zhǎng)壽 進(jìn)入運(yùn)管大廳，緊張忙碌的氣氛撲面而來，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制的在軌北斗衛(wèi)星由這里守護(hù)。以運(yùn)管主任設(shè)計(jì)師應(yīng)俊為主心骨，十余人忙得腳底生風(fēng)。 “我們正在開展在軌衛(wèi)星的軟件重構(gòu)工作?！睉?yīng)俊戴著眼鏡，完全素顏，長(zhǎng)發(fā)隨意綁在腦后。 她一邊飛快按著鍵盤，一邊應(yīng)對(duì)同事們不時(shí)來問技術(shù)問題。講到北斗衛(wèi)星，這位干練的職場(chǎng)女性變得溫柔細(xì)膩。 從一張張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙、一個(gè)個(gè)小單機(jī)到一遍遍經(jīng)歷各類地面測(cè)試，再到進(jìn)入太空……“衛(wèi)星工廠”制造出北斗衛(wèi)星的實(shí)體，賦予衛(wèi)星“生命”，運(yùn)管工作則像北斗衛(wèi)星高質(zhì)量履行使命職責(zé)的“陪伴與守護(hù)”。運(yùn)行設(shè)計(jì)師的工作重心是在軌北斗衛(wèi)星技術(shù)支持，讓北斗衛(wèi)星運(yùn)行更穩(wěn)定，系統(tǒng)服務(wù)能力更強(qiáng)。 所有關(guān)于衛(wèi)星健康的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都匯聚到運(yùn)管大廳，十顆衛(wèi)星的遙測(cè)參數(shù)有數(shù)萬條，每天產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是海量的，警報(bào)常在半夜或節(jié)假日響起。“衛(wèi)星像小孩子一樣，太空環(huán)境不好的時(shí)候，它們會(huì)生病，會(huì)難受?！睉?yīng)俊說，“每到這時(shí)，我們就馬上趕到運(yùn)管大廳協(xié)助處置，幫助它盡快恢復(fù)正常?！?按設(shè)計(jì)壽命，部分北斗衛(wèi)星已步入“中年”。應(yīng)俊表示，衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命一般是10年，5歲相當(dāng)于中年星，遇到問題會(huì)更多一點(diǎn)，更讓人操心，“希望通過我們的努力，能讓它們運(yùn)行15年、20年，甚至更久”。 應(yīng)俊介紹了兩個(gè)正在進(jìn)行的努力方向：一是隨著技術(shù)進(jìn)步，團(tuán)隊(duì)能看到更多衛(wèi)星運(yùn)行情況，能更早發(fā)現(xiàn)、更快處理衛(wèi)星的異常狀態(tài)；二是使用更多智能手段，分析和利用衛(wèi)星在軌數(shù)據(jù)，“在軌5年產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，充分利用這些數(shù)據(jù)將助力我們研制更好更強(qiáng)的下一代北斗衛(wèi)星”。  　　

錨定世界一流目標(biāo) 除了問首顆試驗(yàn)衛(wèi)星什么時(shí)候發(fā)射，李紹前以前更常問，“我們中國(guó)北斗什么時(shí)候能建成？”大家心里都有一個(gè)共同的答案：2020年，建成世界一流的北斗。 短時(shí)間內(nèi)完成如此艱巨任務(wù)令人難以置信。當(dāng)時(shí)，全球三大導(dǎo)航系統(tǒng)，除歐洲的伽利略外，美國(guó)GPS和俄羅斯格洛納斯已面向全球服務(wù)，GPS更是美國(guó)航天三個(gè)里程碑式的成果之一，早在20世紀(jì)70年代就啟動(dòng)了建設(shè)。 中國(guó)北斗必須解決更多現(xiàn)實(shí)障礙，比如無法在全球建地面站。導(dǎo)航衛(wèi)星需要幾乎實(shí)時(shí)的測(cè)運(yùn)控，無法全球建站意味著地球另一面的衛(wèi)星無法工作。 這只能用創(chuàng)新來解決?！昂教祛I(lǐng)域有個(gè)傳統(tǒng)，新技術(shù)不能超過30%。但我們有一百多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，幾乎70%都是新的?！北倍啡?hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師林寶軍認(rèn)為：“新技術(shù)不等于不可靠，我們要采用符合客觀規(guī)律的技術(shù)加成熟的工藝，加上充分的試驗(yàn)，來推進(jìn)新技術(shù)的快速發(fā)展?！?其中一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新，是團(tuán)隊(duì)改變了衛(wèi)星建設(shè)傳統(tǒng)的分系統(tǒng)模式，轉(zhuǎn)而使用“功能鏈”設(shè)計(jì)。即合并衛(wèi)星各分系統(tǒng)中的功能“同類項(xiàng)”，將以前的十個(gè)分系統(tǒng)改為有效載荷、結(jié)構(gòu)熱、電子學(xué)和姿軌控四條功能鏈，過去的二十多臺(tái)計(jì)算機(jī)因此濃縮為一臺(tái)，不但衛(wèi)星的重量、故障率、能耗等大幅優(yōu)化，可靠性也大大增加。最終，不到1噸的衛(wèi)星能實(shí)現(xiàn)原本3噸衛(wèi)星的能力。 首顆北斗三號(hào)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射后，關(guān)鍵核心技術(shù)得到實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證?！疤焐系倪\(yùn)行結(jié)果表明創(chuàng)新不僅沒有產(chǎn)生問題，還解決了長(zhǎng)期困擾我們的、跟著別人用傳統(tǒng)技術(shù)很難跨越的技術(shù)難題?！绷謱氒娬f。 北斗三號(hào)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻、星間鏈路和導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)三大技術(shù)突破與創(chuàng)新： ——在MEO衛(wèi)星（地球中圓軌道衛(wèi)星）上首次采用了國(guó)產(chǎn)氫原子鐘，同時(shí)為了保證北斗信號(hào)的可用、連續(xù)，發(fā)明了鐘組無縫切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主備鐘20皮秒的無縫切換。 ——建衛(wèi)星“微信群”，沖出亞太、邁向全球。使用Ka相控陣技術(shù)，構(gòu)建衛(wèi)星和衛(wèi)星之間的通信鏈路，實(shí)現(xiàn)“一星通，星星通”，相當(dāng)于用衛(wèi)星替代了海外地面站的功能，因此只依靠國(guó)內(nèi)布站就可以全球運(yùn)行服務(wù)。 ——成功研制新型導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)。在北斗三號(hào)的一百多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，衛(wèi)星平臺(tái)約占三分之一。中科院導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高可靠、長(zhǎng)壽命、小型化，一批衛(wèi)星關(guān)鍵器部件實(shí)現(xiàn)自主可控。 　　

聚焦未來北斗，開展技術(shù)攻關(guān) 一次次攀登科技高峰，一次次變不可能為可能，中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研發(fā)北斗衛(wèi)星的經(jīng)歷充分展現(xiàn)了新時(shí)代北斗精神。 李紹前2012年加入團(tuán)隊(duì)時(shí)，基本是北斗“小白”。他打趣說，那時(shí)翻開設(shè)計(jì)報(bào)告，里面的每個(gè)字都認(rèn)識(shí)，但連起來意味著什么說不清。 初生牛犢不怕虎，敢闖敢拼敢于不走尋常路。“不懂我們就去問，有問題我們就想辦法解決，不一定非按傳統(tǒng)的衛(wèi)星研制路子走?！崩罱B前說，“團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)敢于把問題拋給我們年輕人，讓年輕人先想辦法?？傇O(shè)計(jì)師林寶軍經(jīng)常跟我們說，‘只要在原理上把問題弄懂了，做出來的系統(tǒng)、設(shè)計(jì)出來的方案就肯定沒問題。你們就是要大膽去試，大膽去做?！?在中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的“衛(wèi)星工廠”里，一塊海綿見證了團(tuán)隊(duì)的一個(gè)個(gè)不眠之夜。海綿是星箭分離沖擊試驗(yàn)時(shí)用于減震的。造星最忙的那一年，團(tuán)隊(duì)以“一箭雙星”的Hard模式將8顆北斗三號(hào)衛(wèi)星送入太空，不少人夜以繼日，以實(shí)驗(yàn)室為家，累了就以這塊海綿為床，小睡一會(huì)馬上又投入工作。 現(xiàn)在，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已運(yùn)行兩年多時(shí)間。生活中只需稍微留心就能看到中國(guó)北斗帶來的改變，比如行車導(dǎo)航時(shí)聽到“即將為您開啟北斗高精導(dǎo)航服務(wù)”，再比如有人徒步旅行因失去通訊信號(hào)而迷路，最終用手機(jī)發(fā)送北斗衛(wèi)星消息而獲救，等等。 記者采訪了解到，北斗系統(tǒng)對(duì)外承諾的服務(wù)指標(biāo)是10米定位精度，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5米甚至更優(yōu)，在局部地區(qū)可以達(dá)到2米至3米的定位精度，授時(shí)精度對(duì)外服務(wù)的承諾是20納秒，現(xiàn)在可以提供10納秒授時(shí)精度。 中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的北斗衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在開展新的技術(shù)攻關(guān)，他們充滿信心，將在更加泛在、更加融合、更加智能的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系建設(shè)中發(fā)揮更大作用?，F(xiàn)在，中國(guó)北斗的服務(wù)空間是地表到地表以上2000公里的范圍。預(yù)計(jì)到2035年，國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系將解決深空、室內(nèi)和水下的導(dǎo)航問題。 “我們主要是聚焦未來的北斗衛(wèi)星開展技術(shù)攻關(guān)，讓北斗衛(wèi)星提供更高精度、更加彈性、更加無時(shí)不在的服務(wù)。”林寶軍說。

來源：新華網(wǎng)