北斗導(dǎo)航吉星三大絕技服務(wù)國計(jì)民生

2018年11月1日，由中國航天科技集團(tuán)有限公司五院總體部抓總研制的第41顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，即第17顆北斗三號衛(wèi)星發(fā)射成功。這是北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星的首發(fā)星，具有強(qiáng)大的功能，因此獲得了“智多星”和“吉星”（GEO軌道導(dǎo)航衛(wèi)星的諧音）的昵稱。 作為北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高軌首發(fā)星，吉星除了具備傳統(tǒng)導(dǎo)航衛(wèi)星的功能外，還懷有多項(xiàng)絕技，具有廣闊的應(yīng)用前景與劃時(shí)代的意義，是我國作為負(fù)責(zé)任的航天大國的重要標(biāo)志之一。 ▲ 長征三號乙運(yùn)載火箭托舉第41顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星升空 　　

有了它，自動(dòng)駕駛范圍廣 吉星的第一項(xiàng)絕技，要從最近很熱的自動(dòng)駕駛說起。 要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，車輛必須實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地“知道”自己的位置，否則沒人敢讓它開進(jìn)車水馬龍的公路。使用普通的衛(wèi)星導(dǎo)航定位，會(huì)有幾米甚至十幾米的誤差，遠(yuǎn)達(dá)不到上路行駛的要求，這就需要在地面建設(shè)基準(zhǔn)參考站，進(jìn)行“地基增強(qiáng)”以消除定位誤差?；鶞?zhǔn)參考站不會(huì)跑，精確位置早知道，只要基準(zhǔn)參考站把自己的衛(wèi)星定位信息和實(shí)際位置間的誤差實(shí)時(shí)“廣播”，周邊的用戶就能據(jù)此去粗取精，獲得精密定位信息。 可問題又來了，一座基站只能覆蓋周圍幾十公里的地方?？看罅拷ㄔO(shè)基站來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，不僅耗資巨大，還無法實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)地區(qū)的全覆蓋。坐著自動(dòng)駕駛汽車開出“定位服務(wù)區(qū)”？想想都可怕。這時(shí)候，吉星的衛(wèi)星精密單點(diǎn)定位業(yè)務(wù)優(yōu)勢就很明顯了。 吉星副總設(shè)計(jì)師劉天雄介紹，“在天上‘靜止’的吉星，可以像其他通信衛(wèi)星那樣，向地面穩(wěn)定地廣播導(dǎo)航差分和完好性增強(qiáng)信號。這樣一來，只需以全國已有的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星地面站為參考，得出各地定位誤差，再通過吉星播發(fā)精密單點(diǎn)定位信號告知用戶，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分米級、事后厘米級的定位服務(wù)，足夠汽車自動(dòng)駕駛、船舶精準(zhǔn)停泊等場景使用，還省下了大規(guī)模建設(shè)基站的費(fèi)用?！?說到省錢，現(xiàn)在最需要吉星精密單點(diǎn)定位服務(wù)來降低成本的，還是農(nóng)業(yè)。“在我國東北、新疆的許多農(nóng)場，大規(guī)模機(jī)械化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)還靠國外的星鏈導(dǎo)航系統(tǒng)（Star Fire）來提供高精度定位服務(wù)，不僅每年要為每臺農(nóng)機(jī)上的終端支付上千美元服務(wù)費(fèi)，還有可能因終端‘后門’泄露農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)而威脅我國糧食安全?！眲⑻煨劢榻B，在吉星陸續(xù)上天、運(yùn)營后，更多農(nóng)場精準(zhǔn)作業(yè)會(huì)用北斗終端，靠譜又省錢，未來甚至可能改變當(dāng)前日出而作、日落而息的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)農(nóng)業(yè)作業(yè)，支撐農(nóng)業(yè)強(qiáng)國建設(shè)。 　　

有了它，航班起降更安全 吉星的另一項(xiàng)絕技，是面向民航等高端用戶的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)星基增強(qiáng)（Satelite- d Augmentation System, SBAS）。 與自動(dòng)駕駛、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等應(yīng)用場景不同，民航對導(dǎo)航信號完好性有嚴(yán)苛的要求。完好性，簡單地說，就是給我的導(dǎo)航信號要靠譜，萬一不靠譜也要盡早告訴我。航班在航路上飛行時(shí)，導(dǎo)航信號偶爾出現(xiàn)中斷并無大礙；可如果在飛機(jī)起飛和降落過程中，導(dǎo)航信號消失或出現(xiàn)偏差誤導(dǎo)飛行員起降操作，那可不得了。 “吉星會(huì)通過兩個(gè)頻點(diǎn)播發(fā)符合國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)的星基增強(qiáng)信號，其中包含星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲等多種修正信息，進(jìn)一步提升衛(wèi)星系統(tǒng)定位精度，同時(shí)增強(qiáng)導(dǎo)航信號的完好性。”吉星總體主任設(shè)計(jì)師潘宇倩介紹，“萬一導(dǎo)航信號出現(xiàn)問題，吉星也會(huì)在6秒的安全時(shí)間內(nèi)通知用戶，切換其他導(dǎo)航信號?！?此前，只有美國、歐洲等極少數(shù)國家、地區(qū)具備向民航提供星基增強(qiáng)業(yè)務(wù)的能力。吉星面向民航等用戶的星基增強(qiáng)業(yè)務(wù)，標(biāo)志著我國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域又取得了新的重大突破，將為國內(nèi)外民航用戶提供花費(fèi)更低、可用性更高的導(dǎo)航服務(wù)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，提升了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的國際地位，體現(xiàn)著我國的大國擔(dān)當(dāng)。 　　有了它，應(yīng)急短信足夠量 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用第一次為人們所廣泛關(guān)注，是在汶川地震救援中。當(dāng)時(shí)，地面通信設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，救援部隊(duì)利用北斗短報(bào)文通信發(fā)出了第一條來自災(zāi)區(qū)的信息，將災(zāi)情和受災(zāi)位置準(zhǔn)確地報(bào)告給救災(zāi)搶險(xiǎn)指揮部。中國北斗“既知道我在哪、又知道你在哪”的“導(dǎo)航、通信一體化”設(shè)計(jì)方案，為災(zāi)民搶出一線生機(jī)，也給各應(yīng)用方留下了深刻印象。 10年過去，北斗短報(bào)文通信功能已廣泛應(yīng)用到交通、電力等各行業(yè)，特別是在保護(hù)我國漁民、維護(hù)國家海洋權(quán)益上，發(fā)揮著重要作用。 如今，吉星不僅在導(dǎo)航信號上兼容北斗二號、為傳統(tǒng)用戶提供一如既往的導(dǎo)航服務(wù)，在短報(bào)文通信功能上也有了新突破，通信能力提升10倍，單次可發(fā)送1000多個(gè)中文字符，實(shí)現(xiàn)了從“短信”到“長短信”的跨越，足以將突發(fā)情況的情節(jié)一次性說清楚；它還可發(fā)送圖片等信息，應(yīng)用場景將更為豐富。 潘宇倩介紹，吉星的接收信號能力也大幅增強(qiáng)，使用戶終端的發(fā)射功率降低10倍，用戶終端實(shí)現(xiàn)了小型化，并可以與當(dāng)前11位手機(jī)號碼互聯(lián)，大大提高了用戶體驗(yàn)。 　　

有了它，中國北斗不一樣 要承載強(qiáng)大的功能，強(qiáng)大的衛(wèi)星平臺必不可少。吉星采用由航天科技集團(tuán)五院研制的東方紅三B（導(dǎo)航）衛(wèi)星平臺，是我國現(xiàn)役規(guī)模較大的衛(wèi)星平臺之一。而寬敞的載荷空間，又有一半留給各種通信載荷，這給整星的電磁兼容（EMC）帶來極大的挑戰(zhàn)?！凹菆F(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)協(xié)作，集智攻關(guān)，高水平地解決了電磁兼容難題，使吉星成為‘導(dǎo)航、通信一體化’計(jì)水平最高的衛(wèi)星?！眲⑻煨壅f。 同時(shí)，大平臺還能裝載更多燃料。地球同步軌道資源猶如國土資源，一點(diǎn)都不能少?！俺渥愕娜剂峡梢员ＷC衛(wèi)星’穩(wěn)坐’靜止軌道位置，”吉星總設(shè)計(jì)師陳忠貴介紹，“再加上嚴(yán)格優(yōu)選元器件、提升單機(jī)與整星抗輻照能力、優(yōu)化衛(wèi)星熱控等措施，使得衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命創(chuàng)我國導(dǎo)航衛(wèi)星新高?！?“老一輩航天人利用地球同步軌道衛(wèi)星成功開展‘雙星定位’試驗(yàn)，驗(yàn)證了屬于中國的導(dǎo)航創(chuàng)想；北斗一號雙星定位衛(wèi)星陸續(xù)上天，正式開啟中國特色‘導(dǎo)航、通信一體化’實(shí)踐?！北倍啡柟こ谈笨傇O(shè)計(jì)師、北斗三號衛(wèi)星首席總設(shè)計(jì)師謝軍說，“如今，新一代北斗人將在黨的十九大提出的‘建設(shè)航天強(qiáng)國’的號召下，繼承前輩創(chuàng)造的北斗精神與北斗創(chuàng)想，續(xù)寫中國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的新輝煌?！?/p>