瞭望 | 兩顆中國北斗新星，即將誕生！

  在中國邁上科技自立自強(qiáng)新征程的當(dāng)下，無數(shù)科研奧秘在中國人手中一點點“解鎖”，無數(shù)前沿突破在中華大地一點點展開，無數(shù)人類科技圖譜在中國的實驗室、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，我們愿與您一起，共同觸摸科技變革新脈動，分享科技成果背后的故事，以獨家畫面，探秘以往難以接觸到的團(tuán)隊和科研現(xiàn)場；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”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間基準(zhǔn)，星間鏈路方面也做了很大的技術(shù)創(chuàng)新。”　　

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

目前中國北斗的服務(wù)空間是地表到地表以上2000公里的范圍。預(yù)計到2035年，國家綜合定位導(dǎo)航授時體系將解決深空、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)，很多人會好奇它給我們帶來什么影響？如果只能用一個詞來回答，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。 中國北斗歷時二十余年實現(xiàn)了面向中國、覆蓋亞太、服務(wù)世界的“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，2020年7月31日北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開通，我國正式成為世界上第三個獨立擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。 當(dāng)下的每時每刻，在看不見的數(shù)萬里高空，30顆北斗三號衛(wèi)星分秒不停地運轉(zhuǎn)。無論荒漠還是海洋，北斗始終伴隨我們左右。 近日，《瞭望》新聞周刊記者獨家探訪北斗三號衛(wèi)星的誕生地之一——上海中國科學(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)一步提升中國北斗的服務(wù)效能。 　　

北斗新星蓄勢待發(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)?，他是中國科學(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，2012年碩士研究生畢業(yè)后加入團(tuán)隊，成為這支新進(jìn)入中國航天領(lǐng)域年輕團(tuán)隊中的一員。 “當(dāng)時首顆北斗三號試驗衛(wèi)星正在研發(fā)，我常問同事，這顆星什么時候發(fā)射？”山東小伙李紹前回憶說：“同事說2015年，當(dāng)時很多人不相信?！?試驗衛(wèi)星相當(dāng)于北斗星座的開路先鋒，主要用于試驗航天新概念、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，這項任務(wù)與這支年輕團(tuán)隊完美契合：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。 時隔八年，兩顆北斗三號新星蓄勢待發(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。目測衛(wèi)星2米多高，由上下兩個艙體組成，下面是保障衛(wèi)星運行的衛(wèi)星平臺艙，上面則裝著實現(xiàn)定位、導(dǎo)航和授時功能的有效載荷。 李紹前介紹，它們原為北斗三號的組網(wǎng)備份星，因為此前“箭無虛發(fā)”，現(xiàn)在轉(zhuǎn)為運行備份星。北斗三號成功組網(wǎng)、穩(wěn)定運行后，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，時頻和星間鏈路是北斗三號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、國際搜救、全球短報文通信等三種全球服務(wù)，向亞太地區(qū)提供區(qū)域短報文通信、星基增強(qiáng)、精密單點定位、地基增強(qiáng)等四種區(qū)域服務(wù)。以定位導(dǎo)航授時服務(wù)為例，定位精度、測速精度和授時精度是體現(xiàn)服務(wù)性能的核心指標(biāo)。 團(tuán)隊表示，兩顆新星正處于新技術(shù)產(chǎn)品的研制驗證階段，有望在今年年底或明年年初發(fā)射，未來北斗系統(tǒng)的星間測距精度和時間同步精度將進(jìn)一步提升。 　　

守護(hù)健康，讓衛(wèi)星更強(qiáng)、更長壽 進(jìn)入運管大廳，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)。以運管主任設(shè)計師應(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，長發(fā)隨意綁在腦后。 她一邊飛快按著鍵盤，一邊應(yīng)對同事們不時來問技術(shù)問題。講到北斗衛(wèi)星，這位干練的職場女性變得溫柔細(xì)膩。 從一張張設(shè)計圖紙、一個個小單機(jī)到一遍遍經(jīng)歷各類地面測試，再到進(jìn)入太空……“衛(wèi)星工廠”制造出北斗衛(wèi)星的實體，賦予衛(wèi)星“生命”，運管工作則像北斗衛(wèi)星高質(zhì)量履行使命職責(zé)的“陪伴與守護(hù)”。運行設(shè)計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)星健康的實時數(shù)據(jù)都匯聚到運管大廳，十顆衛(wèi)星的遙測參數(shù)有數(shù)萬條，每天產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)是海量的，警報常在半夜或節(jié)假日響起。“衛(wèi)星像小孩子一樣，太空環(huán)境不好的時候，它們會生病，會難受?！睉?yīng)俊說，“每到這時，我們就馬上趕到運管大廳協(xié)助處置，幫助它盡快恢復(fù)正常?！?按設(shè)計壽命，部分北斗衛(wèi)星已步入“中年”。應(yīng)俊表示，衛(wèi)星的設(shè)計壽命一般是10年，5歲相當(dāng)于中年星，遇到問題會更多一點，更讓人操心，“希望通過我們的努力，能讓它們運行15年、20年，甚至更久”。 應(yīng)俊介紹了兩個正在進(jìn)行的努力方向：一是隨著技術(shù)進(jìn)步，團(tuán)隊能看到更多衛(wèi)星運行情況，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) 除了問首顆試驗衛(wèi)星什么時候發(fā)射，李紹前以前更常問，“我們中國北斗什么時候能建成？”大家心里都有一個共同的答案：2020年，建成世界一流的北斗。 短時間內(nèi)完成如此艱巨任務(wù)令人難以置信。當(dāng)時，全球三大導(dǎo)航系統(tǒng)，除歐洲的伽利略外，美國GPS和俄羅斯格洛納斯已面向全球服務(wù)，GPS更是美國航天三個里程碑式的成果之一，早在20世紀(jì)70年代就啟動了建設(shè)。 中國北斗必須解決更多現(xiàn)實障礙，比如無法在全球建地面站。導(dǎo)航衛(wèi)星需要幾乎實時的測運控，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)域有個傳統(tǒng)，新技術(shù)不能超過30%。但我們有一百多項關(guān)鍵技術(shù)，幾乎70%都是新的。”北斗三號衛(wèi)星總設(shè)計師林寶軍認(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，來推進(jìn)新技術(shù)的快速發(fā)展?！?其中一個重要創(chuàng)新，是團(tuán)隊改變了衛(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。即合并衛(wèi)星各分系統(tǒng)中的功能“同類項”，將以前的十個分系統(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，過去的二十多臺計算機(jī)因此濃縮為一臺，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)星能實現(xiàn)原本3噸衛(wèi)星的能力。 首顆北斗三號試驗衛(wèi)星發(fā)射后，關(guān)鍵核心技術(shù)得到實戰(zhàn)驗證?！疤焐系倪\行結(jié)果表明創(chuàng)新不僅沒有產(chǎn)生問題，還解決了長期困擾我們的、跟著別人用傳統(tǒng)技術(shù)很難跨越的技術(shù)難題。”林寶軍說。 北斗三號衛(wèi)星實現(xiàn)了時頻、星間鏈路和導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺三大技術(shù)突破與創(chuàng)新： ——在MEO衛(wèi)星（地球中圓軌道衛(wèi)星）上首次采用了國產(chǎn)氫原子鐘，同時為了保證北斗信號的可用、連續(xù)，發(fā)明了鐘組無縫切換技術(shù)，實現(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，因此只依靠國內(nèi)布站就可以全球運行服務(wù)。 ——成功研制新型導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺。在北斗三號的一百多項關(guān)鍵技術(shù)中，衛(wèi)星平臺約占三分之一。中科院導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺實現(xiàn)高可靠、長壽命、小型化，一批衛(wèi)星關(guān)鍵器部件實現(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)了新時代北斗精神。 李紹前2012年加入團(tuán)隊時，基本是北斗“小白”。他打趣說，那時翻開設(shè)計報告，里面的每個字都認(rèn)識，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?！安欢覀兙腿?，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。”李紹前說，“團(tuán)隊領(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)隊的一個個不眠之夜。海綿是星箭分離沖擊試驗時用于減震的。造星最忙的那一年，團(tuán)隊以“一箭雙星”的Hard模式將8顆北斗三號衛(wèi)星送入太空，不少人夜以繼日，以實驗室為家，累了就以這塊海綿為床，小睡一會馬上又投入工作。 現(xiàn)在，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已運行兩年多時間。生活中只需稍微留心就能看到中國北斗帶來的改變，比如行車導(dǎo)航時聽到“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)對外承諾的服務(wù)指標(biāo)是10米定位精度，目前已經(jīng)實現(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，授時精度對外服務(wù)的承諾是20納秒，現(xiàn)在可以提供10納秒授時精度。 中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的北斗衛(wèi)星團(tuán)隊已經(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、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時體系建設(shè)中發(fā)揮更大作用?，F(xiàn)在，中國北斗的服務(wù)空間是地表到地表以上2000公里的范圍。預(yù)計到2035年，國家綜合定位導(dǎo)航授時體系將解決深空、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、更加無時不在的服務(wù)?！绷謱氒娬f。

來源：新華網(wǎng)