北斗问苍穹:北斗三号最后一颗组网卫星发射任务重启

北斗问苍穹:北斗三号最后一颗组网卫星发射任务重启

  图为装载我国第55颗北斗导航卫星的长征三号乙运载火箭。(中国航天科技集团一院供图)


  中央纪委国家监委网站 柴雅欣报道北斗组网,静待此星。


  据中国卫星导航系统管理办公室消息,6月16日推迟执行的北斗三号最后一颗全球组网卫星发射任务相关技术问题已排除,任务重新启动,6月23日择机发射。


  这是我国第55颗北斗导航卫星,也是北斗三号全球卫星导航系统的最后一颗组网卫星。发射任务完成后,意味着北斗三号的30颗组网卫星全部到位,北斗三号星座部署全面完成,北斗将进入服务全球、造福人类的新时代。


  组网收官 嚞星高照


  6月22日,距离发射还有1天时间,西昌卫星发射中心,卫星已安全地置于火箭整流罩中,在塔架上整装待发。试验队员和发射场工作人员忙碌一如往常,发射任务各系统进行了全航区合练,各测控站点模拟真实状态下信号的往来测试,信号口令等各类信息正常。


  不带隐患上天,是航天发射的基本原则。由于承担发射任务的长征三号乙运载火箭在临射前的测试过程中,发现产品技术问题,发射任务推迟。任务推迟后,工程全线按照技术流程将此前已加注好的常规推进剂泄回,并对火箭各系统进行了状态归零检查,确保零隐患发射。


  下好北斗三号全球组网“大棋盘”中的定盘之子,此次发射任务极为关键。4月4日,卫星运抵西昌卫星发射中心;而在4月2日,卫星试验队队员就已出征发射场,为北斗全球组网做冲刺准备。对队员们来说,这次两个半月的发射场准备期,是在历次发射场任务中,连续在场时间最长的一次。


  北斗三号全球卫星导航系统在星座设计上具有独特优势,采用三种轨道卫星形成的混合星座:中圆地球轨道(MEO)卫星、地球同步轨道(GEO)卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星。北斗科研人员亲切地称地球同步轨道卫星为“吉星”,而此次发射的“收官之星”是吉星家族中的第三名成员,因此也获名“嚞星”。


  据中国航天科技集团五院北斗三号卫星副总设计师刘天雄介绍,“嚞星”在北斗家族里块头最大。它采用由“北斗大本营”五院研制的东方红三B(导航)卫星平台,这是我国现役规模最大的卫星平台之一,宽敞的载荷空间里,有一半留给了各种通信载荷,承载能力十分强大。


  “嚞星”的本领也很强大,肩负增强整体技术指标的职责,还携带了许多“神器”,为北斗三号系统在轨运行和应用开疆拓土。“它为我国及周边地区提供导航增强服务,所以放到最后发射。”刘天雄说,“嚞星”具备无线电导航、无线电测定、星基增强、精密单点定位、功率增强、站间时间同步和定位等本领,大大拓展了北斗的应用场景。以星基增强功能为例,卫星通过两个频点播发符合国际民航组织标准的星基增强信号,可以精确护航飞机起降,为国内外民航用户提供花费更低、可用性更高的导航服务。


  在北斗三号的30颗组网卫星中,包含“嚞星”在内的地球同步轨道卫星有3颗。这类卫星定点于赤道上空约3.6万公里的高轨天疆,一颗可覆盖约40%的地球面积。卫星运行轨道平面与赤道平面重合,轨道周期和地球在惯性空间中的自转方向一致,周期也一致,即23小时56分4秒。这样一来,3颗卫星与地面位置就能保持相对不变,便于实现区域服务。


  除了与赤道平面重合的地球同步轨道卫星外,北斗三号还有3颗倾斜地球同步轨道卫星。它们的轨道高度与前者相同,但带有55度的倾斜角度,运行轨迹点呈现“8”字形的封闭曲线,就像在跳“8”字舞,并以这种运行方式聚焦亚太地区。


  其余24颗均为中圆地球轨道卫星,2019年就已全部完成发射。它们是北斗三号全球组网的主力卫星,运行在距离地面2万多公里的轨道上,一刻不停地绕地球运转,轨道周期约为12小时,和地球自转周期不同步。“从地面上看,它由西向东不断运动、覆盖全球。要想提供全球导航服务,主要依靠中圆地球轨道卫星,它们也因此成为北斗全球组网的核心星座。”中国航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师王平说。


  大国重器 中国制造


  北斗卫星导航系统是由我国自主建设运行的重要空间基础设施,也是我国迄今为止,规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高的巨型复杂航天系统。


  从上世纪80年代提出设想,到1994年正式启动北斗一号工程建设;从北斗一号向中国提供服务、北斗二号覆盖亚太地区,到北斗三号完成全球组网,30多年时间里,几代北斗人按“三步走”战略,奋起直追、并跑超越,先有源、后无源,先区域、后全球,走出了一条中国特色的卫星导航系统建设道路。


  北斗作为继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略后的全球第四大卫星导航系统,拥有自主知识产权和核心技术,卫星单机和关键元器件国产化率达到100%。


  导航系统提供的是时间和空间信息,构成的是时空基准网络,无论天上飞的、地上走的还是水里游的,无论人员、车辆、轮船还是飞行器,都离不开精准的时空信息。“作为基础标称的时间和空间信息,如果由别人提供,就会陷入被动。”航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师陈忠贵说,“比如,对新基建来说,时间基准和空间位置基准就是至关重要基础,可以说,北斗导航系统是新基建的基建,基础的基础。”


  北斗建设难在哪里?“卫星导航系统就像太空中的灯塔。”中国航天科技集团五院北斗三号工程副总设计师、北斗三号卫星首席总设计师谢军给出了形象的比喻,“高精度的太空灯塔如何建立起来?自己的位置谁来测?怎么保持稳定?多颗卫星如何能够安全、可靠地工作?这些都是难题。”


  “四连问”涉及卫星本体构造、导航总体技术、核心单机研制、自主创新突破四大方面。核心技术是买不来、等不来、要不来的,必须走国产化之路,北斗为之艰难求索:北斗一号解决了卫星最基本的问题,诸如供配电的太阳帆板等核心产品实现国产化;北斗二号打破了国外的技术封锁,攻克了以导航卫星总体技术、高精度星载原子钟等为代表的多项关键技术;北斗三号更是一马当先,开始了从并跑转向领跑的征程。中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;建立了器部件国产化从研制、验证到应用一体化体系,彻底打破了核心器部件长期依赖进口、受制于人的局面。


  同为国际电信联盟的会员,中国北斗与美国GPS、欧洲伽利略和俄罗斯格洛纳斯不是非此即彼,而是兼容合作的关系。去年,中俄卫星导航政府间合作协定正式生效。按照该协定,中俄两国将至少各在对方境内部署3个卫星导航系统地面站,并将在开发和生产使用格洛纳斯和北斗系统的民用导航设备等方面合作。


  北斗还拥有自己的“独家秘笈”。有源定位是中国北斗的创举之一。有源定位利用无线电测定技术,通过两颗GEO卫星联手,不仅能回答用户“我在哪”,还能告诉关注用户行踪的相关方“你在哪”,广泛用在搜救、渔业等领域,是保障民生安全的“千里眼”。


  短报文通信能力也是北斗独有的“基因”。手机通过基站提供服务,而在海上没有手机信号或是灾害发生通信受阻时,如果拥有北斗终端,就相当于拥有了天上的卫星“基站”,人们可以通过卫星发送短报文,与外界取得联系。值得一提的是,北斗三号的短报文通信能力显著提升,信息发送能力从一次120汉字提升到一次1200汉字,遇到突发情况时无需字斟句酌,还可以发送图片等信息,应用场景更丰富。目前,中国的渔民和海洋执法船上基本都配备了北斗专门的通信终端。


  中国北斗 全球共享


  北斗在天边,服务在身边。


  手机导航、自动驾驶、无人插秧、灾害预警、海上搜救……通过提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务,北斗系统广泛应用于生产生活的各个领域,产生显著经济和社会效益同时,也改变着人们的生活。


  10天建成一座医院——在武汉知音湖畔的一处空地上,火神山医院拔地而起。疫情下,令人叹服的“中国速度”背后,离不开远在天边的北斗“助攻”。


  即使场地环境复杂,北斗也能实现高精度定位、精确标绘,为建设两座医院争取时间。北斗高精度定位设备火速驰援火神山和雷神山医院建设现场,确保工地大部分放线测量工作一次完成;基于北斗系统的上百架10公斤至1.5吨载重无人机,将一线急需的医疗和防疫物资精准送到医护人员手中,减少人员接触,降低了交叉感染风险。


  在抗疫中大显身手后,北斗在前不久的珠峰高程测量中再次大放异彩。全球导航卫星系统(GNSS)卫星测量是珠峰测高的重要一环。在珠峰峰顶,GNSS接收机能通过卫星获取平面位置、峰顶雪面大地高等信息,并将大地高程换算成海拔高程。


  15年前,我国测量珠峰高程时,GNSS卫星测量主要依赖美国的GPS系统。而此次测量,我国同时参考中国北斗、美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯四大全球卫星导航系统,并且以北斗的数据为主。


  “能在世界最高峰的高程测量中应用北斗系统,这是我们中国测绘人的骄傲。”自然资源部第一大地测量队(国测一大队)队长、2020珠峰高程测量现场总指挥李国鹏说。


  北斗在中国,也在全世界。


  印度尼西亚土地确权、科威特建筑施工、乌干达国土测试、缅甸精准农业、马尔代夫海上打桩、泰国仓储物流、柬埔寨无人机应用……随着北斗三号系统建设日臻完善,更广地域、更多领域的全球民众享受到北斗带来的高效与便利。


  在印度班加罗尔市中心的一个建筑工地上,舒塔姆建筑有限公司测绘工程师阿伦·库普达正进行建筑施工测量。他在工地上不同地点间走动,准确的定位信息实时显示在他手中的设备上。


  他手中的设备,是北斗测绘设备。设备通过接收来自基准站的差分改正数据,能很快达到厘米级的定位精度,再通过蓝牙连接,直接向设备传递位置数据,完成测量坐标等工作。“相比之前用过的设备,中国的北斗测绘设备定位精准度更高,使用更便利。”阿伦·库普达说。


  阿伦·库普达的“用户反馈”是北斗卫星导航系统为全球民众提供优质服务的一个缩影。2018年底,北斗三号基本系统建成,提前两年为全球用户提供服务;去年底,北斗三号核心星座部署完成;今年,北斗三号全球组网发射任务成功后,将正式开启北斗全球新时代。


  “目前,世界上已有半数以上的国家使用我们的北斗,今年全球系统建成后,无论你在世界的任何角落,北斗都会向你提供满意的服务。”北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风说,北斗为全球卫星导航事业发展提供了中国方案,将以更开放的姿态、强大的功能和优质的性能服务全球,造福人类。


  梦想无止境,北斗无止境。随着5G商用时代的到来,北斗正在与新一代通信、区块链、人工智能等新技术加速融合,应用新模式、新业态、新经济不断涌现。正如北斗人常说的那样,卫星导航的应用仅受人类想象力的限制,北斗的未来拥有无限可能。


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