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中國科學院上海分院: “一箭雙星”中的“戰鬥”身影

1月12日7時18分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭以 一箭雙星 方式成功發射第26、第27顆北鬥導航衛星。這也是長征系列運載火箭的第262次飛行。中國北鬥衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國自行研制的全球衛星導航系統。是繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)之後第三個成熟的衛星導航系統。北鬥衛星導航系統(BDS)和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO,是聯合國衛星導航委員會已認定的供應商。

這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星,是我國北鬥三號工程第三、四顆組網衛星。衛星入軌後,經測試及入網驗證,可對外提供服務。按計劃,北鬥衛星導航系統將於2018年底服務 一帶一路 沿線國傢。此次首發成功,也正式拉開2018年度北鬥高密度發射序幕。

台中菜梯這次發射的兩顆北鬥三號導航衛星是由中國科學院微小衛星創新研究院抓總研制。據該院院長於英傑介紹,今年計劃發射8顆由該院抓總研制的北鬥三號衛星。從過去5年研制發射2顆北鬥衛星到今年一年發射8顆組網星,中科院微小衛星創新研究院從技術理念、隊伍建設到組織架構,都銳意創新,旨在當好中國微小衛星領域的先鋒隊。

中國科學院微小衛星創新研究院副院長、北鬥三號衛星總設計師林寶軍表示,與北鬥二號相比,北鬥三號最大的進步便是 從區域到全球 ,真正做到瞭 中國的北鬥、世界的北鬥 。 具體而言,導航服務擴展到全球,宇航能力服務全球,建設事業面向全球,性能指標大幅提升。 北鬥三號的綜合性能達到瞭世界一流水平,設計理念處於世界領先地位。

菜梯價格林寶軍將當天發射升空的兩顆北鬥三號全球組網星的特色概括為:設計理念的創新、中科院專用導航衛星平臺、星間鏈路、高可靠高可用且全部國產化的星載導航核心技術。

據悉,新年首發的北鬥雙星,采用的是中科院專用導航衛星平臺,中科院的創新基因在這一平臺上體現得淋漓盡致。平臺的姿控精度比要求精度還提高瞭一個量級,軌控采用四推力器斜裝;電子學系統采用國產 龍芯 CPU,與歐洲同類產品相比,不僅計算能力提升瞭,而且空間環境輻照的能力明顯更勝一籌;全球首創的在軌賦能自主運行技術,甚至可以不依賴地面實現衛星的自主定位,讓衛星在天上 知錯能改 、 自我修復 、 刷新體制 ;在整星集成狀態下,也可以按真正的飛行過程,實現軟硬件的全任務剖面閉環測試,在全球四大導航系統中屬於首創。

間鏈路,則幫助北鬥系統實現瞭 一星通、星星通 ,基於國內段可以實現全球衛星的掌控。衛星觀測值提高瞭10-30倍,測控覆蓋從30%提高到100%,令導航能力再上臺階,實現瞭相當於美國GPSII到GPSIII的跨越。 也就是說,星與星之間7萬公裡距離,測距精度可以達到1厘米左右。 林寶軍自豪地說。

此次成功發射的北鬥雙星,凝聚瞭眾多優秀的國產原創科技成果。其中,多項來自上海。如,星箭分離後,衛星上的2臺數字太陽敏感器和2臺紅外地球敏感器現已成功開機,4臺模擬式太陽敏感器帶電發射,目前逐步開展衛星入軌階段的姿態捕獲任務。這些儀器由中科院上海技術物理研究所研制。遙測數據表明產品工作正常,後續工作按計劃陸續展開。

尤其值得一提的是,星上核心載荷已全部實現國產化。其中很重要的一項便是原子鐘的升級換代和無縫切換。其實,導航定位的原理並不復雜,測量衛星到目標的時間,再乘以光速就是距離,利用四個以上的距離測量值就可以計算得到用戶位置,所以時間是導航系統的核心。中科院上海天文臺上世紀70年代研制出我國首臺地面主動性氫原子鐘,從2003年開始啟動瞭星載氫原子鐘研究項目。不同於地面產品使用的原子鐘,星載氫原子鐘不僅要具備高穩定性、高精度,還需 瘦身 又 靠譜 在保證高可靠性的前提下,做到體積小、重量輕,能經受衛星發射期間振動、沖擊等力學考驗,能適應衛星在軌運行期間的高低溫環境和空間輻射環境,並且能在軌連續穩定工作12年以上。

該項目負責人、上海天文臺帥濤研究員告訴記者,2017年完成瞭6臺氫原子鐘研制,2018年計劃完成8臺,可滿足北鬥三號衛星相對密集的工程進度。與此同時,團隊正在開展下一代星載氫鐘研究,可望在長期穩定性等關鍵性能指標上繼續保持優勢的基礎上,對產品進行大幅改進,讓它進一步 瘦身 ,從目前的25公斤減重至12公斤。 我們正在對現有氫鐘進行改進,通過關鍵部件小型化和輕量化設計,在保證性能指標的同時,把重量減輕一半左右。 上海天文臺謝勇輝研究員說。 氫鐘的進一步小型化,帶來的是體積、重量和功耗的下降,也就是對導航衛星配置資源需求的降低,可適應下一代高集成度導航衛星發展需要。 帥濤進一步解釋說。

上海技術物理研究所為兩顆衛星研制瞭2臺數字太陽敏感器、2臺面陣紅外地球敏感器和4臺模擬式太陽敏感器。負責數字太陽敏感器的席紅霞正高級工程師告訴記者,星箭分離後,2臺數字太陽敏感器、2臺面陣紅外地球敏感器和4臺模擬式太陽敏感器已成功開機,正逐步開展衛星入軌階段的姿態捕獲任務。遙測數據表明產品工作正常,後續工作按計劃陸續展開。

上海矽酸鹽研究所和上海有機化學研究所則貢獻瞭衛星關鍵熱控塗層材料。

上海矽酸鹽所提供的材料包括防靜電F46電梯維修費用薄膜鍍銀二次表面鏡熱控塗層、多層隔熱屏材料等全部柔性薄膜熱控塗層材料、KS-Z熱控塗層、鈰玻璃鍍銀二次表面鏡熱控塗層、黑色陽極氧化熱控塗層等。 防靜電F46鍍銀二次表面鏡等柔性薄膜熱控塗層材料大面積包覆於北鬥衛星外表面,對衛星在苛刻空間溫度環境下的穩定性及可靠性起到關鍵作用, 上海矽酸鹽所於雲研究員介紹, 上海矽酸鹽所也是國際僅有的兩傢全面掌握防靜電F46鍍銀二次表面鏡熱控塗層制備技術的單位之一。 而黑色陽極氧化熱控塗層及鈰玻璃鍍銀二次表面鏡熱控塗層在空間電源放電調節器、銣鐘等衛星關鍵載荷的等溫化設計與控制方面發揮重要作用,保障瞭各類溫度敏感器件在空間長時服役情況下的性能穩定性。(測繪網 小會)




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