北斗衛(wèi)星：中國(guó)“天眼”看世界

發(fā)射成功不久的第17顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，是中科院承擔(dān)的首顆長(zhǎng)壽命、高可靠業(yè)務(wù)星。它的研制只用了3年零3個(gè)月。在未來的導(dǎo)航衛(wèi)星研制上，中科院將會(huì)承擔(dān)更多的任務(wù)。

■本報(bào)記者 黃辛 王珊

大部分人的五一小長(zhǎng)假過得不亦樂乎。然而，在西安衛(wèi)星測(cè)控中心，有一群人卻一直堅(jiān)守在崗位上，中科院上海微小衛(wèi)星工程中心導(dǎo)航副總師沈?qū)W民就是其中之一。

4月21日，北斗導(dǎo)航小衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入工作軌道，地面成功接收到衛(wèi)星下發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)，沈?qū)W民的一顆心總算放進(jìn)了肚子里。“我們的衛(wèi)星測(cè)試項(xiàng)目基本完成，所有的參數(shù)都很理想。”

再過幾天，這顆剛剛發(fā)射的新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星就要交付用戶進(jìn)行導(dǎo)航性能測(cè)試試驗(yàn)，而這個(gè)試驗(yàn)也將一直持續(xù)到7月份左右。

“就像一臺(tái)電視機(jī)，生產(chǎn)出來后，你要交給用戶作評(píng)價(jià)，并獲取反饋意見。”沈?qū)W民說，所獲得的數(shù)據(jù)將為以后北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的研制提供數(shù)據(jù)支撐。

這些，意味著中國(guó)距離“天眼”看世界的夢(mèng)想又近了一步。

來自天上的對(duì)話

與之前的16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星相比，這顆新的小衛(wèi)星最大的不同就在于“星間鏈路”功能。

星間鏈路是指用于衛(wèi)星之間通信的鏈路，可以將多顆衛(wèi)星互聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間的信息傳輸和交換。而“天上的對(duì)話”實(shí)現(xiàn)后，北斗衛(wèi)星就不用過分依賴地面，這可以解決地面基站不足的現(xiàn)實(shí)難題。

而且，“即使地面發(fā)生了自然災(zāi)害等意外導(dǎo)致地面控制與衛(wèi)星‘失聯(lián)’，導(dǎo)航系統(tǒng)依舊可以自主運(yùn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間，用互相測(cè)距的方法進(jìn)行定位。”沈?qū)W民說。

當(dāng)這一設(shè)想首次被提出時(shí)，幾乎沒人相信他們能成功。

如今，星間鏈路的有效性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到首次驗(yàn)證。而且，從這顆衛(wèi)星開始，北斗衛(wèi)星都將具備星間鏈路。“這一功能的驗(yàn)證，為這項(xiàng)技術(shù)真正用在工程上起到了奠定的作用。”沈?qū)W民說。

“小年輕”的大責(zé)任

小衛(wèi)星的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)當(dāng)然不只在星間鏈路上。在衛(wèi)星姿態(tài)設(shè)計(jì)方面，也采用了與以往不同的設(shè)計(jì)路線。“小衛(wèi)星首次采用了以恒星為參考源的星敏感器，而不是常用的陀螺定姿技術(shù)。”上海微小衛(wèi)星工程中心副主任、導(dǎo)航衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師林寶軍說，正因?yàn)榇耍麄冞€專門針對(duì)導(dǎo)航任務(wù)，設(shè)計(jì)了中科院導(dǎo)航衛(wèi)星平臺(tái)。

首次采用功能鏈設(shè)計(jì)理念、首次采用直接入軌發(fā)射方式、首次大量使用國(guó)產(chǎn)化器部件……小衛(wèi)星的身上有著太多第一。

作為中國(guó)科學(xué)院承擔(dān)的首顆長(zhǎng)壽命、高可靠業(yè)務(wù)星，從啟動(dòng)到完成，小衛(wèi)星的研制只用了3年零3個(gè)月。

然而，令人意想不到的是，這樣一個(gè)意義重大、影響深遠(yuǎn)的工程，竟然出自一個(gè)大多由“毛頭小伙子”和“黃毛丫頭”組成的團(tuán)隊(duì)之手。這支隊(duì)伍的平均年齡31.7歲，“80后”占到75.8%。

擰螺絲的人永遠(yuǎn)在擰螺絲，鉚釘?shù)娜擞肋h(yuǎn)在鉚釘，這種狀況不會(huì)發(fā)生在小衛(wèi)星中心。生于1988年的李紹前是團(tuán)隊(duì)中的一員，2012年研究生畢業(yè)的他，來到微小衛(wèi)星工程中心工作就被分派到了新一代北斗型號(hào)里，可謂接受了十足的鍛煉。

衛(wèi)星副總指揮李國(guó)通也說，這支年輕的科研團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揚(yáng)了中科院的創(chuàng)新精神與航天工程的嚴(yán)謹(jǐn)精神。

未來挑戰(zhàn)更加艱巨

根據(jù)計(jì)劃，北斗系統(tǒng)將在2020年左右實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)，屆時(shí)將建成由5顆地球同步軌道衛(wèi)星和30顆非地球同步軌道衛(wèi)星組成的“天眼”，提供覆蓋全球的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。

這又將是一輪新的挑戰(zhàn)。“衛(wèi)星之間的組網(wǎng)要考慮排列位置，衛(wèi)星之間要有相位，并在一定的軌道上。”沈?qū)W民說，每顆衛(wèi)星如何回到自己的特定位置上是一個(gè)難點(diǎn)，而那么多的衛(wèi)星在天上，也給地面的運(yùn)控管理帶來了很大困難。

此外，對(duì)于導(dǎo)航衛(wèi)星來說，最難的就是保證其長(zhǎng)壽命、高可靠、高可用。“第一顆試驗(yàn)星驗(yàn)證可行，但要保證后面的每一顆星都這樣，這對(duì)研制工作也是很大挑戰(zhàn)。”沈?qū)W民說。

在未來的導(dǎo)航衛(wèi)星研制上，中科院將會(huì)承擔(dān)更重的任務(wù)，平均每年要研制兩顆衛(wèi)星甚至更多。

在沈?qū)W民看來，這就需要在管理模式上作出創(chuàng)新，即不能以現(xiàn)在的科學(xué)模式來對(duì)待后期的工程建設(shè)，工程衛(wèi)星要尊重其自身的規(guī)律。

如今，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已成為繼美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略之后的全球第四大導(dǎo)航系統(tǒng)。那么全球組網(wǎng)后的國(guó)際合作也在考慮之中。“各大系統(tǒng)之間如何實(shí)現(xiàn)嵌入互操作？如何共用？中間的協(xié)調(diào)工作也很難。”沈?qū)W民說，這些都需要從現(xiàn)在開始就進(jìn)行考慮和研究。