一箭雙星，北斗三號新年首發成功！揭開2018年度高密度發射序幕
【新民晚報·新民網】北斗導航衛星新年首發成功！西昌衛星發射中心新年首發成功！
今晨，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顆北斗導航衛星。這也是長征系列運載火箭的第262次飛行。
這兩顆衛星屬於中圓地球軌道衛星，是我國北斗三號工程第三、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，北斗衛星導航系統將於2018年底服務「一帶一路」沿線國家。此次首發成功，也正式拉開2018年度北斗高密度發射序幕。
西昌衛星發射基地。地面溫度4℃左右。多雲。
1月12日早晨7時18分，長征三號乙運載火箭（及遠征一號上面級）起飛。2分鐘後，火箭助推器分離。那一刻，記者在現場真切地感受到了震撼人心的壯觀。中國科學院微小衛星創新研究院院長助理、北斗三號衛星總指揮李國通說，這便是四個助推器的巨大威力，「一箭雙星」不辱使命！
13分鐘後，火箭基礎級與上面級和衛星組合體分離。
3小時35分後，遠征一號上面級與北斗雙星分離。對衛星研製團隊而言，直到一箭雙星安全分離，衛星的太陽能帆板順利展開，衛星雙雙進入軌道，此次發射任務才算初獲成功。
中國的北斗，世界的北斗
北斗三號全球導航系統的定位精度將提升1至2倍，達到2.5米至5米水平，建成後的北斗全球導航系統將為民用用戶免費提供約10米精度的定位服務、0.2米/秒的測速服務，並且將為付費用戶提供更高精度等級的服務。同時，衛星設計壽命達10年以上。隨著北斗地基增強系統提供初始服務，可提供米級、亞米級、分米級甚至厘米級的服務。
此次發射的兩顆北斗三號導航衛星，「娘家」就在上海——由中國科學院微小衛星創新研究院抓總研製。據院長於英傑透露，今年計劃發射8顆由該院抓總研製的北斗三號衛星，從過去5年研製發射2顆北斗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、北斗三號衛星總設計師林寶軍告訴記者，與北斗二號相比，北斗三號最大的進步便是「從區域到全球」，真正做到了「中國的北斗世界的北斗」。「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。」 北斗三號的綜合性能達到了世界一流水平，設計理念處於世界領先地位。
去年12月，中美兩國簽署《北斗與GPS信號兼容與互操作聯合聲明》，根據聲明，兩大衛星導航系統在國際電聯框架下實現射頻兼容，實現民用信號互操作，並將持續開展兼容與互操作合作。「這也說明了北斗系統正日臻成熟，對全世界的貢獻也越來越大。只有北斗強大了，人家才願意與你共享。」衛星副總設計師沈學民深有感觸地說。「也許，就在不遠的將來，美國民眾也會廣泛使用北斗導航衛星，就像我們使用GPS一樣。」於英傑自信地展望未來。
創新的基因，多項全球首創
林寶軍將今天發射升空的兩顆北斗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台、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。
所謂設計理念的創新，指的是 「功能鏈」設計理念。衛星設計的常用理念是十幾個分系統來「拼圖」。好處是各司其職、便於管理，哪裡出了問題就找哪個分系統負責到底。但是，這麼多分系統，這麼多溝通環節，這麼多設備器件的重複，造成的是資源和時間的浪費。新一代北斗另闢蹊徑，按學科「合併同類項」，串起有效載荷、結構熱、電子學和姿軌控等4條「功能鏈」，簡化系統結構，不僅減小衛星的體積、重量和能耗，而且提高了系統的固有可靠性，使小衛星實現大功能。
新年首發的北斗雙星，採用的是中科院專用導航衛星平台，中科院的創新基因在這一平台上體現得淋漓盡致。平台的姿控精度比要求精度還提高了一個量級，軌控採用四推力器斜裝；電子學系統採用國產「龍芯」CPU，與歐洲同類產品相比，不僅計算能力提升了，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，實現軟硬體的全任務剖面閉環測試，在全球四大導航系統中也屬於首創。
星間鏈路，則幫助北斗系統實現了「一星通星星通」，基於國內段可以實現全球衛星的掌控。衛星觀測值提高了10-30倍，測控覆蓋從30%提高到100%，令導航能力再上台階，實現了相當於美國GPSII到GPSIII的跨越。「也就是說，星與星之間7萬公里距離，測距精度可以達到1厘米左右。」林寶軍自豪地介紹。
核心技術全國產化，多項來自上海
此次成功發射的北斗雙星，凝聚了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台數字太陽敏感器和2台紅外地球敏感器現已成功開機，4台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製。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複雜，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。北斗三號衛星副總設計師沈學民介紹說，我們平時使用的手錶每天大概有0.1秒至1秒的誤差，為確保定位精度，導航衛星使用的是高精度原子鐘，一般100萬年誤差小於1秒，而北斗三號採用了高性能氫原子鐘，1000萬年才誤差1秒，相比之前北斗二號使用的銣原子鐘性能有大幅提升。中科院上海天文台即為該氫原子承研單位。
據了解，實用型原子鐘有銣原子鐘、銫原子鐘和氫原子鐘三類，氫原子鐘的短中期性能優於前兩者，最適用於導航衛星時間維持，其實現技術難度也最大。此前，國際四大導航系統中僅歐洲伽利略衛星配置了星載氫鍾。北斗三號採用的國產氫鍾與之相比，兩者地面測試性能相當，從在軌綜合表現看，國產星載氫鍾實現了更小的用戶測距誤差。
中科院上海天文台上世紀70年代研製出我國首台地面主動性氫原子鐘，從2003年開始啟動了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、衝擊等力學考驗，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。
要知道，原來在地面使用的主動性氫原子鐘，重達數百公斤。最終為北斗三號「量身定製」的星載氫原子鐘，僅25公斤。如此令人不可思議的超級「瘦身」過程，凝聚了上海天文台科研人員六年多無數次的原理探索、技術攻關和工程化改造。
該項目負責人、上海天文台帥濤研究員告訴記者，2017年完成了6台氫原子鐘研製，2018年計劃完成8台，可滿足北斗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鍾研究，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。「我們正在對現有氫鍾進行改進，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。」 上海天文台謝勇輝研究員透露。「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。
(新民晚報記者 董純蕾 圖 袁婧）
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