月均發射1.2星，北斗怎樣跑出中國速度？
科技日報記者 付毅飛
2019年12月16日，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭及遠征一號上面級，以「一箭雙星」方式成功發射第52、53顆北斗導航衛星。此次發射的是北斗三號系統第23、24顆中圓地球軌道衛星，標誌著北斗三號系統核心星座部署完成。
肖國軍 攝
北斗衛星導航系統總設計師楊長風介紹，自2017年11月5日首次發射北斗三號組網衛星以來，北斗系統2年時間實現18次30顆衛星發射連戰連捷，創造了中國航天發射歷史上高密度、高成功率的新紀錄。
記者了解到，北斗平均每月1.2顆衛星的發射密度，也刷新了全球衛星導航系統組網速度的世界紀錄。
北斗系統作為我國迄今為止規模最大、服務最廣的巨型複雜航天系統，面對星箭組批生產、超高密度發射以及高可靠、高穩定、高安全運行等挑戰，「跑」出了「中國速度」。
建立衛星研發生產管理新模式
從北斗一號數年研製1顆星，到北斗二號3年研製15顆星，再到北斗三號3年並行研製20顆星，中國航天科技集團五院形成了一整套獨具特色的管理制度。
記者從五院了解到，針對北斗工程時間緊迫、技術複雜、多星多線並舉、參研單位眾多的特點，該院跳出單星管理模式，開創了組網衛星研發生產組織管理新模式，首創「四加一」管理流程體系。技術流程、計劃流程、產品保證流程和技術安全流程，加上與四個主線流程緊密契合的政治工作流程，實現了衛星群研製工作項目在黨的統一領導下靈活調配。
北斗雙星轉運至發射塔架。南勇 攝
從設計、研製到生產、發射，再到在軌管理，「四加一」管理流程體系覆蓋了北斗全壽命周期，形成一條鏈的管理制度和規範體系。其中，質量管理是北斗全壽命周期的關鍵。為確保北斗連續穩定精準運行，五院以經驗豐富、技術過硬的產品保證經理為核心，組建了北斗三號產品保證隊伍，建立了覆蓋全層級的產品保證體系和傳遞落實機制，面向全體承研單位、各層級產品全面推行產品保證工作。在處理質量與進度這對「雙螺旋」時，五院始終將質量放在首位，從不因時間緊迫而放鬆對質量的要求。
整星研製周期縮減25%，發射場周期縮短27%，發射場人員減少39%……成績映射著五院人堅持自我完善、自我發展，不斷提升管理手段的勃勃生機。
開創我國「一箭雙星」
發射高軌衛星之先河
隨著此次發射任務的成功，長征三號甲系列火箭憑藉2019年發射任務100%全勝、執行北斗工程發射任務100%全勝的戰績，圓滿完成了2019年全年發射任務。
回顧每一次北斗工程的發射任務，都少不了長三甲系列火箭的托舉，因此該系列火箭也被人稱為「北斗專列」。從最初發射北斗導航試驗衛星算起，長三甲系列火箭以42次100%成功的成績，護送57顆北斗衛星進入軌道。
從北斗一號到北斗三號；從發射地球靜止軌道衛星，到具備北斗工程三種軌道的部署能力；從一年幾次發射到一年十幾次發射，長三甲研製團隊一直在創新的道路上不斷探索。
長征三號乙運載火箭托舉北斗蓄勢待發。高楠 攝
記者從航天科技集團一院了解到，長三甲系列火箭最早接到北斗發射任務時，僅具備地球靜止軌道衛星發射能力，北斗工程對運載火箭提出了需要滿足多軌道面組網發射的新要求。為此，研製團隊開展了以北斗衛星工程發射中圓地球軌道、傾斜地球同步軌道和地球同步軌道設計技術為代表的攻關研製，採用東南射向進行軌道設計，滿足了工程對火箭運載能力和衛星軌道部署的雙向需求。
要在短時間內向中、高軌道發射30多顆衛星，必須在衛星部署能力上取得突破。一院提出了依託上面級直接入軌方案，遠征一號上面級應運而生。
遠征一號與長三甲系列火箭搭檔飛行，將北斗導航衛星直接送入工作軌道，開創了我國「一箭雙星」發射高軌衛星的先河，進一步加快了北斗衛星的部署速度，同時也為衛星節約能量，延長了衛星工作壽命。
對所有北斗三號衛星
24小時不間斷管理
作為我國在軌航天器管理中心和航天測控網運行管理中心，西安衛星測控中心承擔北斗導航衛星以及星間鏈路系統的運行管理工作。
記者了解到，該中心已完成24顆北斗三號衛星的星間鏈路在軌測試工作，星間遙測數據全部接入該中心自主研發的星間鏈路綜合管理系統，實現對在軌北斗三號衛星24小時不間斷管理。
據該中心工程師卞燕山介紹，目前國內現有地面測控站無法實現對全球組網衛星的不間斷測量。藉助星間鏈路技術，可以把所有北斗三號衛星互聯在一起，形成一個以衛星作為交換節點的空間通信網路。地面站只要對某一顆北斗衛星發布指令，這一指令就能在星座內的衛星之間傳遞下去。反之，衛星在軌運行狀態也能夠通過衛星隨時傳遞到管理中心。這使得北斗星座運行能夠保持準確無誤，同時最大限度地節約地面測控資源。
西安衛星測控中心供圖
「目前，中心已成功研發部署了星間鏈路綜合管理系統，為及時發現星間鏈路網路異常提供重要的技術支撐，有效提升了星座管控能力與星間鏈路管理效率。」 卞燕山說。
下一步，該中心將進一步拓展星間鏈路實時診斷功能，實現系統狀態多源數據綜合監視、綜合研判，優化星間鏈路運行管理中心軟體演算法，在系統層面提升發現異常的時效性，實現從參數級診斷向部件級、系統級診斷，從單鏈路診斷向全鏈路診斷的跨越。
西昌中心形成「大體系」
北斗星座由中圓軌道、傾斜地球軌道和地球靜止軌道衛星組成，都屬於中高軌道，目前均由長三甲系列火箭發射，而該系列火箭只能在西昌衛星發射中心實施發射。同時，作為我國較低緯度的發射場，在該中心發射具備較高的效費比。
因此，西昌與北斗結下了不解之緣。所有北斗衛星，都是從這裡啟程。
該中心副主任王澤民介紹，為提高發射任務質量管理水平，提升綜合發射能力，該中心自2004年初按照ISO9001國際標準建立質量管理體系，於2006年9月順利通過認證，成為國內首家實施質量管理體系認證的航天發射場。在此基礎上，該中心於2009年建立運行了了質量、環境和職業健康安全一體化管理體系，開創了科學、系統、規範開展發射任務質量、環境和職業健康安全管理的時代。近年來，該中心持續推進一體化管理體系精細化運行，並把風險管理體系融入進來，形成了「大管理」「大融合」「大體系」。
目前，北斗三號工程建設已進入決戰決勝衝刺階段。楊長風介紹，按計劃我國將於2020年6月前發射2顆地球同步軌道北斗衛星，全面建成北斗三號系統，為全球提供更優質服務。同時我國已啟動北斗系統接續發展的總體論證和關鍵技術攻關等工作，計劃於2035年前，建成以北斗系統為核心的綜合定位、導航、授時（PNT）體系。
「北斗將始終秉承『中國的北斗、世界的北斗、一流的北斗』理念，以嶄新姿態、更強能力和更好服務，造福人類，服務全球。」楊長風說。
來源：科技日報
編輯：劉義陽
審核：朱麗
