文章來源：中國(guo)航天科工集(ji)團公司、中國(guo)電子科技集(ji)團公司 發布時(shi)間：2018-11-09
11月5日19點45分，我(wo)國在西昌衛(wei)(wei)(wei)(wei)星發射(she)(she)中心(xin)用(yong)長征三(san)號乙/遠征一號運載火箭，以“一箭雙(shuang)星”方(fang)式成(cheng)功(gong)發射(she)(she)第24、25顆(ke)北(bei)斗導航(hang)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星。這兩(liang)顆(ke)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星是我(wo)國北(bei)斗三(san)號第一、二(er)顆(ke)組網(wang)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星，開啟了北(bei)斗衛(wei)(wei)(wei)(wei)星導航(hang)系統全球組網(wang)的新時代。在“一箭雙(shuang)星”成(cheng)功(gong)發射(she)(she)背(bei)后，凝(ning)聚了多家央企的智(zhi)慧力量。
航天科工：筑就火箭衛星“鋼筋鐵骨” 使其“耳聰目明”
中國航天(tian)科(ke)工(gong)集團公司(si)在北(bei)斗(dou)三號工(gong)程(cheng)中承擔了原子鐘、聲表(biao)面波濾波器、蓄電池、緊固件(jian)、連接器等關鍵產(chan)品(pin)的(de)(de)研制(zhi)生(sheng)產(chan)和軟件(jian)測(ce)評等保(bao)障工(gong)作(zuo)(zuo)。航天(tian)科(ke)工(gong)高度重視北(bei)斗(dou)三號工(gong)程(cheng)的(de)(de)配套和服務(wu)保(bao)障工(gong)作(zuo)(zuo)，以(yi)強(qiang)烈的(de)(de)使命感、責任(ren)感、緊迫感，嚴(yan)格抓好質量管控，保(bao)證各配套產(chan)品(pin)安全(quan)可靠(kao)，確保(bao)飛行任(ren)務(wu)圓滿成功，用實(shi)際行動貫徹落(luo)實(shi)黨的(de)(de)十九大精神(shen)。
在北斗衛(wei)星(xing)的(de)(de)(de)上行和下行信號中，時(shi)(shi)間(jian)(jian)信息(xi)(xi)是最重要的(de)(de)(de)控制信息(xi)(xi)和定位(wei)依據。用(yong)戶定位(wei)信息(xi)(xi)準確(que)(que)的(de)(de)(de)前(qian)提是各(ge)衛(wei)星(xing)本地時(shi)(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)高度統(tong)一(yi)，而維持衛(wei)星(xing)時(shi)(shi)間(jian)(jian)準確(que)(que)性的(de)(de)(de)守時(shi)(shi)設備就(jiu)是原子鐘(zhong)。因(yin)此，原子鐘(zhong)被稱(cheng)為導(dao)航(hang)衛(wei)星(xing)的(de)(de)(de)心(xin)臟(zang)，是一(yi)個國(guo)家能否具備獨立(li)發展導(dao)航(hang)系統(tong)能力的(de)(de)(de)核心(xin)標志之一(yi)。
航天科工二院(yuan)203所為(wei)北斗三號衛(wei)星(xing)(xing)提供了高精(jing)度的(de)星(xing)(xing)載氫原子鐘、星(xing)(xing)載銣原子鐘等(deng)產(chan)品。其突(tu)出的(de)產(chan)品可靠性(xing)和優良的(de)性(xing)能(neng)，為(wei)北斗衛(wei)星(xing)(xing)導航系(xi)統的(de)精(jing)準定(ding)位打下了堅實基礎。伴隨(sui)長(chang)征三號乙/遠征一號運載火(huo)箭(jian)成功飛天的(de)，還(huan)有(you)(you)十院(yuan)航天電(dian)器公司研制生產(chan)的(de)上萬個多(duo)型宇航連接(jie)器。它們作為(wei)火(huo)箭(jian)的(de)“血脈通道(dao)”，具有(you)(you)體積小、重(zhong)量輕(qing)、系(xi)列化程度高、接(jie)點密度高、抗振性(xing)能(neng)優等(deng)特點，能(neng)夠順暢、準確地傳遞各種信號指令，使火(huo)箭(jian)動作規范(fan)、準確。
十(shi)院梅嶺電源公司(si)研制生(sheng)產的鋅銀蓄電池組和充放(fang)電檢測設備，在本(ben)次(ci)發射(she)任務中(zhong)共有10種(zhong)11臺配套(tao)。航(hang)天精工數以萬計的高性能緊(jin)固件在此次(ci)任務中(zhong)連結機構(gou)、緊(jin)扣系統，以可(ke)靠的質量和技術(shu)保障(zhang)能力，將各(ge)零（部）件連接成一個(ge)有機的整體(ti)，筑就了火箭和衛星的一身“鋼筋(jin)鐵骨”。
作為衛(wei)星(xing)導航(hang)中的(de)(de)核心元(yuan)器件，聲表面波濾(lv)(lv)波器直接影響導航(hang)系統的(de)(de)精度及作用距離。二院23所生產(chan)的(de)(de)聲表面波濾(lv)(lv)波器安(an)裝在衛(wei)星(xing)的(de)(de)接收機上(shang)，對宇宙(zhou)中各(ge)類噪音(yin)、雜波進行(xing)過濾(lv)(lv)，讓(rang)衛(wei)星(xing)的(de)(de)通信(xin)更加清晰明朗。該產(chan)品已為北(bei)(bei)斗(dou)衛(wei)星(xing)導航(hang)系統建設服務十(shi)年，優(you)質的(de)(de)產(chan)品性能讓(rang)北(bei)(bei)斗(dou)衛(wei)星(xing)始終保持著“耳聰目(mu)明”的(de)(de)工作狀(zhuang)態。
三院(yuan)304所項(xiang)目團隊(dui)將(jiang)十余(yu)年來積累(lei)的(de)飛航(hang)(hang)軟件評測驗證(zheng)(zheng)技術經驗也(ye)推廣(guang)到了(le)北斗項(xiang)目任(ren)務。針對導(dao)航(hang)(hang)的(de)核(he)心部(bu)件——導(dao)航(hang)(hang)任(ren)務處理(li)(li)機開展(zhan)軟件可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)安全(quan)性(xing)分析(xi)與驗證(zheng)(zheng)，充分應(ying)用自主研(yan)發的(de)半實物可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)驗證(zheng)(zheng)平臺，構(gou)建了(le)175種導(dao)航(hang)(hang)處理(li)(li)機故障集，開辟了(le)多層面分析(xi)、多技術融合、故障注入(ru)仿真的(de)可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)驗證(zheng)(zheng)新模式，有效(xiao)保障任(ren)務進行(xing)。其有關(guan)成(cheng)果已(yi)列(lie)入(ru)北斗系列(lie)衛星(xing)成(cheng)果的(de)整星(xing)預案中，為北斗后續軟件的(de)可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)安全(quan)性(xing)提供了(le)有力支撐。
中國電科：多功能芯片“眼睛” 讓衛星更安全智慧
中(zhong)(zhong)國電(dian)(dian)(dian)科(ke)(ke)作為(wei)中(zhong)(zhong)國第二代衛星導(dao)航系統重大專(zhuan)項領導(dao)小組成(cheng)員單位(wei)，在本(ben)次任(ren)務中(zhong)(zhong)，網絡通信子集團(tuan)39所、54所，聲光電(dian)(dian)(dian)磁子集團(tuan)、儀(yi)(yi)器(qi)儀(yi)(yi)表、11所、12所、13所、21所、23所、55所、中(zhong)(zhong)科(ke)(ke)芯（58所）等(deng)近20家(jia)科(ke)(ke)研單位(wei)給衛星提(ti)供了多套拋(pao)物面天線(xian)及(ji)2萬余只全國產化關(guan)鍵(jian)元(yuan)器(qi)件，在身上(shang)注入了電(dian)(dian)(dian)科(ke)(ke)“元(yuan)素”，為(wei)“北(bei)斗三(san)號”高精度(du)、高連續(xu)、高穩定在軌運行提(ti)供了強大技術支撐。
國產自主“芯”為安全基石。作(zuo)為電子(zi)系統的基本組成，元器件的可靠性(xing)是影響運載火箭高可靠性(xing)的關(guan)鍵因素，牽(qian)一發而動全身。據介紹(shao)，在執行發射任(ren)務中，我國(guo)通(tong)常會面臨一些核心(xin)單(dan)機國(guo)際禁運的急迫現實(shi)，許多關(guan)鍵環節不(bu)能夠自主掌控(kong)。
面臨2020年(nian)全球(qiu)組網目(mu)標必須(xu)實現的(de)急迫(po)現實，中國(guo)電科團隊自主研發了(le)大批航天用全國(guo)產的(de)關鍵器件，有效解決了(le)替代(dai)進(jin)口的(de)問(wen)題，使系統更(geng)加可信(xin)可控(kong)，確保為任務(wu)提供安全可靠的(de)服務(wu)。
在本(ben)次任務(wu)中(zhong)(zhong)，中(zhong)(zhong)國電(dian)科為(wei)衛星(xing)提供了總線電(dian)路、多功(gong)能芯(xin)(xin)片等(deng)核心全國產化芯(xin)(xin)片。由(you)中(zhong)(zhong)科芯(xin)(xin)（58所(suo)）自主(zhu)研發(fa)的(de)總線電(dian)路，應用于雙(shuang)星(xing)上“核心大腦”星(xing)載(zai)計算機中(zhong)(zhong)的(de)有效載(zai)荷分系(xi)統，是實現信息通暢的(de)關鍵(jian)元素。
“有(you)效(xiao)載荷(he)是(shi)航天器在軌(gui)完成航天使命的最重(zhong)(zhong)要(yao)的一(yi)個(ge)分(fen)系(xi)統。如果說有(you)效(xiao)載荷(he)分(fen)系(xi)統是(shi)一(yi)條(tiao)信(xin)息(xi)高速(su)公路(lu)，應用在有(you)效(xiao)載荷(he)分(fen)系(xi)統中的總線電路(lu)就如同高速(su)公路(lu)上(shang)的各個(ge)出口和通道，負責各類命令、數據的通信(xin)和交互，實現高速(su)的通信(xin)，共同完成有(you)效(xiao)載荷(he)分(fen)系(xi)統的重(zhong)(zhong)要(yao)任(ren)務。”中科(ke)芯（58所）總線技術(shu)帶頭人劉士全介紹(shao)說。
該項目在國(guo)內尚屬(shu)首次，設(she)計、工藝、測(ce)試驗證(zheng)難度均非常大(da)。劉士全(quan)帶領團隊經過改進優化(hua)后，最終實現電路(lu)性能(neng)超越國(guo)外(wai)同類產品，電路(lu)可(ke)靠性更優。有了更加暢通的出口，中國(guo)電科還為衛星(xing)配備了更加清(qing)晰的多功(gong)能(neng)芯片(pian)“眼睛(jing)”和無磁變容管精準“手(shou)表”，讓衛星(xing)更安(an)全(quan)、智慧。
由(you)55所研制的(de)星(xing)(xing)間鏈路(lu)系統(tong)的(de)多(duo)(duo)(duo)功能(neng)芯(xin)片用于天線(xian)波束掃描定(ding)位(wei)系統(tong)中，實現(xian)對目標的(de)精(jing)確(que)定(ding)位(wei)和掃描，就像是(shi)為衛星(xing)(xing)安上了“眼睛(jing)”，讓衛星(xing)(xing)能(neng)夠看清(qing)地(di)面或周圍的(de)物體。該多(duo)(duo)(duo)功能(neng)芯(xin)片是(shi)國內砷(shen)化(hua)鎵E/D工藝多(duo)(duo)(duo)功能(neng)首次批量(liang)應用于星(xing)(xing)載系統(tong)，其(qi)采用砷(shen)化(hua)鎵E/D工藝進行高密度集(ji)成，可有效(xiao)降低整機體積、重(zhong)量(liang)等指標，為星(xing)(xing)載相控陣系統(tong)的(de)波束變化(hua)提供芯(xin)片支撐(cheng)。
“在宇航領域(yu)，為(wei)避免(mian)電磁(ci)波對(dui)器件(jian)產生干擾(rao)，必須采(cai)用無(wu)(wu)磁(ci)器件(jian)。此(ci)前我(wo)國(guo)采(cai)用國(guo)外進口無(wu)(wu)磁(ci)器件(jian)，價(jia)格昂貴，渠(qu)道困難，在國(guo)內(nei)此(ci)類(lei)器件(jian)的研(yan)制尚屬空(kong)白。”55所專家韓鈞(jun)表示。
為確保(bao)衛星(xing)的(de)安(an)全(quan)可控(kong)，韓鈞和團隊成員創新拼搏，研發了探測器的(de)消磁利器——無磁變(bian)容(rong)管(guan)(guan)。“無磁變(bian)容(rong)管(guan)(guan)是(shi)(shi)原(yuan)子鐘晶振的(de)重要(yao)組成原(yuan)件。晶振的(de)作用(yong)是(shi)(shi)給(gei)衛星(xing)提供基(ji)準(zhun)時間(jian)，就像是(shi)(shi)給(gei)每顆衛星(xing)戴上了一塊(kuai)‘手表’，有(you)了國產(chan)無磁變(bian)容(rong)管(guan)(guan)這(zhe)個(ge)重要(yao)件，‘手表’將更加精準(zhun)、安(an)全(quan)。”
架起“天線之網”。衛星(xing)上天(tian)后，為實時掌握(wo)來自“星(xing)星(xing)”的位置，中國(guo)電科(ke)架起了(le)“天(tian)線(xian)之網”，猶如一條看(kan)不(bu)見的風箏(zheng)線(xian)，為任務正(zheng)常運行提供指(zhi)揮決策(ce)。
“北(bei)斗(dou)三號”地面運(yun)控(kong)系統中，網絡通信子集(ji)團39所研發的(de)拋物面天線(xian)(xian)實(shi)現(xian)了(le)對衛(wei)星的(de)自(zi)動跟蹤，從而(er)保證天線(xian)(xian)電(dian)軸可以始終準(zhun)確地指向衛(wei)星，為地面運(yun)控(kong)系統提供了(le)一(yi)條高品質的(de)、傳輸時延和相(xiang)位中心穩定的(de)上(shang)下行(xing)射頻通道，填補了(le)我國在此(ci)領域的(de)空白。
在(zai)這個運(yun)(yun)控系(xi)統(tong)中，天線(xian)(xian)伺服控制無(wu)人(ren)值(zhi)守技(ji)術，可(ke)使(shi)天線(xian)(xian)根據(ju)系(xi)統(tong)播發(fa)(fa)的(de)預推衛星星歷和地面站坐標(biao)(biao)計算天線(xian)(xian)方(fang)位俯仰引導角度，從而實(shi)現(xian)對衛星的(de)跟(gen)蹤(zong)，任務結束(shu)后天線(xian)(xian)自動收藏，減少了人(ren)為操控失(shi)誤，提高了系(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性。單脈沖/程(cheng)序(xu)混合跟(gen)蹤(zong)技(ji)術的(de)運(yun)(yun)用，可(ke)使(shi)天線(xian)(xian)一旦(dan)發(fa)(fa)現(xian)滿足跟(gen)蹤(zong)條件的(de)目(mu)標(biao)(biao)，則自動進入(ru)自跟(gen)蹤(zong)，同時在(zai)自跟(gen)蹤(zong)過程(cheng)中，如果目(mu)標(biao)(biao)跟(gen)丟(diu)了，系(xi)統(tong)可(ke)通過系(xi)統(tong)判斷再(zai)次發(fa)(fa)現(xian)目(mu)標(biao)(biao)進行(xing)跟(gen)蹤(zong)。
目(mu)(mu)前，39所還承研了(le)“北斗三號(hao)”地(di)(di)面系統45米天線(xian)，將(jiang)大口(kou)(kou)徑高(gao)精度天線(xian)的(de)保型(xing)設(she)(she)計(ji)技術成(cheng)功運用到(dao)方案設(she)(she)計(ji)中(zhong)，使得天線(xian)具有更高(gao)的(de)表面精度、更優(you)的(de)天線(xian)效(xiao)率，建成(cheng)后將(jiang)是國(guo)內(nei)最(zui)大口(kou)(kou)徑的(de)轉臺式全動天線(xian)；在(zai)建的(de)全空域多目(mu)(mu)標統一測控天線(xian)，主要用于完成(cheng)北斗導航衛(wei)星的(de)所有類型(xing)在(zai)軌衛(wei)星長期測控管理任務，也可同時(shi)為地(di)(di)球(qiu)同步軌道(dao)、中(zhong)軌和低軌衛(wei)星3類軌道(dao)衛(wei)星提(ti)供測控服務，該設(she)(she)備建成(cheng)后將(jiang)極大提(ti)升我(wo)國(guo)衛(wei)星測控能力；此外，數十套(tao)監測天線(xian)及多頻(pin)天線(xian)將(jiang)遍布全國(guo)，為北斗衛(wei)星在(zai)軌監測提(ti)供可靠保障。
信號“放大鏡”。北(bei)斗衛(wei)星導航(hang)系統可(ke)以在全球范圍內全天候、全天時(shi)(shi)為各(ge)類用戶提供高(gao)精(jing)(jing)(jing)度、高(gao)可(ke)靠定位、導航(hang)、授時(shi)(shi)服(fu)務，并具(ju)有(you)獨特的(de)短報文通信功能(neng)。其中(zhong)，要保持導航(hang)系統授時(shi)(shi)校頻(pin)的(de)高(gao)精(jing)(jing)(jing)度，衛(wei)星必須配有(you)高(gao)穩定度、高(gao)精(jing)(jing)(jing)度的(de)原子鐘。
“目前，我國的(de)(de)北(bei)斗導航系統(tong)(tong)采用了氫原(yuan)子鐘。根據量子理(li)論，原(yuan)子能態躍遷決定頻率，該(gai)頻率信(xin)號穩(wen)定度(du)極高。”聲光電磁子集團(tuan)高級(ji)工程(cheng)師(shi)楊桃均介紹說。他(ta)同(tong)時表示，由(you)于(yu)該(gai)信(xin)號的(de)(de)頻點(dian)及幅度(du)等原(yuan)因，該(gai)信(xin)號需進(jin)行(xing)變頻、鎖(suo)相、放(fang)大等處(chu)理(li)，才(cai)能作(zuo)為(wei)北(bei)斗系統(tong)(tong)的(de)(de)時鐘應用。
“前期，采用(yong)過晶體(ti)振蕩(dang)器及介質振蕩(dang)器等作(zuo)(zuo)為(wei)變頻(pin)處理(li)的本振信號(hao)源，但考(kao)慮高可(ke)(ke)靠的星(xing)載應用(yong)，我們最終確定(ding)了(le)頻(pin)率(lv)準(zhun)確度更(geng)高而體(ti)積更(geng)小(xiao)(xiao)的聲表面(mian)波(bo)(bo)振蕩(dang)器作(zuo)(zuo)為(wei)本振信號(hao)源。”楊桃均說，聲表面(mian)波(bo)(bo)振蕩(dang)器可(ke)(ke)直接工作(zuo)(zuo)于(yu)L波(bo)(bo)段，聲表面(mian)波(bo)(bo)振蕩(dang)器可(ke)(ke)直接工作(zuo)(zuo)于(yu)L波(bo)(bo)段，綜合考(kao)慮體(ti)積、可(ke)(ke)靠性和抗振動(dong)等因素，更(geng)適(shi)用(yong)于(yu)北(bei)斗原子鐘。該型產品在國(guo)(guo)內率(lv)先實(shi)現了(le)星(xing)載實(shi)用(yong)，達到(dao)(dao)了(le)體(ti)積小(xiao)(xiao)、溫漂(piao)低(di)、功率(lv)波(bo)(bo)動(dong)小(xiao)(xiao)、低(di)相噪等高穩(wen)定(ding)、高可(ke)(ke)靠的目標(biao)，綜合性能指標(biao)處于(yu)國(guo)(guo)內領先、國(guo)(guo)際先進，對于(yu)實(shi)現氫鐘小(xiao)(xiao)型化、高穩(wen)定(ding)度、高精度起到(dao)(dao)了(le)非常關(guan)鍵(jian)的作(zuo)(zuo)用(yong)。
要確保(bao)提供(gong)精準的服務，信(xin)號(hao)必須清楚、連續。有了中國電(dian)科提供(gong)的空間(jian)行波管、激(ji)光反射器(qi)等信(xin)號(hao)“放大器(qi)”，清晰的信(xin)號(hao)不再(zai)是“夢”。
12所(suo)提供的(de)全(quan)國(guo)產化L波(bo)段空間行波(bo)管(guan)系(xi)列產品(pin)和S波(bo)段空間行波(bo)管(guan)是北斗三號導(dao)航(hang)衛星(xing)的(de)核心單機，可實現衛星(xing)對地定位信(xin)號的(de)放大。
據12所L、S波段空間(jian)行(xing)波管專家王賀飛介紹說，前期，國(guo)(guo)外(wai)一直對可用于(yu)導(dao)航衛星的L、S波段空間(jian)行(xing)波管實施嚴格(ge)的技術封鎖(suo)和產(chan)(chan)品(pin)禁運(yun)(yun)，中國(guo)(guo)電科立(li)足于(yu)現實技術積累，通(tong)過(guo)設計、分析(xi)、驗(yan)證的無數次迭(die)代，終于(yu)攻克了(le)多項技術難關(guan)，研(yan)制(zhi)出具有高(gao)功率、高(gao)效率和高(gao)可靠性(xing)的產(chan)(chan)品(pin)，成功打(da)破國(guo)(guo)際禁運(yun)(yun)，綜合性(xing)能(neng)指(zhi)標達到國(guo)(guo)際先(xian)進水平，創造(zao)了(le)國(guo)(guo)產(chan)(chan)化空間(jian)行(xing)波管批量生產(chan)(chan)、批量交付、批量在軌應用的紀錄(lu)，確保(bao)全球導(dao)航系統提供高(gao)精度、高(gao)穩定性(xing)定位和導(dao)航服務。
此外，11所研(yan)制的(de)激光(guang)(guang)(guang)反射(she)器，作為(wei)衛星(xing)艙外有效搭載(zai)設備(bei)，能(neng)夠增強目(mu)標(biao)表(biao)面對激光(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)的(de)反射(she)，是國內首(shou)批設計(ji)壽命十(shi)年(nian)以上、全(quan)國產(chan)化(hua)中軌道(dao)激光(guang)(guang)(guang)反射(she)器。