謝軍：北斗三號(hào)衛(wèi)星的創(chuàng)新和技術(shù)特點(diǎn)

       （北斗網(wǎng)訊 特約撰稿謝軍、王金剛）2017年11月5日，北斗三號(hào)首批組網(wǎng)衛(wèi)星以“一箭雙星”方式在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，衛(wèi)星成功入軌，標(biāo)志著我國北斗系統(tǒng)拉開全球組網(wǎng)的序幕。 

　　相對于北斗二號(hào)系統(tǒng)，北斗三號(hào)系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了從中國及亞太地區(qū)向全球覆蓋的跨越，同時(shí)，在用戶導(dǎo)航定位的服務(wù)精度、信號(hào)連續(xù)性、系統(tǒng)可用性等方面也實(shí)現(xiàn)了大幅提升。作為北斗三號(hào)系統(tǒng)的空間段組成部分，其創(chuàng)新和技術(shù)特點(diǎn)是整個(gè)工程系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。 

采用了導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái) 

　　北斗三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)化設(shè)計(jì)在保證衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)架構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可為系統(tǒng)后續(xù)功能和需求拓展提供更大的適應(yīng)能力。 

　　此次衛(wèi)星采用新型的導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)，該平臺(tái)采用桁架式主承力結(jié)構(gòu)、單組元推進(jìn)系統(tǒng)、綜合電子體系和全調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)，具有功率密度大、載荷承載比重高、設(shè)備產(chǎn)品布局靈活、功能拓展適應(yīng)能力強(qiáng)等技術(shù)特點(diǎn)，適于采用運(yùn)載火箭加上面級(jí)“一箭多星”直接入軌的發(fā)射方式。 

采用了新型導(dǎo)航信號(hào)體制 

　　衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)是衛(wèi)星傳播位置和時(shí)間信息的載體，又是測量位置和時(shí)間的標(biāo)尺，是衛(wèi)星系統(tǒng)提供定位、導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)的關(guān)鍵，其質(zhì)量是衡量導(dǎo)航衛(wèi)星水平和工程系統(tǒng)服務(wù)性能的重要標(biāo)志。 

　　為了進(jìn)一步改善北斗導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的性能，提高信號(hào)利用效率和兼容性、互操作性。在北斗三號(hào)系統(tǒng)全球服務(wù)范圍內(nèi)，系統(tǒng)在繼承和保留北斗二號(hào)衛(wèi)星B1I、B3I信號(hào)的基礎(chǔ)上，新增了B1C公開信號(hào)，并對B2信號(hào)進(jìn)行了升級(jí)，采用新設(shè)計(jì)的B2a信號(hào)替代原B2I信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)性能的提升，同時(shí)充分考慮了與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容與互操作。 

采用了更高精度的原子鐘 

　　作為導(dǎo)航衛(wèi)星核心部件，星載原子鐘的性能指標(biāo)，特別是穩(wěn)定度和漂移率是衛(wèi)星的關(guān)鍵指標(biāo)，對整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)性能有直接影響；同時(shí)，作為星載設(shè)備，對原子鐘的小型化和集成度方面也提出了越來越高的要求。 

　　北斗三號(hào)衛(wèi)星上采用了我國自主研發(fā)的更高穩(wěn)定度、更小漂移率的新型高精度銣原子鐘和氫原子鐘，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星時(shí)頻基準(zhǔn)性能指標(biāo)的大幅提高。銣原子鐘產(chǎn)品具有較高的技術(shù)成熟度，對衛(wèi)星的功率、質(zhì)量等資源占用較少，首批組網(wǎng)的2顆中圓地球軌道衛(wèi)星均采用了銣原子鐘產(chǎn)品。相對北斗二號(hào)采用的第一代國產(chǎn)銣原子鐘，其產(chǎn)品體積、質(zhì)量方面大幅降低，綜合水平達(dá)到國際領(lǐng)先水平。 

　　北斗三號(hào)星載氫原子鐘經(jīng)過關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和小型化設(shè)計(jì)，已具備在軌使用的可行性。在2015年9月試驗(yàn)驗(yàn)證星上星載氫原子鐘工作2年來，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，工作性能良好，滿足工程系統(tǒng)要求。 

　　同時(shí)，北斗三號(hào)星載時(shí)頻系統(tǒng)增加了衛(wèi)星鐘完好性監(jiān)測與衛(wèi)星鐘自主平穩(wěn)切換等功能，多個(gè)原子鐘保持同步，當(dāng)主工作原子鐘在軌出現(xiàn)故障后，衛(wèi)星能夠自主診斷并平穩(wěn)切換，保證衛(wèi)星時(shí)頻信號(hào)的連續(xù)性，極大提高了導(dǎo)航信號(hào)與服務(wù)的可靠性和完好性。 

采用了星間鏈路 

　　北斗三號(hào)配置了Ka頻段星間鏈路，采用相控陣天線等星間鏈路設(shè)備，實(shí)現(xiàn)星間雙向精密測距和通信。 

　　通過星間鏈路相互測距和校時(shí)，實(shí)現(xiàn)多星測量，增加觀測量，改善自主定軌的幾何觀測結(jié)構(gòu)，利用星間測量信息自主計(jì)算并修正衛(wèi)星的軌道位置和時(shí)鐘系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)星-星-地聯(lián)合精密定軌，提高衛(wèi)星定軌和時(shí)間同步的精度，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的定位和服務(wù)精度。通過星間和星地鏈路，實(shí)現(xiàn)對境外衛(wèi)星的監(jiān)測、注入功能，實(shí)現(xiàn)對境外衛(wèi)星“一站式測控”的測控管理。 

星載產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化和自主可控 

　　為了保證北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)安全、持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，連續(xù)可靠自主運(yùn)行，擺脫受制于人的被動(dòng)局面，北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)堅(jiān)持國產(chǎn)化與自主可控的原則，從關(guān)鍵元器件和部件產(chǎn)品兩方面重點(diǎn)開展國產(chǎn)化攻關(guān)，加強(qiáng)試驗(yàn)和使用驗(yàn)證，從根本上解決制約工程建設(shè)的瓶頸問題。衛(wèi)星上一些長期依賴進(jìn)口的關(guān)鍵部件產(chǎn)品，如電源控制器、測量敏感器等，均通過多家研制單位的努力，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化和自主可控。 

具有拓展其他功能試驗(yàn)的能力 

　　北斗三號(hào)中圓地球軌道衛(wèi)星作為新型的導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)，在支持時(shí)頻系統(tǒng)、基本衛(wèi)星無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)、星間鏈路等載荷的基礎(chǔ)上，在平臺(tái)承載能力、設(shè)備產(chǎn)品安裝、布局面積、功率余量、熱控及散熱面、遙控?cái)?shù)據(jù)傳輸接口等方面，均有一定的擴(kuò)展余量，可用于支持開展其他與時(shí)空基準(zhǔn)相關(guān)的功能拓展技術(shù)試驗(yàn)的能力，支持北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)下一步的持續(xù)升級(jí)。 

　　隨著北斗三號(hào)首次組網(wǎng)衛(wèi)星“一箭雙星”發(fā)射成功，北斗三號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)駛?cè)肟燔嚨馈１倍啡?hào)系統(tǒng)工程將建設(shè)成為我國“獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠”的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“服務(wù)全球、重點(diǎn)突出、富有特色、局部領(lǐng)先、平穩(wěn)過渡”的總體任務(wù)目標(biāo)，形成基本導(dǎo)航、位置報(bào)告、星基增強(qiáng)三大服務(wù)能力，滿足陸、海、空、天等各類用戶定位、導(dǎo)航與授時(shí)，以及位置報(bào)告等使用要求，推動(dòng)我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，助推我國由航天大國向航天強(qiáng)國邁進(jìn)。