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歷史性時刻!北鬥三號全球系統核心星座部署完成

时间:2019年12月16日 20:44  稿件来源:澎湃新聞


雙星轉運至發射塔架。 南勇 圖

  12月16日15時22分,由航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院(以下簡稱火箭院)抓總研制的長征三號乙運載火箭以“一箭雙星”的方式,將第52、53顆北鬥導航衛星送入太空,經過3個多小時的飛行,衛星進入中圓地球軌道。至此,北鬥三號在該軌道上規劃的24顆衛星已全部到位,標志著全球系統核心星座部署完成。

長征三號乙運載火箭攜帶第52、53顆北鬥導航衛星發射升空。肖國軍 圖
長征三號乙運載火箭攜帶第52、53顆北鬥導航衛星發射升空。肖國軍 圖

  何謂核心星座?北鬥三號為何由三種軌道衛星組成?全球系統組網離我們還有多遠?

  主力衝鋒,隊友助攻

  在北鬥三號衛星“天團”里,有三類隊員,分別在不同軌道上堅守著崗位。本次發射的雙星,也就是中圓軌道衛星(MEO衛星,被五院北鬥人稱為“萌星”) 是全球組網的主力。他們不辭辛勞地繞著地球滿場飛,讓自己的聚焦點在地面畫著波浪線,以求覆蓋到全球更廣闊的區域。

  據北鬥三號衛星總設計師王平介紹,MEO衛星的軌道高度大概是在2萬公里左右,軌道周期是12個小時左右,和地球自轉周期不同步。“從地面上看,由西向東不斷的運動覆蓋全球。所以要想提供全球導航服務,主要是要依靠MEO衛星,這也是為什麽把24顆MEO衛星作為北鬥的全球組網的核心星座的原因”,王平說。

  “萌星”在為全球組網衝鋒的時候,隊友們非常給力。其中,深情的“吉星”(GEO衛星)是地球靜止軌道衛星,始終隨著地球自轉而動,以便時刻聚焦祖國;“愛星”(IGSO衛星)則是傾斜地球同步軌道衛星,像辛勤的蜜蜂一樣,讓自己的星下點軌跡包住亞太地區,保護中國周邊。

  獨特衛星星座,中國首創

  在美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略等導航系統紛紛以單一軌道衛星部署星座的背景下,中國北鬥卻獨樹一幟,采用三種軌道衛星組成混合導航星座。

  為何如此布局?這源自北鬥三步走的發展戰略。在前兩步里,北鬥分別要為中國和亞太地區提供服務,“吉星”和“愛星”顯然更有優勢,而“萌星”更適合在全球導航服務的戰場上發揮作用,況且當時“萌星”還有很多關鍵技術尚未突破,需要通過實戰驗證。

  為此,五院北鬥人首次建成了 GEO/IGSO/MEO 混合星座,以最少的衛星數量建設了集基本導航、位置報告等多種業務於一體的北鬥二號區域衛星導航系統,成為世界上區域衛星導航系統建設的典範。

  這種技術體制可以高效構建區域系統,兼顧拓展全球系統。在北鬥二號系統的建設中,布局了4顆“萌星”,給他們充分的時間和絕佳的平台去逐步攻克一系列全球組網穩定運行的瓶頸問題。因此,當北鬥開啟全球組網征程後,躍升為主力的“萌星”得以大顯神威。

  此時的“吉星”和“愛星”就成為最佳隊友。北鬥人為他們精心設計了數量不多、作用卻很關鍵的崗位。他們不僅承擔著配合“萌星”、顯著增強北鬥三號整體技術指標的“助攻”職責,還攜帶了很多“神器”,為未來北鬥廣泛運行與應用之路開疆拓土。

  不急不躁不盲目,立足國情巧設計。這充滿了中華民族實踐智慧和務實精神的北鬥路線與星座方案設計,為國際衛星導航技術體系貢獻了中國智慧和中國方案。

核心星座部署完成為全球組網奠定了堅實基礎
核心星座部署完成為全球組網奠定了堅實基礎

  勝利在望,明年完成全球組網

  沿著三步走的路徑,北鬥人堅持戰略定力,在穩紮穩打中完成了北鬥三號全球系統核心星座部署。

  目前,北鬥三號全球系統組網已進入決戰決勝的衝刺階段,按計劃,明年上半年將提前完成全部組網衛星發射,獨立自主建成世界一流的全球衛星導航系統,在中國實現第一個百年奮鬥目標、全面建成小康社會之際,實現北鬥的“全球夢”。

  目前,五院正瞄準未來先進技術,系統規劃了性能先進、功能全面、安全可靠的下一代導航衛星技術體系,提出了基於北鬥衛星的國家綜合定位導航授時體系技術發展策略。

長征三號乙火箭 火箭院 供圖
長征三號乙火箭 火箭院 供圖

  38次送北鬥 ,創新煉就“北鬥專列”

  此次發射是長征三號甲系列火箭今年航天發射的最後一次任務,憑借2019年發射任務100%全勝,執行北鬥工程發射任務100%全勝的“雙百”戰績,圓滿完成了2019年全年的發射任務。

  從2007年發射首顆北鬥二號導航試驗衛星算起,12年間,長三甲系列火箭(家族成員包括長征三號甲、長征三號乙和長征三號丙等)用38次圓滿成功的完美表現,將53顆北鬥導航衛星送入預定軌道。如果再算上更早前發射的北鬥導航試驗衛星,那麽長三甲系列火箭以42次100%的發射成功率,護送57顆北鬥衛星進入軌道。回顧每一次北鬥工程的發射任務,都少不了長征三號甲系列火箭的托舉,因此長征三號甲系列火箭也被人稱為“北鬥專列”。

  從北鬥一號到北鬥三號;從發射地球靜止軌道衛星,到具備北鬥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,長征三號甲研制團隊一直在創新的道路上不斷探索。 “長征三號甲系列火箭研制隊伍是一支勇於創新、精於創新、樂於創新、富於創新的隊伍,創新是研制隊伍的優良傳統,也是火箭的發展之魂和動力之源。” 長征三號甲系列火箭總設計師姜傑說。

  最早長三甲系列火箭接到北鬥發射任務時,僅具備地球靜止軌道衛星發射能力,北鬥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。為滿足需求,研制團隊為此開展了以北鬥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制,研制團隊采用東南射向進行軌道設計,同時滿足了工程對火箭運載能力和衛星軌道部署的雙向需求。

  尤其是,研制團隊還開創了中國“一箭雙星”發射高軌道衛星的先例,同時與“太空擺渡車”——“遠征一號”上面級與搭檔飛行,將北鬥導航衛星直接送入工作軌道,進一步加快了北鬥衛星的部署速度,為衛星節約能量,延長衛星工作壽命做出了貢獻,這一系列創新舉措大大適應了長三甲系列火箭的任務適應性,大大縮短了北鬥工程建設進度並大大降低了工程建設成本。

火箭吊裝 火箭院 供圖
火箭吊裝 火箭院 供圖

  “金牌火箭”,創造2019年多個紀錄

  走過“忙碌”的2019年,長三甲系列12次的發射任務中還創造了多個紀錄:3月10日,長征三號乙運載火箭發射中星6C衛星,成功完成了長征系列運載火箭的第300次發射;4月20日,長征三號乙運載火箭成功發射北鬥衛星導航系統第44顆衛星,成為中國首個發射次數突破100次的單一系列運載火箭;5月17日,長征三號丙運載火箭成功發射北鬥衛星導航系統第45顆衛星,成功完成了火箭院運載火箭第200次發射……

  長三甲系列火箭在2019年承擔眾多中國航天具有里程碑意義的“大事”並非偶然。翻開它的發射紀錄,我們會發現這一系列“金牌火箭”在中國通信衛星工程、探月工程、北鬥工程、風雲氣象衛星工程以及國際商業衛星發射服務中發揮了關鍵作用。

  據姜傑介紹,長征三號甲系列運載火箭幾乎包攬了中國所有高軌道航天器發射任務,是長征系列運載火箭高強密度發射的“主力”,是中國現役中型高軌運載火箭中運載能力最大、技術最復雜、適應性最強、發射次數最多、發射密度最大的火箭系列。其最大地球同步轉移軌道運載能力達到5.5噸,並且形成了從2.6噸到3.9噸、再到5.5噸的合理能力梯度,入軌精度與當今世界主流運載火箭相當,能夠滿足中國當前各種中高軌道有效載荷以及當今世界上絕大多數地球同步轉移軌道有效載荷的發射任務。

  近年來,隨著可靠性工作的深入,研制團隊從整體上提高飛行可靠性,成為長征三號甲系列火箭可靠性工作的目標。針對全箭各系統,針對設計、工藝、測試多個環節,開展了多項可靠性增長項目。實現了助推增加射程關機、冷氦增壓系統冗余方案等。“目前,長征三號甲系列火箭發射成功率已達到了98%。”姜傑說。

  “2020年,北鬥全球系統將全面建成,預計長征三號甲系列火箭還將完成10次以上的發射任務,研制團隊依舊面臨著高強密度發射的考驗。”長三甲火箭總指揮岑拯如是說,但也正是因為這些考驗,支撐著研制團隊向著更高目標邁進。

【編輯:马华

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