“北斗兄弟”98%來(lái)自“中國創(chuàng )造”

　　近日，我國發(fā)射兩顆北斗導航衛星，使北斗導航衛星家族成員增加到19枚。與“哥哥”們相比，這對新生的“北斗兄弟”部件國產(chǎn)化率提高到98%，關(guān)鍵器件和部件全部實(shí)現國產(chǎn)化,渾身洋溢著(zhù)濃濃的中國創(chuàng )新味。

　　記者從北斗導航衛星的“老家”——中國航天科技集團公司五院了解到，北斗雙星的新技術(shù)、新產(chǎn)品占到了其全部產(chǎn)品的近八成，這在中國航天以前研制的衛星上前所未有。這究竟是如何實(shí)現的?

　　高難度的升級版

　　新發(fā)射的兩顆北斗導航衛星是此前發(fā)射衛星的升級版，這種“升級”體現在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個(gè)方面

　　“北斗導航雙星‘兄弟’是他們‘哥哥’們的升級版?！敝袊教炜萍技瘓F公司五院北斗導航衛星系統總設計師謝軍告訴《經(jīng)濟日報》記者，這種“升級”體現在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個(gè)方面。

　　銣原子鐘是衛星導航定位系統的“心臟”，它的性能指標是決定定位系統指標的主要因素之一。然而，在上世紀80年代北斗導航衛星研制剛起步時(shí)，受限于工業(yè)制造基礎和創(chuàng )新能力，類(lèi)似于銣原子鐘的關(guān)鍵產(chǎn)品只能從西方國家購買(mǎi)。

　　謝軍至今依然記得他們當初為了進(jìn)口銣鐘，與歐洲某公司負責人從白天談判到凌晨四五點(diǎn)仍然談不下來(lái)的艱辛和憋屈?！氨仨氉约焊?”五院西安分院和510所的科研人員們下定決心，相繼攻克一系列難題，研制出我國第一臺銣鐘，全面替代了國外產(chǎn)品。謝軍說(shuō)，相比之前，新一代高精度銣鐘的定位、測距和授時(shí)等功能更加精準，能提供更精確的定位服務(wù)。

　　北斗雙星“兄弟”配備的高軌衛星綜合電子系統被稱(chēng)為我國衛星的“最強大腦”。過(guò)去，我國的衛星大都有兩個(gè)“大腦”，一個(gè)主管思考、視覺(jué)和四肢運動(dòng)等功能，另一個(gè)負責衛星的生理調節和與外界的交流。五院總體部和502所研發(fā)了“綜合電子系統”，可以用一套系統實(shí)現過(guò)去兩個(gè)衛星“大腦”的功能，做到“一腦兩用”?！白顝姶竽X”應用了我國自主知識產(chǎn)權的四核片上系統SoC2012和國產(chǎn)化ASIC芯片。這兩種產(chǎn)品從方案到控制算法，從硬件到SpaceOS2.0操作系統、再到應用軟件，都是100%中國造，性能達到國際領(lǐng)先水平。

　　北斗雙星“兄弟”在轉運、升空及巡天的過(guò)程中，要順利通過(guò)高溫、高壓、劇烈震動(dòng)的考驗，就必須有強健穩定的“鋼筋鐵骨”。為此，五院總體部和529廠(chǎng)攻下多道世界級技術(shù)難關(guān)，給它們首次采用了桁架式主承力結構，實(shí)現承載能力更強、重量更輕，讓北斗雙星“兄弟”在精度上的整體偏差不超過(guò)一根頭發(fā)絲的粗細。

　　今后，大家的朋友圈里有可能會(huì )刷出北斗雙星“兄弟”的自拍照。這是因為五院508所設計師們?yōu)樗鼈兣渲昧诵滦偷腃MOS相機。與上代產(chǎn)品相比，這個(gè)“自拍神器”重量輕、體積小、功耗大幅下降，還首次擁有存儲功能，能隨時(shí)存取所拍圖片，方便人們及時(shí)了解“兄弟倆”的近況。

　　嚴密的系統創(chuàng )新

　　高密度、高強度的創(chuàng )新絕不能依靠“隨機”和“碰巧”，而是需要極為嚴密的系統謀劃和推進(jìn)。無(wú)論是頂層設計還是技術(shù)體系形成，都需要系統創(chuàng )新?！皡f(xié)同”也是系統創(chuàng )新的重要特點(diǎn)

　　中國航天科技集團公司五院北斗導航衛星系統總設計師王平介紹說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，新研制的衛星所采用的技術(shù)中如果45%都是新技術(shù)，就是一項高難度研制工作了。而此次的北斗雙星身上，新技術(shù)、新產(chǎn)品占到了衛星全部產(chǎn)品的近八成，創(chuàng )中國航天歷史，創(chuàng )新難度可想而知。

　　這樣高密度、高強度的創(chuàng )新絕不能依靠“隨機”和“碰巧”，而是需要極為嚴密的系統謀劃和推進(jìn)。這種“系統性”首先體現在頂層設計上?！笆濉币詠?lái)，五院?jiǎn)?dòng)了“航天器元器件自主可控工程”，形成了覆蓋未來(lái)5年需求的20類(lèi)、近千項元器件型譜框架，建立起完備的決策、開(kāi)發(fā)、應用驗證評價(jià)體制。五院還成立了專(zhuān)門(mén)進(jìn)行國產(chǎn)化管理的“指揮部”，編寫(xiě)《五院航天器元器件需求型譜建設框架》，從頂層明確了航天器元器件自主可控的路線(xiàn)圖，細化實(shí)施步驟和策略。

　　系統創(chuàng )新還體現在技術(shù)體系的形成上。比如，經(jīng)過(guò)前期北斗導航衛星的探索與實(shí)踐，五院總裝與環(huán)境工程部形成了整星批試驗的技術(shù)體系，具備了完整的批試驗技術(shù)流程，在國內首次實(shí)現了大型航天器批量化熱試驗，縮短了試驗周期。這種技術(shù)體系，讓北斗雙星實(shí)現了國內首次中型衛星雙星在同一容器內并行進(jìn)行熱平衡、熱真空試驗。

　　總裝工藝師們發(fā)明了基于航天器裝配仿真技術(shù)的虛擬裝配方法，使關(guān)重設備安裝及逆流程操作一次合格率100%，既省時(shí)省力，又能提前發(fā)現裝配風(fēng)險。他們發(fā)明的電磁兼容仿真系統，省去了做十幾次試驗才能驗證一個(gè)設計的不便，不僅能快速仿真，還能直接生產(chǎn)各種數據，讓設計師的設計工作更加得心應手，提升了創(chuàng )新效率。

　　“協(xié)同”也是系統創(chuàng )新的重要特點(diǎn)。五院“航天器元器件自主可控工程”與國內科研院所、高校組建創(chuàng )新“聯(lián)合艦隊”，開(kāi)展了近百項元器件應用驗證，牽引國內生產(chǎn)廠(chǎng)自主啟動(dòng)研制;在原子鐘、行波管放大器、固態(tài)放大器等關(guān)鍵載荷產(chǎn)品的國產(chǎn)化研制中，五院積極聯(lián)合國內科研院所、高校等20多家單位，協(xié)同開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品研制工作，終于用6年時(shí)間實(shí)現了有效載荷部件的全部國產(chǎn)化。

　　謝軍表示：“在此次北斗雙星研制過(guò)程中，聯(lián)合創(chuàng )新的模式取得了很好的效果。下一步，北斗團隊將繼續堅持這一成功做法，聯(lián)合一切可以聯(lián)合的力量，同中科院、哈工大等單位一同構建協(xié)同創(chuàng )新體系，加快推動(dòng)北斗導航衛星國產(chǎn)化?！?/p>

　　北斗創(chuàng )新“開(kāi)枝散葉”

　　北斗雙星的創(chuàng )新技術(shù)能在多個(gè)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進(jìn)行推廣，并為我國開(kāi)辟出不少新興科學(xué)領(lǐng)域。目前，圍繞北斗的創(chuàng )新正不斷“開(kāi)枝散葉”，走近人們的身邊

　　北斗雙星的創(chuàng )新技術(shù)并非是僅用一次的“奢侈品”，而是能夠走向經(jīng)濟社會(huì )多個(gè)領(lǐng)域的“大眾品”。

　　中國航天科技集團公司五院北斗導航衛星系統總指揮遲軍介紹，像北斗雙星高性能芯片這樣具有我國自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品還有很多，相關(guān)工藝和技術(shù)除了應用在北斗導航衛星研制中，還能在我國很多產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進(jìn)行推廣。比如，衛星上應用的星座可靠性分析、大規模集成電路空間應用等新技術(shù)，將顯著(zhù)促進(jìn)我國結構材料、微處理計算機、電子技術(shù)等基礎學(xué)科和工業(yè)的發(fā)展。

　　北斗導航雙星“兄弟”還為我國開(kāi)辟出不少新興科學(xué)領(lǐng)域。遲軍告訴記者，北斗導航衛星系統的研制，將帶動(dòng)航天器的總體設計、航天器動(dòng)力學(xué)、航天器環(huán)境試驗技術(shù)、空間數據系統、航天器數字化設計、航天器結構與機構、新興材料科學(xué)等專(zhuān)業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了導航星座時(shí)空基準建立與維持、導航信號生成與傳輸、空間微放電機理與抑制、原子物理應用等新專(zhuān)業(yè)的建立。

　　目前，圍繞北斗的創(chuàng )新正不斷“開(kāi)枝散葉”，走近人們的身邊。今年2月，西安市一位老人外出時(shí)遭遇搶劫，在陌生地被推倒后無(wú)法起身。情急之下，老人按動(dòng)隨身戴的“飛鄰行蹤寶”上的親情號碼鍵，家人通過(guò)行蹤寶立即確定了老人的位置，半小時(shí)內趕到事發(fā)地點(diǎn)，解救了老人。這款“飛鄰行蹤寶”由中國航天科技集團公司五院所屬中國衛星公司研制生產(chǎn)，是基于北斗導航定位技術(shù)深耕創(chuàng )新、“開(kāi)枝散葉”的典型例子。

　　據了解，北斗系統自2012年12月面向亞太區域提供正式運行服務(wù)以來(lái)，已廣泛應用于交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監測、氣象預報、大地測量、救災減災、手機導航等領(lǐng)域。廣東、上海、陜西、湖南等10余個(gè)省份已經(jīng)開(kāi)展或計劃開(kāi)展北斗應用示范項目，北斗系統已在高精度駕考、老人關(guān)愛(ài)、兒童安全定位等大眾應用領(lǐng)域惠及民生。

　　五院相關(guān)專(zhuān)家表示，北斗衛星導航系統的民用開(kāi)發(fā)需要聽(tīng)取社會(huì )各界的意見(jiàn)，要使北斗衛星導航系統屹立于世界衛星導航系統之林，取得話(huà)語(yǔ)權，必須充分發(fā)揮中國企業(yè)的作用。

　　“北斗系統可以做到與其他系統兼容?！敝x軍說(shuō)。五院總體部的科研人員專(zhuān)門(mén)為北斗研制出星間鏈路系統方案和星間網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，在北斗雙星“兄弟”身上安裝了面向北斗全球系統的Ka頻段相控陣天線(xiàn)及星間收發(fā)信機，讓它們能與不同的研制單位以及國外導航系統實(shí)現交流互通。北斗導航衛星家族開(kāi)放兼容的“家風(fēng)”，將會(huì )吸引更多的創(chuàng )新客人。