近日，我國(guó)發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，使北斗導(dǎo)航衛(wèi)星家族成員增加到19枚。與“哥哥”們相比，這對(duì)新生的“北斗兄弟”部件國(guó)產(chǎn)化率提高到98%，關(guān)鍵器件和部件全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,渾身洋溢著濃濃的中國(guó)創(chuàng)新味。
《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者從北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的“老家”——中國(guó)航天科技集團(tuán)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(guó)航天以前研制的衛(wèi)星上前所未有。這究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？
高難度的升級(jí)版
新發(fā)射的兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是此前發(fā)射衛(wèi)星的升級(jí)版，這種“升級(jí)”體現(xiàn)在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個(gè)方面
“北斗導(dǎo)航雙星‘兄弟’是他們‘哥哥’們的升級(jí)版。”中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍告訴《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者，這種“升級(jí)”體現(xiàn)在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個(gè)方面。
銣原子鐘是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的“心臟”，它的性能指標(biāo)是決定定位系統(tǒng)指標(biāo)的主要因素之一。然而，在上世紀(jì)80年代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制剛起步時(shí)，受限于工業(yè)制造基礎(chǔ)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(guó)家購(gòu)買(mǎi)。
謝軍至今依然記得他們當(dāng)初為了進(jìn)口銣鐘，與歐洲某公司負(fù)責(zé)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。“必須自己干！”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(guó)第一臺(tái)銣鐘，全面替代了國(guó)外產(chǎn)品。謝軍說(shuō)，相比之前，新一代高精度銣鐘的定位、測(cè)距和授時(shí)等功能更加精準(zhǔn)，能提供更精確的定位服務(wù)。
北斗雙星“兄弟”配備的高軌衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)被稱(chēng)為我國(guó)衛(wèi)星的“最強(qiáng)大腦”。過(guò)去，我國(guó)的衛(wèi)星大都有兩個(gè)“大腦”，一個(gè)主管思考、視覺(jué)和四肢運(yùn)動(dòng)等功能，另一個(gè)負(fù)責(zé)衛(wèi)星的生理調(diào)節(jié)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(tǒng)”，可以用一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)去兩個(gè)衛(wèi)星“大腦”的功能，做到“一腦兩用”。“最強(qiáng)大腦”應(yīng)用了我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的四核片上系統(tǒng)SoC2012和國(guó)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(tǒng)、再到應(yīng)用軟件，都是100%中國(guó)造，性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
北斗雙星“兄弟”在轉(zhuǎn)運(yùn)、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(yàn)，就必須有強(qiáng)健穩(wěn)定的“鋼筋鐵骨”。為此，五院總體部和529廠(chǎng)攻下多道世界級(jí)技術(shù)難關(guān)，給它們首次采用了桁架式主承力結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)承載能力更強(qiáng)、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(xì)。
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?yàn)槲逶?08所設(shè)計(jì)師們?yōu)樗鼈兣渲昧诵滦偷腃MOS相機(jī)。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(chǔ)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(yán)密的系統(tǒng)創(chuàng)新
高密度、高強(qiáng)度的創(chuàng)新絕不能依靠“隨機(jī)”和“碰巧”，而是需要極為嚴(yán)密的系統(tǒng)謀劃和推進(jìn)。無(wú)論是頂層設(shè)計(jì)還是技術(shù)體系形成，都需要系統(tǒng)創(chuàng)新。“協(xié)同”也是系統(tǒng)創(chuàng)新的重要特點(diǎn)
中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師王平介紹說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，新研制的衛(wèi)星所采用的技術(shù)中如果45%都是新技術(shù)，就是一項(xiàng)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(wèi)星全部產(chǎn)品的近八成，創(chuàng)中國(guó)航天歷史，創(chuàng)新難度可想而知。
這樣高密度、高強(qiáng)度的創(chuàng)新絕不能依靠“隨機(jī)”和“碰巧”，而是需要極為嚴(yán)密的系統(tǒng)謀劃和推進(jìn)。這種“系統(tǒng)性”首先體現(xiàn)在頂層設(shè)計(jì)上。“十二五”以來(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(xiàng)元器件型譜框架，建立起完備的決策、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用驗(yàn)證評(píng)價(jià)體制。五院還成立了專(zhuān)門(mén)進(jìn)行國(guó)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(shè)框架》，從頂層明確了航天器元器件自主可控的路線(xiàn)圖，細(xì)化實(shí)施步驟和策略。
系統(tǒng)創(chuàng)新還體現(xiàn)在技術(shù)體系的形成上。比如，經(jīng)過(guò)前期北斗導(dǎo)航衛(wèi)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(yàn)的技術(shù)體系，具備了完整的批試驗(yàn)技術(shù)流程，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了大型航天器批量化熱試驗(yàn)，縮短了試驗(yàn)周期。這種技術(shù)體系，讓北斗雙星實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首次中型衛(wèi)星雙星在同一容器內(nèi)并行進(jìn)行熱平衡、熱真空試驗(yàn)。
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(shè)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(xiàn)裝配風(fēng)險(xiǎn)。他們發(fā)明的電磁兼容仿真系統(tǒng)，省去了做十幾次試驗(yàn)才能驗(yàn)證一個(gè)設(shè)計(jì)的不便，不僅能快速仿真，還能直接生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)，讓設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)工作更加得心應(yīng)手，提升了創(chuàng)新效率。
“協(xié)同”也是系統(tǒng)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(guó)內(nèi)科研院所、高校組建創(chuàng)新“聯(lián)合艦隊(duì)”，開(kāi)展了近百項(xiàng)元器件應(yīng)用驗(yàn)證，牽引國(guó)內(nèi)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(guó)產(chǎn)化研制中，五院積極聯(lián)合國(guó)內(nèi)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(xiàn)了有效載荷部件的全部國(guó)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(tuán)隊(duì)將繼續(xù)堅(jiān)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(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新體系，加快推動(dòng)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星國(guó)產(chǎn)化。”
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(guó)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(jì)社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域的“大眾品”。
中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮遲軍介紹，像北斗雙星高性能芯片這樣具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品還有很多，相關(guān)工藝和技術(shù)除了應(yīng)用在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制中，還能在我國(guó)很多產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進(jìn)行推廣。比如，衛(wèi)星上應(yīng)用的星座可靠性分析、大規(guī)模集成電路空間應(yīng)用等新技術(shù)，將顯著促進(jìn)我國(guó)結(jié)構(gòu)材料、微處理計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科和工業(yè)的發(fā)展。
北斗導(dǎo)航雙星“兄弟”還為我國(guó)開(kāi)辟出不少新興科學(xué)領(lǐng)域。遲軍告訴記者，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的研制，將帶動(dòng)航天器的總體設(shè)計(jì)、航天器動(dòng)力學(xué)、航天器環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航天器數(shù)字化設(shè)計(jì)、航天器結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、新興材料科學(xué)等專(zhuān)業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了導(dǎo)航星座時(shí)空基準(zhǔn)建立與維持、導(dǎo)航信號(hào)生成與傳輸、空間微放電機(jī)理與抑制、原子物理應(yīng)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(hào)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(nèi)趕到事發(fā)地點(diǎn)，解救了老人。這款“飛鄰行蹤寶”由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院所屬中國(guó)衛(wèi)星公司研制生產(chǎn)，是基于北斗導(dǎo)航定位技術(shù)深耕創(chuàng)新、“開(kāi)枝散葉”的典型例子。
據(jù)了解，北斗系統(tǒng)自2012年12月面向亞太區(qū)域提供正式運(yùn)行服務(wù)以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)量、救災(zāi)減災(zāi)、手機(jī)導(dǎo)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(jì)劃開(kāi)展北斗應(yīng)用示范項(xiàng)目，北斗系統(tǒng)已在高精度駕考、老人關(guān)愛(ài)、兒童安全定位等大眾應(yīng)用領(lǐng)域惠及民生。
五院相關(guān)專(zhuān)家表示，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)屹立于世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之林，取得話(huà)語(yǔ)權(quán)，必須充分發(fā)揮中國(guó)企業(yè)的作用。
“北斗系統(tǒng)可以做到與其他系統(tǒng)兼容。”謝軍說(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(tǒng)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(tǒng)的Ka頻段相控陣天線(xiàn)及星間收發(fā)信機(jī)，讓它們能與不同的研制單位以及國(guó)外導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流互通。北斗導(dǎo)航衛(wèi)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。