中國北斗想和GPS一決高下
大國重器北斗三號是怎樣煉成的
圖表:北斗系統(tǒng)“三步走”。視覺中國供圖
任何一個大國重器的誕生,似乎都避免不了和發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品拼力比試、同臺競爭甚至“掰手腕”的命運(yùn),作為要走進(jìn)尋常百姓家的導(dǎo)航利器,北斗更是如此。11月5日晚,我國最新一代導(dǎo)航衛(wèi)星北斗三號首次發(fā)射后,人們便迫不及待想知道走向全球的中國北斗,究竟能否和GPS一決高下。
這可能也是航天活動不近人情的地方,在最抓眼球的火箭點火、呼嘯蒼穹之后,人們的好奇心大多留給了“火箭發(fā)射有多厲害”“飛天衛(wèi)星有什么用”等問題,至于其背后技術(shù)含量、研制人員辛勞程度則鮮有問津。不過,這一點并不完全適用于北斗,因為要真正說清楚它和GPS的區(qū)別,一些技術(shù)細(xì)節(jié)甚至是技術(shù)路線問題是繞不開的。
畢竟,中國北斗比GPS起步晚了20多年,不僅沒能和后者站在同一條起跑線,就是在之后的追趕過程中,也不能說完全躋身到了同一個賽道上。以導(dǎo)航系統(tǒng)的地面站建設(shè)為例,美國打造GPS,可以在全世界“布點設(shè)站”,而中國囿于種種原因只能在“天上”想辦法,攻堅衛(wèi)星之間、星座之間的鏈路技術(shù)。
這正應(yīng)了人們常說的那句 “既是挑戰(zhàn),也是機(jī)遇”。太空是個大舞臺,在這個舞臺上亮相的各種衛(wèi)星,扮演著生旦凈末丑不同的“角色”,但是無論什么樣的角色,都有其基本功以及獨(dú)門手藝,北斗也不例外。中國青年報·中青在線記者就此采訪有關(guān)專家,揭秘走向全球的中國北斗究竟是怎樣煉成的。
“大腦”:數(shù)十顆北斗衛(wèi)星“天上漂”如何不擅離職守?
作為北斗三號衛(wèi)星的打造者,中國航天科技集團(tuán)五院的專家給出過這樣一個比方——
如果把衛(wèi)星類比成人的話,那么衛(wèi)星的控制系統(tǒng)就相當(dāng)于人的“大腦與神經(jīng)組織”,指揮肢體完成各種工作;衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)相當(dāng)于人的“肌肉組織”,推動肢體完成各種工作;而能源系統(tǒng)相當(dāng)于人的“血液循環(huán)組織”,為大腦和肢體提供能量。
而為整個衛(wèi)星提供時間基準(zhǔn)、維持時間準(zhǔn)確性的守時設(shè)備——原子鐘,則相當(dāng)于人的“心臟”,可謂“沒有原子鐘就沒有全球?qū)Ш健薄Pl(wèi)星之間的鏈路技術(shù),相當(dāng)于人的“靈魂”,讓人與人遠(yuǎn)距離之間也能夠相互感應(yīng),彼此惦記,做到“心有靈犀”。
先說“大腦與神經(jīng)組織”。這關(guān)乎不少人的一個疑問,即“數(shù)十顆北斗衛(wèi)星同時在天上漂,他們?nèi)绾巫龅讲簧秒x職守?”
答案是,他們非?!白月伞保雷约涸摯谑裁吹胤?。而這種“自律”就得益于被稱作衛(wèi)星“大腦與神經(jīng)組織”的控制系統(tǒng)。
按照中國航天科技集團(tuán)五院北斗三號副總設(shè)計師高益軍的說法,控制系統(tǒng)就是衛(wèi)星在天上保持正確軌道、正確姿態(tài)的“總指揮”,它實時搜集衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)信息,一旦發(fā)現(xiàn)有所偏離,就指揮自己回到正常狀態(tài)。
高益軍說,有了這個北斗三號的控制分系統(tǒng),就相當(dāng)于增加衛(wèi)星“至少60天”的完全自主運(yùn)行能力。這意味著,一旦地面測控站出現(xiàn)故障期間,北斗衛(wèi)星仍能夠正常在軌工作。
“這樣大大減少了對地面站的依賴,成就‘可視’范圍外對衛(wèi)星的控制。并大大降低系統(tǒng)的運(yùn)行管理成本,當(dāng)然這也給衛(wèi)星控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)帶來了很大的難度。”高益軍說。
值得一提的是,此次北斗三號研制任務(wù)中,控制系統(tǒng)國產(chǎn)化單機(jī)達(dá)100%,分系統(tǒng)國產(chǎn)化元器件占90%以上——這是高益軍透露的一組數(shù)據(jù)。他說:“控制系統(tǒng)里沒有一臺進(jìn)口產(chǎn)品?!?/p>
至于衛(wèi)星的“血液循環(huán)組織”,有一個重要的組成部分,名為“二次電源”,它將衛(wèi)星上一次太陽能或電池的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并通過星上線纜網(wǎng)——相當(dāng)于衛(wèi)星的“血管系統(tǒng)”,輸送到各種電子設(shè)備。
按照中國航天科技集團(tuán)五院510所專家的說法,電子設(shè)備有什么樣的口味,他們就有什么樣的“電能菜譜”,讓衛(wèi)星電子設(shè)備“大快朵頤”,來完成在太空中的表演。