謝軍：北斗三號衛(wèi)星的創(chuàng)新和技術特點

       （北斗網(wǎng)訊 特約撰稿謝軍、王金剛）2017年11月5日，北斗三號首批組網(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。 

　　相對于北斗二號系統(tǒng)，北斗三號系統(tǒng)的服務區(qū)域實現(xiàn)了從中國及亞太地區(qū)向全球覆蓋的跨越，同時，在用戶導航定位的服務精度、信號連續(xù)性、系統(tǒng)可用性等方面也實現(xiàn)了大幅提升。作為北斗三號系統(tǒng)的空間段組成部分，其創(chuàng)新和技術特點是整個工程系統(tǒng)的核心和關鍵。 

采用了導航衛(wèi)星專用平臺 

　　北斗三號衛(wèi)星平臺化設計在保證衛(wèi)星總體設計架構穩(wěn)定的基礎上，可為系統(tǒng)后續(xù)功能和需求拓展提供更大的適應能力。 

　　此次衛(wèi)星采用新型的導航衛(wèi)星專用平臺，該平臺采用桁架式主承力結構、單組元推進系統(tǒng)、綜合電子體系和全調節(jié)供電系統(tǒng)，具有功率密度大、載荷承載比重高、設備產(chǎn)品布局靈活、功能拓展適應能力強等技術特點，適于采用運載火箭加上面級“一箭多星”直接入軌的發(fā)射方式。 

采用了新型導航信號體制 

　　衛(wèi)星導航信號是衛(wèi)星傳播位置和時間信息的載體，又是測量位置和時間的標尺，是衛(wèi)星系統(tǒng)提供定位、導航與授時服務的關鍵，其質量是衡量導航衛(wèi)星水平和工程系統(tǒng)服務性能的重要標志。 

　　為了進一步改善北斗導航衛(wèi)星信號的性能，提高信號利用效率和兼容性、互操作性。在北斗三號系統(tǒng)全球服務范圍內，系統(tǒng)在繼承和保留北斗二號衛(wèi)星B1I、B3I信號的基礎上，新增了B1C公開信號，并對B2信號進行了升級，采用新設計的B2a信號替代原B2I信號，實現(xiàn)了信號性能的提升，同時充分考慮了與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容與互操作。 

采用了更高精度的原子鐘 

　　作為導航衛(wèi)星核心部件，星載原子鐘的性能指標，特別是穩(wěn)定度和漂移率是衛(wèi)星的關鍵指標，對整個衛(wèi)星導航系統(tǒng)的服務性能有直接影響；同時，作為星載設備，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，實現(xiàn)了衛(wèi)星時頻基準性能指標的大幅提高。銣原子鐘產(chǎn)品具有較高的技術成熟度，對衛(wèi)星的功率、質量等資源占用較少，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。相對北斗二號采用的第一代國產(chǎn)銣原子鐘，其產(chǎn)品體積、質量方面大幅降低，綜合水平達到國際領先水平。 

　　北斗三號星載氫原子鐘經(jīng)過關鍵技術攻關和小型化設計，已具備在軌使用的可行性。在2015年9月試驗驗證星上星載氫原子鐘工作2年來，各項參數(shù)穩(wěn)定，工作性能良好，滿足工程系統(tǒng)要求。 

　　同時，北斗三號星載時頻系統(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，多個原子鐘保持同步，當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)星時頻信號的連續(xù)性，極大提高了導航信號與服務的可靠性和完好性。 

采用了星間鏈路 

　　北斗三號配置了Ka頻段星間鏈路，采用相控陣天線等星間鏈路設備，實現(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，實現(xiàn)多星測量，增加觀測量，改善自主定軌的幾何觀測結構，利用星間測量信息自主計算并修正衛(wèi)星的軌道位置和時鐘系統(tǒng)，實現(xiàn)星-星-地聯(lián)合精密定軌，提高衛(wèi)星定軌和時間同步的精度，進而提高整個系統(tǒng)的定位和服務精度。通過星間和星地鏈路，實現(xiàn)對境外衛(wèi)星的監(jiān)測、注入功能，實現(xiàn)對境外衛(wèi)星“一站式測控”的測控管理。 

星載產(chǎn)品實現(xiàn)了國產(chǎn)化和自主可控 

　　為了保證北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)安全、持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，連續(xù)可靠自主運行，擺脫受制于人的被動局面，北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)堅持國產(chǎn)化與自主可控的原則，從關鍵元器件和部件產(chǎn)品兩方面重點開展國產(chǎn)化攻關，加強試驗和使用驗證，從根本上解決制約工程建設的瓶頸問題。衛(wèi)星上一些長期依賴進口的關鍵部件產(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，實現(xiàn)了國產(chǎn)化和自主可控。 

具有拓展其他功能試驗的能力 

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

　　隨著北斗三號首次組網(wǎng)衛(wèi)星“一箭雙星”發(fā)射成功，北斗三號系統(tǒng)組網(wǎng)建設已經(jīng)駛入快車道。北斗三號系統(tǒng)工程將建設成為我國“獨立自主、開放兼容、技術先進、安全可靠”的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，實現(xiàn)“服務全球、重點突出、富有特色、局部領先、平穩(wěn)過渡”的總體任務目標，形成基本導航、位置報告、星基增強三大服務能力，滿足陸、海、空、天等各類用戶定位、導航與授時，以及位置報告等使用要求，推動我國衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，助推我國由航天大國向航天強國邁進。