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西安力量助力北斗三號“收官星”發射成功
發布時間:2020-06-24     作者:   來源:西安發布   分享到:

千余臺發動機

二十載布局漫天北斗星辰

西安“金牌動力”助力北斗衛星全球組網 

2020年6月23日,西昌衛星發射中心,長征三號乙運載火箭直沖九霄,北斗系統最后一顆全球組網衛星成功發射。20載巡天遨游,長三甲系列運載火箭以44次發射、59顆星的驕人成績,圓滿完成北斗衛星導航系統的組建任務。追溯到20世紀80年代,北斗系統“三步走”計劃實施以來,火箭每一次熱血騰飛,衛星每一次精準入軌,其動力都來自于位于西安南郊的中國航天科技集團六院。

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由長三甲、長三乙、長三丙三型火箭組成的長三甲系列運載火箭,承擔了北斗衛星的全部發射任務。20年來,航天六院研制生產的75噸級和4.8噸級常規發動機、8噸級氫氧發動機,分別承擔著火箭的助推和一級動力、二級動力、三級動力。航天六院研制的姿控發動機系統、“遠征一號”上面級發動機、衛星490N發動機和推進系統,也分別為箭體姿態調整、衛星精準入軌等提供了貼心服務。

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75噸級常規發動機,研制于20世紀70年代,被譽為中國液體火箭“金牌發動機”,用于長三甲系列運載火箭的助推和第一、二級。多年來,隨著其性能的不斷提升,它將數百顆衛星和神舟飛船成功送入太空。

8噸級氫氧發動機,研制于20世紀80年代,是中國第二代上面級液氫液氧發動機,用于長三甲系列運載火箭的第三級,具有真空二次起動能力,可在伺服機構帶動下雙向搖擺,實現對三級箭體飛行姿態的控制。

490N發動機,是目前國內唯一的中高軌道衛星軌控發動機,為北斗衛星提供了從轉移軌道至預定軌道所需要的動力,也廣泛應用于空間站、貨運飛船等航天器。在北斗系統組建過程中,該型發動機從第一代升級到第二代,通過不斷技術創新、升級換代,提高了金牌動力的含金量,持續推進提升產品性能和服務水平。

“遠征一號”上面級發動機,針對北斗二代衛星導航任務而研制,是在基礎級火箭上增加了相對獨立的一級,可在太空將一個或多個航天器直接送入不同的軌道,被稱為“太空擺渡車”。該型發動機具備二次啟動能力,可讓衛星從發射到進入運行軌道的過程,從數天縮短為5個多小時,而且不耗費衛星的燃料、延長衛星使用壽命,并大大增強運載火箭的任務適應性。

火箭上配套的姿控發動機系統,由大大小小十幾個姿控發動機組成,承擔著火箭和上面級的姿態控制、推進劑沉底和末速修正。

20年間,航天六院共提供以上各型發動機千余臺,為確保火箭成功發射、北斗衛星精準入軌提供了穩定可靠的動力源泉。

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西安科技為北斗三號“收官星”

提供全部有效載荷

定位精度優于5米

北斗三號“收官之星”在西昌衛星發射中心成功發射,不久它將與其他已經在軌的29顆北斗三號衛星完成組網,將全面建成北斗全球導航系統。北斗三號“收官之星”是一顆地球靜止軌道衛星,航天科技集團五院西安分院承擔了該衛星全部有效載荷的研制任務。

北斗三號全球導航系統的地球同步軌道衛星主要覆蓋我國及周邊地區,除了提供基本導航服務、星間鏈路業務之外,還提供RDSS(無線電測定)業務。

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據西安分院北斗三號衛星副總設計師張立新介紹:“這顆衛星能夠通過自身獨有的RDSS系統實現用戶有源定位、報文通信、位置報告和定時授時等功能,而這也是北斗系統的一大特色。”北斗系統的短報文功能,是系統獨創的特色,是北斗衛星區別于GPS、格洛納斯、伽利略等其他導航系統的特有功能。短報文通信在偏遠地區通信、位置報告和應急快速搜救等方面應用非常廣泛。在汶川地震的救援中,北斗衛星的RDSS短報文通信功能就發揮了重大的作用。相較于北斗二號衛星,北斗三號RDSS系統的性能有了大幅度的提升。

航天五院西安分院北斗三號衛星總師助理宋志強說:“北斗二號時期,地面用戶進行短報文通信,需要帶著一個體積較大的終端,向衛星發射一定功率的信號,而這個地面終端的待機時間不會超過兩天。到了北斗三號,地面用戶只需要約十分之一功率就能通過衛星發送短報文,地面終端不僅小而且待機時間長。短報文信息發送能力從一次120漢字提升到一次1200漢字。” 

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與北斗二號的區域導航相比,北斗三號全球導航系統可以在全球范圍內為用戶提供全天候、全天時的高精度、高可靠定位、導航和授時服務。服務能力和范圍要全面“升級”,取決于北斗三號衛星的有效載荷功能是否強大、性能是否能大幅提高。

在衛星上,西安分院聯合國內優勢單位為北斗三號衛星裝上了每天計時精度十億分之一至百億分之一秒的銣鐘和氫鐘產品、精確傳遞時頻信號的基準頻率合成器和導航任務處理機等一系列“高科技”產品和系統,使得北斗三號全球導航系統的定位精度優于5米,重點區域達1~2米,授時精度達20納秒,并建立了能夠實現衛星在軌自主運行的星間鏈路,面向全球提供穩定、精準的服務。西安分院抓總研制的銣鐘,在穩定度指標方面,較北斗二號區域導航系統提高了10倍,達到世界先進水平。

西安力量

為北斗三號“收官星”

配備“最強大腦”

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此次“收官星”的發射成功標志著北斗三號星座系統部署完成。位于西安的771所為該星配備了“最強大腦”,為北斗三號系統成功完成全球組網發揮了重要作用。

北斗三號“收官星”星載計算機是771所研制的首批高軌道、長壽命衛星計算機,在軌主要負責衛星平臺信息處理、軌道數據采集、衛星姿態控制、星上時間管理以及各種飛行任務管理和數據處理工作,對衛星上各功能模塊進行高效可靠的管理和控制,就好像“最強大腦”監視整星狀態,協調整星工作。

星載計算機采用集中式系統架構,運用計算與IO控制并發技術,將傳統衛星平臺的數據管理計算機、姿態控制計算機和電源管理計算機的功能,在一臺計算機內進行了一體化集成設計,在確保計算機高效、有序、可靠地實現衛星平臺的各種控制與管理功能的同時,有效簡化了衛星平臺電子系統復雜度,并減輕衛星平臺的重量和體積。

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北斗衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道(IGSO)衛星和20顆非靜止軌道(MEO)衛星組成,軌道高度分別為3.6萬公里和2.4萬公里,空間環境惡劣,星載計算機需要滿足在兩種軌道環境下均可以長期穩定運行的能力,可靠度要求高。

在研制過程中,突破了系統重構、高可靠安全指令輸出、智能化多通道數據采集、多功能集成設計、抗空間輻照設計以及星上實時時鐘自主管理等多項關鍵技術,使得星載計算機壽命達到10年以上,如果可靠度最大是1的話,那么在星載計算機的壽命末期可靠度仍能夠達到0.989。

此外,771所還為北斗三號衛星共配套了9個型號161臺套電源產品,為自主運行、測控、姿軌控等多個分系統單機提供二次電源供電,保障了系統的正常運行。

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