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西安力量助力北斗三号“收官星”发射成功
发布时间:2020-06-24     作者:   来源:西安发布   分享到:

千余台发动机

二十载布局漫天北斗星辰

西安“金牌动力”助力北斗卫星全球组网 

2020年6月23日,西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭直冲九霄,北斗系统最后一颗全球组网卫星成功发射。20载巡天遨游,长三甲系列运载火箭以44次发射、59颗星的骄人成绩,圆满完成北斗卫星导航系统的组建任务。追溯到20世纪80年代,北斗系统“三步走”计划实施以来,火箭每一次热血腾飞,卫星每一次精准入轨,其动力都来自于位于西安南郊的中国航天科技集团六院。

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由长三甲、长三乙、长三丙三型火箭组成的长三甲系列运载火箭,承担了北斗卫星的全部发射任务。20年来,航天六院研制生产的75吨级和4.8吨级常规发动机、8吨级氢氧发动机,分别承担着火箭的助推和一级动力、二级动力、三级动力。航天六院研制的姿控发动机系统、“远征一号”上面级发动机、卫星490N发动机和推进系统,也分别为箭体姿态调整、卫星精准入轨等提供了贴心服务。

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75吨级常规发动机,研制于20世纪70年代,被誉为中国液体火箭“金牌发动机”,用于长三甲系列运载火箭的助推和第一、二级。多年来,随着其性能的不断提升,它将数百颗卫星和神舟飞船成功送入太空。

8吨级氢氧发动机,研制于20世纪80年代,是中国第二代上面级液氢液氧发动机,用于长三甲系列运载火箭的第三级,具有真空二次起动能力,可在伺服机构带动下双向摇摆,实现对三级箭体飞行姿态的控制。

490N发动机,是目前国内唯一的中高轨道卫星轨控发动机,为北斗卫星提供了从转移轨道至预定轨道所需要的动力,也广泛应用于空间站、货运飞船等航天器。在北斗系统组建过程中,该型发动机从第一代升级到第二代,通过不断技术创新、升级换代,提高了金牌动力的含金量,持续推进提升产品性能和服务水平。

“远征一号”上面级发动机,针对北斗二代卫星导航任务而研制,是在基础级火箭上增加了相对独立的一级,可在太空将一个或多个航天器直接送入不同的轨道,被称为“太空摆渡车”。该型发动机具备二次启动能力,可让卫星从发射到进入运行轨道的过程,从数天缩短为5个多小时,而且不耗费卫星的燃料、延长卫星使用寿命,并大大增强运载火箭的任务适应性。

火箭上配套的姿控发动机系统,由大大小小十几个姿控发动机组成,承担着火箭和上面级的姿态控制、推进剂沉底和末速修正。

20年间,航天六院共提供以上各型发动机千余台,为确保火箭成功发射、北斗卫星精准入轨提供了稳定可靠的动力源泉。

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西安科技为北斗三号“收官星”

提供全部有效载荷

定位精度优于5米

北斗三号“收官之星”在西昌卫星发射中心成功发射,不久它将与其他已经在轨的29颗北斗三号卫星完成组网,将全面建成北斗全球导航系统。北斗三号“收官之星”是一颗地球静止轨道卫星,航天科技集团五院西安分院承担了该卫星全部有效载荷的研制任务。

北斗三号全球导航系统的地球同步轨道卫星主要覆盖我国及周边地区,除了提供基本导航服务、星间链路业务之外,还提供RDSS(无线电测定)业务。

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据西安分院北斗三号卫星副总设计师张立新介绍:“这颗卫星能够通过自身独有的RDSS系统实现用户有源定位、报文通信、位置报告和定时授时等功能,而这也是北斗系统的一大特色。”北斗系统的短报文功能,是系统独创的特色,是北斗卫星区别于GPS、格洛纳斯、伽利略等其他导航系统的特有功能。短报文通信在偏远地区通信、位置报告和应急快速搜救等方面应用非常广泛。在汶川地震的救援中,北斗卫星的RDSS短报文通信功能就发挥了重大的作用。相较于北斗二号卫星,北斗三号RDSS系统的性能有了大幅度的提升。

航天五院西安分院北斗三号卫星总师助理宋志强说:“北斗二号时期,地面用户进行短报文通信,需要带着一个体积较大的终端,向卫星发射一定功率的信号,而这个地面终端的待机时间不会超过两天。到了北斗三号,地面用户只需要约十分之一功率就能通过卫星发送短报文,地面终端不仅小而且待机时间长。短报文信息发送能力从一次120汉字提升到一次1200汉字。” 

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与北斗二号的区域导航相比,北斗三号全球导航系统可以在全球范围内为用户提供全天候、全天时的高精度、高可靠定位、导航和授时服务。服务能力和范围要全面“升级”,取决于北斗三号卫星的有效载荷功能是否强大、性能是否能大幅提高。

在卫星上,西安分院联合国内优势单位为北斗三号卫星装上了每天计时精度十亿分之一至百亿分之一秒的铷钟和氢钟产品、精确传递时频信号的基准频率合成器和导航任务处理机等一系列“高科技”产品和系统,使得北斗三号全球导航系统的定位精度优于5米,重点区域达1~2米,授时精度达20纳秒,并建立了能够实现卫星在轨自主运行的星间链路,面向全球提供稳定、精准的服务。西安分院抓总研制的铷钟,在稳定度指标方面,较北斗二号区域导航系统提高了10倍,达到世界先进水平。

西安力量

为北斗三号“收官星”

配备“最强大脑”

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此次“收官星”的发射成功标志着北斗三号星座系统部署完成。位于西安的771所为该星配备了“最强大脑”,为北斗三号系统成功完成全球组网发挥了重要作用。

北斗三号“收官星”星载计算机是771所研制的首批高轨道、长寿命卫星计算机,在轨主要负责卫星平台信息处理、轨道数据采集、卫星姿态控制、星上时间管理以及各种飞行任务管理和数据处理工作,对卫星上各功能模块进行高效可靠的管理和控制,就好像“最强大脑”监视整星状态,协调整星工作。

星载计算机采用集中式系统架构,运用计算与IO控制并发技术,将传统卫星平台的数据管理计算机、姿态控制计算机和电源管理计算机的功能,在一台计算机内进行了一体化集成设计,在确保计算机高效、有序、可靠地实现卫星平台的各种控制与管理功能的同时,有效简化了卫星平台电子系统复杂度,并减轻卫星平台的重量和体积。

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北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道(IGSO)卫星和20颗非静止轨道(MEO)卫星组成,轨道高度分别为3.6万公里和2.4万公里,空间环境恶劣,星载计算机需要满足在两种轨道环境下均可以长期稳定运行的能力,可靠度要求高。

在研制过程中,突破了系统重构、高可靠安全指令输出、智能化多通道数据采集、多功能集成设计、抗空间辐照设计以及星上实时时钟自主管理等多项关键技术,使得星载计算机寿命达到10年以上,如果可靠度最大是1的话,那么在星载计算机的寿命末期可靠度仍能够达到0.989。

此外,771所还为北斗三号卫星共配套了9个型号161台套电源产品,为自主运行、测控、姿轨控等多个分系统单机提供二次电源供电,保障了系统的正常运行。

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