“大国重器北斗三号是怎样炼成的”

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任何大国的重型武器的诞生，似乎都不会使用与发达国家同类产品的竞争、竞争，甚至“手臂相扑”的命运。 作为进入普通老百姓家中的导航利器，北斗更是如此。 11月5日晚，中国最新一代导航卫星北斗3号首次发射后，人们不想知道走向世界的中国北斗，能否与gps决胜负。

这可能也是航天活动不近人情的地方，最引人注目的火箭被点燃，在轰过天空后，人们的好奇心大多遗留在“火箭发射有多厉害”、“飞碟有什么用”等问题上，其背后的技术量和 但是，这些并不完全适用于北斗。 因为为了明确与gps的差异，技术细节和技术路线的问题是不可避免的。

毕竟，中国北斗比gps晚了20多年，不仅没能和后者站在同一起跑线上，在之后的追赶过程中，也不能说进入了完全相同的路线。 以导航系统地面站建设为例，美国可以建设gps，在全世界“布点设站”，但中国由于各种原因，必须“空”想办法，攻克卫星间、星座间的链接技术。

这和人们常说的“既是挑战，也是机会”的话很贴切。 太空是一个大舞台，在这个舞台上登场的各种卫星，饰演的都是生旦净末丑不同的“角色”，但任何角色都有基本功和独门技术，北斗也不例外。 中国青年报中青在线记者就此采访了专家，揭露了走向世界的中国北斗是如何炼成的。

《大脑》:北斗卫星的几十个“天上漂流”为什么不擅离职守？

作为北斗三号卫星的创始人，中国航天科学技术集团五院的专家提出了这样的比喻——

如果把卫星比作成人，卫星的控制系统相当于人类的“大脑和神经组织”，指挥肢体完成各种工作的卫星推进系统相当于人类的“肌肉组织”，带动肢体完成各种事业。 能量系统相当于人类的“血液循环组织”，为大脑和肢体提供能量。

作为为整个卫星提供时间基准和维持时间准确性的守时设备的原子钟，相当于人类的“心脏”，可以说“没有原子钟就没有全球导航”。 卫星之间的链接技术相当于人的“灵魂”，即使在人与人的偏远地区也能相互感应，相互在意，实现“心中有灵”。

首先叫做“大脑和神经组织”。 这是很多人的疑问，“北斗卫星在天空中漂浮了几十颗，他们为什么不擅离职守？”

答案是，他们非常“自律”，知道自己应该在哪里。 这个“自律”是由被称为卫星“大脑和神经组织”的控制系统带来的。

中国航天科技集团五院北斗三号副总设计师高益军介绍，控制系统是卫星在天空中保持准确轨道、准确姿态的“总指挥”，实时收集卫星轨道和姿态的新闻，一旦发现偏差，指挥自身恢复正常。

高益军表示，有了这个北斗三号控制分系统，相当于增加卫星“至少60天”的完全自主运行能力。 这意味着即使地面测量站发生故障，北斗卫星也能在轨道上正常运行。

“由此，对地面站的依赖度大幅减少，实现了在“可见”范围外的卫星控制。 大幅降低系统的运行管理价格，当然也给卫星控制系统的设计和实现带来了很大的困难。 ”。 高益军说。

值得一提的是，在此次北斗三号的研发任务中，控制系统国产化达到100%，各系统国产化部件占90%以上。 这是高益军查明的一组数据。 他说:“控制系统中没有进口商品。”

关于卫星“血液循环组织”，有“二次电源”的重要组成部分，转换卫星上次的太阳能和电池的电能，相当于星上电缆网——卫星的“血管系统”，传输到各种电子设备。

据中国航天科技集团5院510专家介绍，电子设备有什么味道，他们有什么样的“电力配方”，让卫星电子设备“大吃大喝”，完成在太空的表演。

心脏:准确位置的前提是“300万年1秒误差”的钟表

很多人谈论北斗和gps等卫星导航系统，第一个疑问是“天上的‘星星’怎么‘看’我们的位置，怎么这么准确地‘指引’我们的方向”。

这不得不提到被称为卫星“心脏”的原子钟，导航系统几乎都依靠它“掌握”时间的精度。 北斗导航系统总设计师杨长风表示，时间精度是卫星导航的“命门”，天地间时间同步，误差越小，定位精度越高。

但是，在北斗导航卫星快速发展初期，我国还没有开发生产星载原子钟的能力。 杨长风说，过去，只有少数国家能够制造卫星导航系统中采用的高精度原子钟，但对我国实施严格限制，直接实行禁运，“这迫使我们研制登星原子钟”。

在北斗二号建成之前，其他国家的垄断被彻底打破了。 现在，北斗三号建设拉开帷幕，我们也将迎来最新一代原子钟“铷原子钟”。

“铷原子钟”是以铷原子跃迁为物理基础建立的极其精密的电子仪器，简称“铷钟”。 可以说，其稳定度直接关系到导航卫星的定位、速度、授时功能的精度，直接决定着导航卫星的成败。

杨长风说，北斗三号搭载的铷钟，稳定度达到e-14级，“300万年只有1秒的误差”。

中国航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师王平指出，这项技术的进步直接推动了中国全球定位系统的定位精度，从以前的“区域系统”的10米，跨越到后续“全球系统”的米级分辨率，速度和授课精度同步提高了一个数量级。

五院原子频标行业首席专家贺玉玲博士表示，目前，中国航天科技集团五院西安分院正在研制非常高精度的铷原子钟，正在努力将未来导航卫星的定位精度、授时精度进一步提高到一个水平。 届时，这种追求精度的终极探索将推动新兴产业和新兴社会的应用。

“灵魂”:离“天地间万物互联”不远了

当然，要称为系统，光有一个卫星是不够的。 北斗是中国北斗卫星导航系统的简称，不是指卫星，而是以北斗三号一代为例，按计划到年完成30多个组网卫星的发射，组成全球卫星导航系统，实现所谓的全球服务能力

另一个容易被忽略的细节是，除空区间的30多个卫星外，整个北斗系统还包括地面基站和客户机终端所在的地面区间和客户机区间。

这似乎意味着，我国不像gps那样，在世界范围内建设地面站，要处理海外卫星的数据传输线路，只能从“星际链路”着手。 卫星之间建立的通信测量链路实现了卫星与卫星、卫星与地面站的链路互通。

也就是说，我们“看不见”地球另一端的北斗卫星，但同样可以通过北斗卫星的星际链路与它们取得联系。

五院西安分院北斗导航副总经理张新表示，星际链路技术就像北斗3号“让太空兄弟牵手”，不仅可以相互通信和数据传输，还可以相互测距，自动维持队形，维持地面管理的压力。

当然，星际链路不是“地面站难以大范围建设”的方便，而是“主动出击”“自主导航”的关键。

自主导航是指“即使地面站全部发生故障，30多颗北斗导航卫星也能通过星际链路提供准确的定位和授受，地面客户也能通过手机等终端进行定位和导航”。

张新表示，由于北斗导航卫星地面站较少，地面系统全球连续完好性监测和实时报警的时间通常需要“几十秒至几小时”，而卫星上的直接监测报警只需要几秒钟。

他认为，卫星自主完好性监测是北斗三号的新技术，与美国gps、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略等导航卫星系统相比，中国北斗全球首次实现了卫星轨道完好性自主监测功能。

此外，北斗三号的星际链路系统可以与其他类型的卫星相关联，网络数量可以达到100个。 张新说:“这对构建中国天基综合新闻网，实现中国卫星间网络起着不可缺少的作用。”

他以遥感卫星为例，遥感卫星测绘全世界的地面，但只有卫星通过国土内，才能将其收集的图像新闻传回地面。 在天基综合新闻网上，遥感卫星以北斗导航卫星的星际链路为“通道”，实现新闻实时传输，互通天地新闻。

这样的话，离我们所说的“天地间万物互联”就不远了。

来源：人民视窗网