“北斗兄弟”血統(tǒng)純正，98%部件系我國自主研發(fā)

近日，我國發(fā)射兩顆北斗導航衛(wèi)星，使北斗導航衛(wèi)星家族成員增加到19枚。與“哥哥”們相比，這對新生的“北斗兄弟”部件國產(chǎn)化率提高到98%，關鍵器件和部件全部實現(xiàn)國產(chǎn)化,渾身洋溢著濃濃的中國創(chuàng)新味。

記者從北斗導航衛(wèi)星的“老家”——中國航天科技集團公司五院了解到，北斗雙星的新技術、新產(chǎn)品占到了其全部產(chǎn)品的近八成，這在中國航天以前研制的衛(wèi)星上前所未有。這究竟是如何實現(xiàn)的?

高難度的升級版

新發(fā)射的兩顆北斗導航衛(wèi)星是此前發(fā)射衛(wèi)星的升級版，這種“升級”體現(xiàn)在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個方面

“北斗導航雙星‘兄弟’是他們‘哥哥’們的升級版。”中國航天科技集團公司五院北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師謝軍告訴《經(jīng)濟日報》記者，這種“升級”體現(xiàn)在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個方面。

銣原子鐘是衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的“心臟”，它的性能指標是決定定位系統(tǒng)指標的主要因素之一。然而，在上世紀80年代北斗導航衛(wèi)星研制剛起步時，受限于工業(yè)制造基礎和創(chuàng)新能力，類似于銣原子鐘的關鍵產(chǎn)品只能從西方國家購買。

謝軍至今依然記得他們當初為了進口銣鐘，與歐洲某公司負責人從白天談判到凌晨四五點仍然談不下來的艱辛和憋屈。“必須自己干!”五院西安分院和510所的科研人員們下定決心，相繼攻克一系列難題，研制出我國第一臺銣鐘，全面替代了國外產(chǎn)品。謝軍說，相比之前，新一代高精度銣鐘的定位、測距和授時等功能更加精準，能提供更精確的定位服務。

北斗雙星“兄弟”配備的高軌衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)被稱為我國衛(wèi)星的“最強大腦”。過去，我國的衛(wèi)星大都有兩個“大腦”，一個主管思考、視覺和四肢運動等功能，另一個負責衛(wèi)星的生理調(diào)節(jié)和與外界的交流。五院總體部和502所研發(fā)了“綜合電子系統(tǒng)”，可以用一套系統(tǒng)實現(xiàn)過去兩個衛(wèi)星“大腦”的功能，做到“一腦兩用”。“最強大腦”應用了我國自主知識產(chǎn)權的四核片上系統(tǒng)SoC2012和國產(chǎn)化ASIC芯片。這兩種產(chǎn)品從方案到控制算法，從硬件到SpaceOS2.0操作系統(tǒng)、再到應用軟件，都是100%中國造，性能達到國際領先水平。

北斗雙星“兄弟”在轉(zhuǎn)運、升空及巡天的過程中，要順利通過高溫、高壓、劇烈震動的考驗，就必須有強健穩(wěn)定的“鋼筋鐵骨”。為此，五院總體部和529廠攻下多道世界級技術難關，給它們首次采用了桁架式主承力結(jié)構，實現(xiàn)承載能力更強、重量更輕，讓北斗雙星“兄弟”在精度上的整體偏差不超過一根頭發(fā)絲的粗細。

今后，大家的朋友圈里有可能會刷出北斗雙星“兄弟”的自拍照。這是因為五院508所設計師們?yōu)樗鼈兣渲昧诵滦偷腃MOS相機。與上代產(chǎn)品相比，這個“自拍神器”重量輕、體積小、功耗大幅下降，還首次擁有存儲功能，能隨時存取所拍圖片，方便人們及時了解“兄弟倆”的近況。

嚴密的系統(tǒng)創(chuàng)新

高密度、高強度的創(chuàng)新絕不能依靠“隨機”和“碰巧”，而是需要極為嚴密的系統(tǒng)謀劃和推進。無論是頂層設計還是技術體系形成，都需要系統(tǒng)創(chuàng)新。“協(xié)同”也是系統(tǒng)創(chuàng)新的重要特點

中國航天科技集團公司五院北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師王平介紹說，一般來說，新研制的衛(wèi)星所采用的技術中如果45%都是新技術，就是一項高難度研制工作了。而此次的北斗雙星身上，新技術、新產(chǎn)品占到了衛(wèi)星全部產(chǎn)品的近八成，創(chuàng)中國航天歷史，創(chuàng)新難度可想而知。

這樣高密度、高強度的創(chuàng)新絕不能依靠“隨機”和“碰巧”，而是需要極為嚴密的系統(tǒng)謀劃和推進。這種“系統(tǒng)性”首先體現(xiàn)在頂層設計上。“十二五”以來，五院啟動了“航天器元器件自主可控工程”，形成了覆蓋未來5年需求的20類、近千項元器件型譜框架，建立起完備的決策、開發(fā)、應用驗證評價體制。五院還成立了專門進行國產(chǎn)化管理的“指揮部”，編寫《五院航天器元器件需求型譜建設框架》，從頂層明確了航天器元器件自主可控的路線圖，細化實施步驟和策略。

系統(tǒng)創(chuàng)新還體現(xiàn)在技術體系的形成上。比如，經(jīng)過前期北斗導航衛(wèi)星的探索與實踐，五院總裝與環(huán)境工程部形成了整星批試驗的技術體系，具備了完整的批試驗技術流程，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了大型航天器批量化熱試驗，縮短了試驗周期。這種技術體系，讓北斗雙星實現(xiàn)了國內(nèi)首次中型衛(wèi)星雙星在同一容器內(nèi)并行進行熱平衡、熱真空試驗。

總裝工藝師們發(fā)明了基于航天器裝配仿真技術的虛擬裝配方法，使關重設備安裝及逆流程操作一次合格率100%，既省時省力，又能提前發(fā)現(xiàn)裝配風險。他們發(fā)明的電磁兼容仿真系統(tǒng)，省去了做十幾次試驗才能驗證一個設計的不便，不僅能快速仿真，還能直接生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)，讓設計師的設計工作更加得心應手，提升了創(chuàng)新效率。

“協(xié)同”也是系統(tǒng)創(chuàng)新的重要特點。五院“航天器元器件自主可控工程”與國內(nèi)科研院所、高校組建創(chuàng)新“聯(lián)合艦隊”，開展了近百項元器件應用驗證，牽引國內(nèi)生產(chǎn)廠自主啟動研制;在原子鐘、行波管放大器、固態(tài)放大器等關鍵載荷產(chǎn)品的國產(chǎn)化研制中，五院積極聯(lián)合國內(nèi)科研院所、高校等20多家單位，協(xié)同開展關鍵技術攻關和產(chǎn)品研制工作，終于用6年時間實現(xiàn)了有效載荷部件的全部國產(chǎn)化。

謝軍表示：“在此次北斗雙星研制過程中，聯(lián)合創(chuàng)新的模式取得了很好的效果。下一步，北斗團隊將繼續(xù)堅持這一成功做法，聯(lián)合一切可以聯(lián)合的力量，同中科院、哈工大等單位一同構建協(xié)同創(chuàng)新體系，加快推動北斗導航衛(wèi)星國產(chǎn)化。”

北斗創(chuàng)新“開枝散葉”

北斗雙星的創(chuàng)新技術能在多個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進行推廣，并為我國開辟出不少新興科學領域。目前，圍繞北斗的創(chuàng)新正不斷“開枝散葉”，走近人們的身邊

北斗雙星的創(chuàng)新技術并非是僅用一次的“奢侈品”，而是能夠走向經(jīng)濟社會多個領域的“大眾品”。

中國航天科技集團公司五院北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮遲軍介紹，像北斗雙星高性能芯片這樣具有我國自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品還有很多，相關工藝和技術除了應用在北斗導航衛(wèi)星研制中，還能在我國很多產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進行推廣。比如，衛(wèi)星上應用的星座可靠性分析、大規(guī)模集成電路空間應用等新技術，將顯著促進我國結(jié)構材料、微處理計算機、電子技術等基礎學科和工業(yè)的發(fā)展。

北斗導航雙星“兄弟”還為我國開辟出不少新興科學領域。遲軍告訴記者，北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)的研制，將帶動航天器的總體設計、航天器動力學、航天器環(huán)境試驗技術、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航天器數(shù)字化設計、航天器結(jié)構與機構、新興材料科學等專業(yè)的快速發(fā)展，促進了導航星座時空基準建立與維持、導航信號生成與傳輸、空間微放電機理與抑制、原子物理應用等新專業(yè)的建立。

目前，圍繞北斗的創(chuàng)新正不斷“開枝散葉”，走近人們的身邊。今年2月，西安市一位老人外出時遭遇搶劫，在陌生地被推倒后無法起身。情急之下，老人按動隨身戴的“飛鄰行蹤寶”上的親情號碼鍵，家人通過行蹤寶立即確定了老人的位置，半小時內(nèi)趕到事發(fā)地點，解救了老人。這款“飛鄰行蹤寶”由中國航天科技集團公司五院所屬中國衛(wèi)星公司研制生產(chǎn)，是基于北斗導航定位技術深耕創(chuàng)新、“開枝散葉”的典型例子。

據(jù)了解，北斗系統(tǒng)自2012年12月面向亞太區(qū)域提供正式運行服務以來，已廣泛應用于交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預報、大地測量、救災減災、手機導航等領域。廣東、上海、陜西、湖南等10余個省份已經(jīng)開展或計劃開展北斗應用示范項目，北斗系統(tǒng)已在高精度駕考、老人關愛、兒童安全定位等大眾應用領域惠及民生。

五院相關專家表示，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的民用開發(fā)需要聽取社會各界的意見，要使北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)屹立于世界衛(wèi)星導航系統(tǒng)之林，取得話語權，必須充分發(fā)揮中國企業(yè)的作用。

“北斗系統(tǒng)可以做到與其他系統(tǒng)兼容。”謝軍說。五院總體部的科研人員專門為北斗研制出星間鏈路系統(tǒng)方案和星間網(wǎng)絡協(xié)議，在北斗雙星“兄弟”身上安裝了面向北斗全球系統(tǒng)的Ka頻段相控陣天線及星間收發(fā)信機，讓它們能與不同的研制單位以及國外導航系統(tǒng)實現(xiàn)交流互通。北斗導航衛(wèi)星家族開放兼容的“家風”，將會吸引更多的創(chuàng)新客人。