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全战全捷“满堂红”北斗导航弓满弦——长征三号乙/远征一号运载火箭圆满部署北斗三号全球组网核心星座记
来源:5533美高梅官方网站报     日期:2019年12月18日    字体:【】【】【

12月16日,长征三号乙/远征一号运载火箭在西昌卫星发射中心,以“一箭双星”形式,成功将两颗北斗三号中圆地球轨道(MEO)卫星送入预定轨道。至此,北斗三号在该轨道上规划的24颗卫星已全部到位,标志着全球系统核心星座部署完成,并具备正式提供全球服务的能力。

长三甲系列铸造高可靠的“金牌火箭”

翻开年历,长征三号甲系列火箭的任务贯穿全年。长三甲系列火箭12战12捷,实现了全年任务的“满堂红”,发射数量占长征系列运载火箭发射任务近50%。这也是继2018年的14次发射任务之后,长三甲系列火箭发射再次“上双”,并连续5年成为我国发射次数最多的火箭。

“目前,长征三号甲系列火箭飞行成功率已达到98%,成为我国发射轨道最多、适应能力最强、发射数量最高的火箭。”长三甲系列型号总设计师姜杰说,长三甲系列火箭持续提升可靠性,执行北斗工程任务的成功率达到100%。

随着火箭发射试验队可靠性工作的深入,从技术上,试验队针对全箭各系统的设计、工艺、测试多个环节,开展了多项可靠性增长项目,从整体上提高飞行可靠性,大大缩短了任务周期,确保“箭无虚发”。

从管理上,试验队提升高质量管理能力建设,聚焦变量与不变量的技术状态管理,严把产品的过程量化控制,进行风险分析与管控,建立形成适应高密度任务的质量任务体系,保证火箭的高质量、高水平。

姜杰说:“为满足北斗工程高密度发射任务,火箭必须要提升组批生产能力,通过模块化、通用化、去任务化、精细化等一系列手段,进行流程再造,形成适应组批生产和高密度发射的生产模式。”

来自一院总体设计部的阮小鹏,是负责箭体结构系统及共底安全监测的设计师,进入2019年,他的工作强度就没有降下来过。身为试验队的一线技术人员,高密度发射以来的流程优化让他感触颇深,“长三甲是行业内最成熟的型号之一,积累了丰富的经验,队员们时刻进行‘双想’,对预案充分讨论。以前在发射阵地的总检查要做4次,现在只做3次就可以确保质量,节省出一天的时间。”阮小鹏说,之前单发任务的时候出差25天,现在并行任务只要17~18天。

“北斗专列”与“太空摆渡车”联手实现精准送达

回顾每一次北斗发射任务,都少不了长三甲系列火箭的身影,因此,长三甲系列火箭也被人称为“北斗专列”。2019年全年共发射7趟“北斗专列”和4辆“太空摆渡车”,成功运送10位“北斗乘客”精准抵达目的地,两次任务的最短间隔仅23天。

据姜杰介绍,长三甲系列火箭接到北斗发射任务之初,仅具备地球静止轨道卫星发射能力。为了成为一趟称职的“北斗专列”,发射团队不断提升火箭的适应能力。“为了满足北斗二号工程的发射需求,我们攻克了三维大姿态控制技术,有针对性地改进设计,满足北斗全球导航卫星系统多轨道面组网发射的新要求。”姜杰说。

比“长征”更远的是“远征”。两年来,“北斗专列”长三甲火箭与“太空摆渡车”远征一号上面级,通过12次牵手飞行,将24颗北斗三号MEO卫星准确送入预定轨道。随着24颗MEO卫星全部入轨,远征一号上面级圆满完成它的使命。

姜杰指出,长三甲系列运载火箭在执行北斗三号工程任务过程中的创新之举在于采用基础级和上面级组合发射模式,对工程快速、顺利组网起到了关键作用。远征一号上面级型号办副主任肖泽宁说:“上面级与基础级的配合,可以大大提升北斗卫星的入轨精度,同样是打进十环,现在可以做到精准控制,正中靶心。”可以说,远征一号上面级加快了北斗卫星的部署速度,作为上接卫星、下通火箭的关键产品,它同时具备火箭和卫星的双重功能,不仅为卫星节约能量,延长卫星工作寿命,更为北斗全球卫星导航系统成功组网立下功劳。

肖泽宁说,远征一号为北斗三号工程而生,“这个型号对于一院来说是一个全新的领域,是提高进入空间能力的全新专业。”从2009年开始关键技术攻关到现在任务圆满收官,10年来,试验队倾注了大量心血。

不同于火箭的瞬间爆发和卫星的长时间在轨运行,上面级往往只飞行数小时至几十小时。为了适应这一复杂的空间环境状态,设计师通过前期的学习、积累和创新研制,经过近6年的技术攻关,终于实现了在满足需求的前提下,提高可靠性,保证上面级型号技术经济一体化,为后续紧锣密鼓的发射任务奠定了坚实基础。

如今,“远征”与“长征”搭档,圆满完成北斗全球卫星导航系统建设等多项国家重大任务,极大程度拓展了火箭的搭载潜力,提升了火箭对不同任务的适应性和竞争力。未来,更多、更好的远征上面级,将不断开启更加辉煌的新征程。

核心星座部署完成 实现对全世界的承诺

随着第52、53颗北斗导航卫星携手奔赴天疆,落子于北斗“大棋盘”的中圆地球轨道上,北斗三号在该轨道上规划的24颗卫星已全部到位,标志着北斗导航全球系统核心星座部署完成。卫星发射成功后,将进行在轨测试,并与此前发射的北斗三号全球系统进行组网联调。此次任务是北斗导航全球系统核心星座的收官之战。

据北斗三号卫星总设计师王平介绍,北斗三号系统由3种不同轨道的卫星构成,其中,GEO(地球静止轨道)卫星和IGSO(倾斜地球同步轨道)卫星可以向用户提供区域导航服务,MEO(中圆地球轨道)卫星的服务范围可以覆盖全球。

“因此,北斗三号卫星系统的全球服务能力主要依靠MEO卫星星座来实现,我们称之为全球组网的核心星座。”王平说。

当核心星座中的最后两颗MEO卫星成功组网后,北斗三号卫星系统将进一步提升全球服务能力,提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务,同时,还具备短报文、国际搜救等特色服务。

北斗三号卫星副总指挥王东告诉记者,核心星座的成功发射实现了我国北斗导航卫星从区域到全球的发展,正式进入全球系统的应用层面,给全球用户提供服务,“我们实现了对全世界的承诺。”

“我们将核心技术掌握在手”

北斗三号卫星系统的建设目标就是服务全球,势必要与国际先进卫星导航系统同台竞技。王平说,在北斗三号工程规划之初,就对标国际先进水平进行设计。因此,北斗导航卫星的各项性能不输于国际上任何的导航卫星,先进性与GPS不相上下。

卫星总体主任设计师周耀华告诉记者,星间链路功能是北斗三号导航卫星的亮点之一。众所周知,导航卫星所提供的定位和授时的精确性,主要依靠卫星轨道位置和星载原子钟的精确程度,这就需要地面站对卫星不断标定。王平说,北斗导航卫星通过星间链路手段,实现一站式测控,卫星间相互测距,再通过地面站对可见卫星传输解算,提高时钟标定精度。“这样,我们只在国内布站,即可达到像美国实施全球布站同样的精度水平。”

自2018年底建成北斗全球导航基本系统以来,世界各地都在对北斗系统进行测试评价。“目前,我们的导航卫星的质量和定位授时精度,与国际先进导航系统相当,全球系统建成以后,导航卫星的水平达到国际一流导航卫星水平。”王平说。如此高能的卫星,其核心部件和元器件已全部实现了国产化,“我们将核心技术掌握在自己的手里。”

然而,国产化推进之初却步履维艰。在这个阶段,卫星团队用了正常卫星研制时间的3倍来反复验证、测试和迭代。周耀华告诉记者,从2017年发射第一颗北斗三号导航卫星到现在,团队在单机研制过程中不断改进技术,边研制、边解决、边应用。北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师,曾任北斗二号卫星总设计师的谢军回忆,那段时间只要一下班或周末,他就跑去厂家现场“督战”,有时做产品试验,他也一直守着,甚至36个小时不合眼。

为解决问题,团队将单机质量控制点前移,以往发现问题的单机在整星研制过程中要拆走检修,损失不少时间。现在,通过设计改进,将单机质量控制在交付之前,通过流程优化、设置强制检验点、关键检验点,将验收测试贯穿在研制过程中。“要保证关键部件不再被拆走,不能让单机产品影响整星的进程。”周耀华说,试验队对监测数据有全面了解,将发现问题的时机前移,顺利解决了国产化进程中的质量难题。

把整星研制工作变成“流水线”

如果说技术创新驱动着北斗不断实现更高、更强,那么管理创新则托举着北斗不断追逐更快、更稳。

王东告诉记者,北斗导航卫星的研制过程异常辛苦,但也为五院科研生产转型提供了重要推力。从北斗一号数年研制一颗星,到北斗二号3年研制15颗星,再到北斗三号3年并行研制20颗星,众多奇迹的诞生得益于研制团队不断固根基、扬优势、补短板、强弱项,形成了一整套独具特色的管理制度。

此次发射的双星作为核心星座组网收官星,要面向全球用户满足诸多接口需求,并与大系统对接,而真正留给整星的研制时间只有7个月,是导航卫星中研制周期最短的。

针对北斗工程组批生产、密集发射,导航星座要求快速部署完成,提升利用效能的特点,卫星团队跳出了单星管理模式,开创了组网卫星研发生产组织管理的新模式,提前三年备料、提前两年投产、提前改造,提前一年进入AIT(整装测试试验),提升整星测试及关键单机生产能力。

王东介绍,团队将产品滚动备份使用,有问题的产品直接用后续备份产品替代,保证主线工作不停,在批产的现状下采用多星并行验证模式,利用在轨验证和地面验证的有机结合,一次验证即可解决批产卫星问题;并不断分析测试覆盖性、有效性和全面性,找出更深层次问题,提高产品质量。最后,团队优化流程,缩短研制周期,打破时间线进行环境测试,减少拆装,AIT过程相应调整,形成了大型测试岛,把整星研制工作变成“流水线”,短时间内完成研制。

据北斗卫星导航系统总设计师杨长风介绍,2017年11月以来,在北斗三号工程七大系统、300多家参研参建单位、10万余名科研人员的共同努力下,仅两年多时间,已连续成功实施18次组网发射,将28颗北斗三号组网卫星和2颗北斗二号备份卫星顺利送入预定轨道,以平均每月发射1~2颗卫星的高密度,刷新了全球卫星导航系统组网速度的世界纪录。

目前,北斗三号全球系统组网已进入决战决胜的冲刺阶段,明年上半年还将发射2颗地球静止轨道卫星,全面建成北斗三号系统,为全球提供更优质的服务。同时,我国已启动北斗系统接续发展的整体论证和关键技术攻关,在我国实现第一个百年奋斗目标、全面建成小康社会之际,实现北斗的“全球梦”。(任悦鸣/文 南勇/摄)

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