作者:王佳雯 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/2/12 19:53:57
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超级2018 北斗全球组网加速进行时

2018年2月12日13时03分,距离春节还有3天时间,北斗三号工程第五、六颗组网卫星,随长征三号乙运载火箭和远征一号上面级,从西昌卫星发射中心拔地而起、直刺苍穹,约三个多小时后,卫星进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

2018年率先实现为一带一路沿线国家提供基本服务,2020年实现30余颗北斗卫星全球组网——去年年底全球组网开启后,至今北斗卫星的全球组网进程已进入加速模式,2018年更将成为任务繁重的“北斗卫星全球组网年”,18颗卫星将相继被送上太空,与已有的北斗卫星构建服务全球的北斗星座,助推“中国北斗”向“世界北斗”华丽转型。

高密度任务,卫星研制如何应对?

“2018年到2020年,我们最大的困难,实际上是密集发射的任务量的困难。” 航天科技集团五院总体部导航总体技术研究室总体主任设计师吴振宇说。

“独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠”,早在北斗二号正式提供区域导航定位服务前,我国就开始了北斗三号全球导航系统的论证研制工作,并提出了全球卫星导航系统的发展目标。

如今,面对高密度发射的挑战,为满足一年18颗星的任务需求,北斗三号卫星的研制早已进入“批产”模式,这自然对卫星状态的稳定性提出了新要求。

“卫星批产要求卫星状态要稳定,10颗星10个状态对于批产是很困难的,就像做10个不同的电视机和做10台相同的电视机一样,难度是不同的。”吴振宇告诉《中国科学报》。

保持一类星的状态稳定,同时也要兼顾多种卫星的兼容、扩展。北斗三号卫星包括地球中圆轨道导航卫星、倾斜地球同步轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星三种类型。为实现批产,三类卫星在设计共用的技术、架构和部件时,都考虑到了兼容性与未来扩展问题,以提升效率。比如,三种卫星都应用到的陀螺这种部件就会在设计中尽量考虑通用。

与此同时,科研人员也在有效利用工具完善卫星状态管理。据介绍,北斗三号组网阶段,针对卫星的设计、验证专门进行了流程优化论证,使得整星总装测试工作开始后的流程,“比原来优化了将近3个月”,有力地为北斗全球组网任务的推进提供了保障。

高频发射,火箭能否“火”力全开?

“一箭双星”送北斗三号第五、六颗卫星上天后,长征系列火箭已经完成了2018年的第7次发射任务。43天7次发射,平均不到一周实施一次发射,而这样的频率只是今年长征系列火箭将面临的工作节奏的一个缩影。

据航天科技集团一院长征三号甲系列火箭总指挥岑拯介绍,长三甲系列火箭全年14次发射任务有10次将发射北斗导航卫星,其中8次将以“一箭双星”的方式执行发射任务。

而“从2018年到2020年,长三甲系列火箭预计将执行40次发射任务”,高密度发射将成为常态。为应对高强度任务挑战,火箭研制团队将具备24天总装齐套一发火箭的能力。

从今年全年的发射计划看,长三甲系列火箭平均26天就要进行一次发射,而且生产现场通常是同时有2~3发火箭并行开展工作。“如果不从生产管理上想办法,年度计划将没有任何余量” 岑拯说。因此,研制团队创新提出了“去任务化”方法。

以往的火箭研制和生产通常是围绕一次具体的发射任务进行生产、总装。“‘去任务化’就是指实现火箭各个单机、系统和整箭的产品化、通用化、组批量生产。”岑拯解释说,“去任务化”意味着单级火箭、单发火箭完成总装后,可以灵活调整其承担的发射任务,只要卫星和火箭接口保持一致,针对具体任务调整软件即可满足发射任务需求。

目前这种“产品化”式的研制进程正在长征系列火箭的研制一线进行推广、调整,未来“流水线”式的火箭生产总装方式有望成为现实。

密集规划,“太空摆渡车”如何突围?

在北斗卫星发射任务中,“远征一号”上面级一直备受关注。它是一种运载工具,如同机场“摆渡车”一般,可以先后把不同的卫星直接送到工作轨道,被称为“太空摆渡车”。

上面级不仅可以减轻卫星自重、减少卫星的燃料消耗、延长卫星使用寿命,还将大大增强我国运载火箭的任务适应性,提高我国商业发射的竞争力。

在2018年,远征系列上面级全年将执行8次北斗三号卫星工程组网发射任务,护送16颗北斗导航卫星进入预定轨道。

航天科技集团一院上面级总设计师叶成敏表示,除了基础级火箭,远征一号上面级也进行了40多项改进。通过“瘦身”,上面级的环境和力学参数测量传感器数量从百余个减少到二十多个,其重量和成本大大降低。

另据航天科技集团一院上面级控制系统主任设计杨超介绍,上面级还拥有自主诊断、自主恢复能力,在长时间飞行中发生故障时,可以通过断电自动重启,保证三冗余工作模式,使上面级应对复杂太空环境的能力更强。

据了解,今年远征家族将再添新成员,商业版、简化版的远征一号上面级远征一号S上面级将面世,以满足中低轨、短时间的发射需求。目前,该上面级已经完成总体设计,预计将于今年与长征二号丙运载火箭(简称“长二丙火箭”)组合执行太阳同步轨道发射任务。

杨超告诉记者,几颗卫星不同轨道面的发射、多次变轨的多星发射模式,可以大大节省发射成本,未来科研人员也将通过上面级拓展,为日后探月、探火过程中应用实现多次变轨更好地完成空间探测做准备。

 
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