中国科学院上海分院： “一箭双星”中的“战斗”身影
■本报记者 黄辛 见习记者 朱泰来 通讯员 刘碧如
1月12日7时18分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭以“一箭双星”方式成功发射第26、第27颗北斗导航卫星。这也是长征系列运载火箭的第262次飞行。中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星，是我国北斗三号工程第三、四颗组网卫星。卫星入轨后，经测试及入网验证，可对外提供服务。按计划，北斗卫星导航系统将于2018年底服务“一带一路”沿线国家。此次首发成功，也正式拉开2018年度北斗高密度发射序幕。
这次发射的两颗北斗三号导航卫星是由中国科学院微小卫星创新研究院抓总研制。据该院院长于英杰介绍，今年计划发射8颗由该院抓总研制的北斗三号卫星。从过去5年研制发射2颗北斗卫星到今年一年发射8颗组网星，中科院微小卫星创新研究院从技术理念、队伍建设到组织架构，都锐意创新，旨在当好中国微小卫星领域的先锋队。
中国科学院微小卫星创新研究院副院长、北斗三号卫星总设计师林宝军表示，与北斗二号相比，北斗三号最大的进步便是“从区域到全球”，真正做到了“中国的北斗、世界的北斗”。“具体而言，导航服务扩展到全球，宇航能力服务全球，建设事业面向全球，性能指标大幅提升。” 北斗三号的综合性能达到了世界一流水平，设计理念处于世界领先地位。
林宝军将当天发射升空的两颗北斗三号全球组网星的特色概括为：设计理念的创新、中科院专用导航卫星平台、星间链路、高可靠高可用且全部国产化的星载导航核心技术。
据悉，新年首发的北斗双星，采用的是中科院专用导航卫星平台，中科院的创新基因在这一平台上体现得淋漓尽致。平台的姿控精度比要求精度还提高了一个量级，轨控采用四推力器斜装；电子学系统采用国产“龙芯”CPU，与欧洲同类产品相比，不仅计算能力提升了，而且空间环境辐照的能力明显更胜一筹；全球首创的在轨赋能自主运行技术，甚至可以不依赖地面实现卫星的自主定位，让卫星在天上“知错能改”、“自我修复”、“刷新体制”；在整星集成状态下，也可以按真正的飞行过程，实现软硬件的全任务剖面闭环测试，在全球四大导航系统中属于首创。
间链路，则帮助北斗系统实现了“一星通、星星通”，基于国内段可以实现全球卫星的掌控。卫星观测值提高了10-30倍，测控覆盖从30%提高到100%，令导航能力再上台阶，实现了相当于美国GPSII到GPSIII的跨越。“也就是说，星与星之间7万公里距离，测距精度可以达到1厘米左右。”林宝军自豪地说。
此次成功发射的北斗双星，凝聚了众多优秀的国产原创科技成果。其中，多项来自上海。如，星箭分离后，卫星上的2台数字太阳敏感器和2台红外地球敏感器现已成功开机，4台模拟式太阳敏感器带电发射，目前逐步开展卫星入轨阶段的姿态捕获任务。这些仪器由中科院上海技术物理研究所研制。遥测数据表明产品工作正常，后续工作按计划陆续展开。
尤其值得一提的是，星上核心载荷已全部实现国产化。其中很重要的一项便是原子钟的升级换代和无缝切换。其实，导航定位的原理并不复杂，测量卫星到目标的时间，再乘以光速就是距离，利用四个以上的距离测量值就可以计算得到用户位置，所以时间是导航系统的核心。中科院上海天文台上世纪70年代研制出我国首台地面主动性氢原子钟，从2003年开始启动了星载氢原子钟研究项目。不同于地面产品使用的原子钟，星载氢原子钟不仅要具备高稳定性、高精度，还需“瘦身”又“靠谱”——在保证高可靠性的前提下，做到体积小、重量轻，能经受卫星发射期间振动、冲击等力学考验，能适应卫星在轨运行期间的高低温环境和空间辐射环境，并且能在轨连续稳定工作12年以上。
该项目负责人、上海天文台帅涛研究员告诉记者，2017年完成了6台氢原子钟研制，2018年计划完成8台，可满足北斗三号卫星相对密集的工程进度。与此同时，团队正在开展下一代星载氢钟研究，可望在长期稳定性等关键性能指标上继续保持优势的基础上，对产品进行大幅改进，让它进一步“瘦身”，从目前的25公斤减重至12公斤。“我们正在对现有氢钟进行改进，通过关键部件小型化和轻量化设计，在保证性能指标的同时，把重量减轻一半左右。”上海天文台谢勇辉研究员说。“氢钟的进一步小型化，带来的是体积、重量和功耗的下降，也就是对导航卫星配置资源需求的降低，可适应下一代高集成度导航卫星发展需要。”帅涛进一步解释说。
上海技术物理研究所为两颗卫星研制了2台数字太阳敏感器、2台面阵红外地球敏感器和4台模拟式太阳敏感器。负责数字太阳敏感器的席红霞正高级工程师告诉记者,星箭分离后，2台数字太阳敏感器、2台面阵红外地球敏感器和4台模拟式太阳敏感器已成功开机，正逐步开展卫星入轨阶段的姿态捕获任务。遥测数据表明产品工作正常，后续工作按计划陆续展开。
上海硅酸盐研究所和上海有机化学研究所则贡献了卫星关键热控涂层材料。
上海硅酸盐所提供的材料包括防静电F46薄膜镀银二次表面镜热控涂层、多层隔热屏材料等全部柔性薄膜热控涂层材料、KS-Z热控涂层、铈玻璃镀银二次表面镜热控涂层、黑色阳极氧化热控涂层等。“防静电F46镀银二次表面镜等柔性薄膜热控涂层材料大面积包覆于北斗卫星外表面，对卫星在苛刻空间温度环境下的稳定性及可靠性起到关键作用，”上海硅酸盐所于云研究员介绍，“上海硅酸盐所也是国际仅有的两家全面掌握防静电F46镀银二次表面镜热控涂层制备技术的单位之一。”而黑色阳极氧化热控涂层及铈玻璃镀银二次表面镜热控涂层在空间电源放电调节器、铷钟等卫星关键载荷的等温化设计与控制方面发挥重要作用，保障了各类温度敏感器件在空间长时服役情况下的性能稳定性。（测绘网 小会）
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