北斗三号部署完成

12月16日,由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称火箭院)抓总研制的长征三号乙运载火箭以“一箭双星”的方式,将第52、53颗北斗导航卫星送入中圆地球轨道。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。

何谓核心星座?北斗三号为何由三种轨道卫星组成?全球系统组网离我们还有多远?

长征三号乙运载火箭携带第52、53颗北斗导航卫星发射升空。肖国军 图

主力冲锋,队友助攻

在北斗三号卫星“天团”里,有三类队员,分别在不同轨道上坚守着岗位。本次发射的双星,也就是中圆轨道卫星(MEO卫星,被五院北斗人称为“萌星”) 是全球组网的主力。他们不辞辛劳地绕着地球满场飞,让自己的聚焦点在地面画着波浪线,以求覆盖到全球更广阔的区域。

据北斗三号卫星总设计师王平介绍,MEO卫星的轨道高度大概是在2万公里左右,轨道周期是12个小时左右,和地球自转周期不同步。“从地面上看,由西向东不断的运动覆盖全球。所以要想提供全球导航服务,主要是要依靠MEO卫星,这也是为什么把24颗MEO卫星作为北斗的全球组网的核心星座的原因”,王平说。

“萌星”在为全球组网冲锋的时候,队友们非常给力。其中,深情的“吉星”(GEO卫星)是地球静止轨道卫星,始终随着地球自转而动,以便时刻聚焦祖国;“爱星”(IGSO卫星)则是倾斜地球同步轨道卫星,像辛勤的蜜蜂一样,让自己的星下点轨迹包住亚太地区,保护中国周边。

双星转运至发射塔架。  南勇 图

独特卫星星座,中国首创

在美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略等导航系统纷纷以单一轨道卫星部署星座的背景下,中国北斗却独树一帜,采用三种轨道卫星组成混合导航星座。

为何如此布局?这源自北斗三步走的发展战略。在前两步里,北斗分别要为中国和亚太地区提供服务,“吉星”和“爱星”显然更有优势,而“萌星”更适合在全球导航服务的战场上发挥作用,况且当时“萌星”还有很多关键技术尚未突破,需要通过实战验证。

为此,五院北斗人首次建成了 GEO/IGSO/MEO 混合星座,以最少的卫星数量建设了集基本导航、位置报告等多种业务于一体的北斗二号区域卫星导航系统,成为世界上区域卫星导航系统建设的典范。

这种技术体制可以高效构建区域系统,兼顾拓展全球系统。在北斗二号系统的建设中,布局了4颗“萌星”,给他们充分的时间和绝佳的平台去逐步攻克一系列全球组网稳定运行的瓶颈问题。因此,当北斗开启全球组网征程后,跃升为主力的“萌星”得以大显神威。

此时的“吉星”和“爱星”就成为最佳队友。北斗人为他们精心设计了数量不多、作用却很关键的岗位。他们不仅承担着配合“萌星”、显著增强北斗三号整体技术指标的“助攻”职责,还携带了很多“神器”,为未来北斗广泛运行与应用之路开疆拓土。

不急不躁不盲目,立足国情巧设计。这充满了中华民族实践智慧和务实精神的北斗路线与星座方案设计,为国际卫星导航技术体系贡献了中国智慧和中国方案。

核心星座部署完成为全球组网奠定了坚实基础

胜利在望,明年完成全球组网

沿着三步走的路径,北斗人坚持战略定力,在稳扎稳打中完成了北斗三号全球系统核心星座部署。

目前,北斗三号全球系统组网已进入决战决胜的冲刺阶段,按计划,明年上半年将提前完成全部组网卫星发射,独立自主建成世界一流的全球卫星导航系统,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”。

目前,五院正瞄准未来先进技术,系统规划了性能先进、功能全面、安全可靠的下一代导航卫星技术体系,提出了基于北斗卫星的国家综合定位导航授时体系技术发展策略。

长征三号乙火箭 火箭院 供图

38次送北斗 ,创新炼就“北斗专列”

此次发射是长征三号甲系列火箭今年航天发射的最后一次任务,凭借2019年发射任务100%全胜,执行北斗工程发射任务100%全胜的“双百”战绩,圆满完成了2019年全年的发射任务。

从2007年发射首颗北斗二号导航试验卫星算起,12年间,长三甲系列火箭(家族成员包括长征三号甲、长征三号乙和长征三号丙等)用38次圆满成功的完美表现,将53颗北斗导航卫星送入预定轨道。如果再算上更早前发射的北斗导航试验卫星,那么长三甲系列火箭以42次100%的发射成功率,护送57颗北斗卫星进入轨道。回顾每一次北斗工程的发射任务,都少不了长征三号甲系列火箭的托举,因此长征三号甲系列火箭也被人称为“北斗专列”。

从北斗一号到北斗三号;从发射地球静止轨道卫星,到具备北斗工程三种轨道的部署能力;从一年几次发射到一年十几次发射,长征三号甲研制团队一直在创新的道路上不断探索。 “长征三号甲系列火箭研制队伍是一支勇于创新、精于创新、乐于创新、富于创新的队伍,创新是研制队伍的优良传统,也是火箭的发展之魂和动力之源。” 长征三号甲系列火箭总设计师姜杰说。

最早长三甲系列火箭接到北斗发射任务时,仅具备地球静止轨道卫星发射能力,北斗工程对运载火箭提出了需要满足多轨道面组网发射的新要求。为满足需求,研制团队为此开展了以北斗卫星工程发射中圆地球轨道、倾斜地球同步轨道和地球同步轨道设计技术为代表的攻关研制,研制团队采用东南射向进行轨道设计,同时满足了工程对火箭运载能力和卫星轨道部署的双向需求。

尤其是,研制团队还开创了我国“一箭双星”发射高轨道卫星的先例,同时与“太空摆渡车”——“远征一号”上面级与搭档飞行,将北斗导航卫星直接送入工作轨道,进一步加快了北斗卫星的部署速度,为卫星节约能量,延长卫星工作寿命做出了贡献,这一系列创新举措大大适应了长三甲系列火箭的任务适应性,大大缩短了北斗工程建设进度并大大降低了工程建设成本。

火箭吊装  

火箭院 供图

“金牌火箭”,创造2019年多个纪录

走过“忙碌”的2019年,长三甲系列12次的发射任务中还创造了多个纪录:3月10日,长征三号乙运载火箭发射中星6C卫星,成功完成了长征系列运载火箭的第300次发射;4月20日,长征三号乙运载火箭成功发射北斗卫星导航系统第44颗卫星,成为我国首个发射次数突破100次的单一系列运载火箭;5月17日,长征三号丙运载火箭成功发射北斗卫星导航系统第45颗卫星,成功完成了火箭院运载火箭第200次发射……

长三甲系列火箭在2019年承担众多中国航天具有里程碑意义的“大事”并非偶然。翻开它的发射纪录,我们会发现这一系列“金牌火箭”在我国通信卫星工程、探月工程、北斗工程、风云气象卫星工程以及国际商业卫星发射服务中发挥了关键作用。据姜杰介绍,长征三号甲系列运载火箭几乎包揽了我国所有高轨道航天器发射任务,是长征系列运载火箭高强密度发射的“主力”,是我国现役中型高轨运载火箭中运载能力最大、技术最复杂、适应性最强、发射次数最多、发射密度最大的火箭系列。其最大地球同步转移轨道运载能力达到5.5吨,并且形成了从2.6吨到3.9吨、再到5.5吨的合理能力梯度,入轨精度与当今世界主流运载火箭相当,能够满足我国当前各种中高轨道有效载荷以及当今世界上绝大多数地球同步转移轨道有效载荷的发射任务。

近年来,随着可靠性工作的深入,研制团队从整体上提高飞行可靠性,成为长征三号甲系列火箭可靠性工作的目标。针对全箭各系统,针对设计、工艺、测试多个环节,开展了多项可靠性增长项目。实现了助推增加射程关机、冷氦增压系统冗余方案等。“目前,长征三号甲系列火箭发射成功率已达到了98%。”姜杰说。

“2020年,北斗全球系统将全面建成,预计长征三号甲系列火箭还将完成10次以上的发射任务,研制团队依旧面临着高强密度发射的考验。”长三甲火箭总指挥岑拯如是说,但也正是因为这些考验,支撑着研制团队向着更高目标迈进。


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