寧夏吳忠市利通區金積鎮塔灣村村民在田間利用北斗導航播種蔬菜。
新華社發(fā)
“天上建好，地上用好。”作為國家重大空間信息基礎設施，我國北斗衛星導航系統2012年底正式提供服務(wù)以來(lái)，連續穩定運行，北斗系統已進(jìn)入全球組網(wǎng)新階段，應用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，成為一張國家名片。
按規劃，預計2018年底將建成北斗三號基本系統，為“一帶一路”建設參與國提供服務(wù)；到2020年將建成世界一流的北斗三號系統，提供全球服務(wù)。目前，北斗三號系統已成功發(fā)射8顆全球組網(wǎng)衛星，建成最簡(jiǎn)系統。它繼承了北斗特色，對標世界一流，增加了星間鏈路、全球搜索救援等新功能，播發(fā)性能更優(yōu)的導航信號。
日前，記者走進(jìn)多個(gè)北斗研制一線(xiàn)團隊，近距離感受中國北斗的亮點(diǎn)與魅力。
自主創(chuàng )新讓北斗表現優(yōu)異
北斗衛星導航系統是我國自主發(fā)展、獨立運行的衛星導航系統，目標是為全球用戶(hù)提供定位、導航、授時(shí)服務(wù)。
輪船航行在茫茫大海中，需要航標燈的指引。衛星在太空飛行，太陽(yáng)與地球就是它的航標燈：衛星飛行姿態(tài)的建立依賴(lài)于對太陽(yáng)、地球的觀(guān)測，測量精度越高，衛星飛行姿態(tài)就越穩定，提供的導航精度也越高。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的“三只眼”，就是通過(guò)觀(guān)測太陽(yáng)、地球為導航衛星提供導航。
專(zhuān)家介紹說(shuō)，“三只眼”就是兩個(gè)“太陽(yáng)眼”——模擬太陽(yáng)敏感器、數字太陽(yáng)敏感器，一個(gè)“地球眼”——紅外地球敏感器。“太陽(yáng)眼”負責測量太陽(yáng)的位置，“地球眼”測量地球的位置。
安裝了“三只眼”的北斗衛星的優(yōu)異表現與“視力”密切相關(guān)。衛星入軌初期用模擬太陽(yáng)敏感器捕獲太陽(yáng)，再用數字太陽(yáng)敏感器和紅外地球敏感器共同作用，更加精確地確定衛星的三軸姿態(tài)。
科研人員對北斗衛星數字太陽(yáng)敏感器和紅外地球敏感器進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。數字太陽(yáng)敏感器的關(guān)鍵技術(shù)突破，實(shí)現關(guān)鍵元件自主可控；紅外地球敏感器的關(guān)鍵技術(shù)突破后，具有高測量精度、高可靠性、長(cháng)壽命、不易受太陽(yáng)等天體對姿態(tài)測量的干擾等優(yōu)點(diǎn)。
衛星與衛星之間的通信——星間鏈路，是北斗導航系統由區域向全球過(guò)渡的關(guān)鍵技術(shù)，是提升系統全球服務(wù)能力的核心技術(shù)手段，也是北斗全球導航衛星系統的重要標識和技術(shù)制高點(diǎn)。
中國電科29所科研人員提出了自己的北斗全球組網(wǎng)星間鏈路解決方案，率先采用毫米波技術(shù)體制和生產(chǎn)工藝，研制出具有國際領(lǐng)先水平的星間鏈路產(chǎn)品，對于北斗導航衛星實(shí)現全球組網(wǎng)起到了關(guān)鍵作用，促進(jìn)了北斗全球系統的跨域發(fā)展。
衛星電源分系統也是衛星的關(guān)鍵分系統之一，被譽(yù)為衛星的“生命線(xiàn)”。在北斗三號組網(wǎng)衛星研制過(guò)程中，中國電科18所承擔了電源分系統的研制任務(wù)。該所專(zhuān)家介紹說(shuō)，以中軌道衛星為例，配置了雙太陽(yáng)電池翼、雙蓄電池組、均衡器和電源控制器。其中太陽(yáng)電池陣是衛星的唯一供電能源，蓄電池組是衛星儲能裝置。在北斗三號中，首次批量采用了轉換效率達到世界先進(jìn)水平的三結砷化鎵太陽(yáng)能電池，能和太陽(yáng)能帆板的尺寸充分匹配，極大提高了衛星“吸收”太陽(yáng)能的效率。
在儲能方面，北斗三號衛星鋰離子蓄電池組的成功應用，也開(kāi)啟了鋰離子蓄電池組中高軌道應用的新局面，滿(mǎn)足了北斗衛星儲能電源能量密度高的需求，讓衛星上的各種儀器設備等有效載荷更有“活力”。北斗衛星采用的鋰離子蓄電池組已達到國際先進(jìn)水平。
北斗高精度應用將像水、電、氣一樣觸手可及、隨需而用
500萬(wàn)輛營(yíng)運車(chē)輛上線(xiàn)，建成全球最大的全球衛星導航系統車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺；全國4萬(wàn)余艘漁船安裝北斗，累計救助漁民超過(guò)1萬(wàn)人……基于高精度服務(wù)，北斗已用于精細農業(yè)、危房監測、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域。目前，北斗已在公安、交通、漁業(yè)、電力、林業(yè)、減災等行業(yè)得到廣泛使用。據統計，中國航天科工三院航天科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的各類(lèi)北斗終端及運營(yíng)平臺，已經(jīng)為全國22個(gè)省市、超過(guò)35萬(wàn)輛客貨運車(chē)、遠洋漁船等提供服務(wù)。
通過(guò)采用北斗定位導航、傳感、網(wǎng)絡(luò )、計算、控制、智能等先進(jìn)技術(shù)，對道路和基礎設施進(jìn)行全面感知，從而構建起以車(chē)輛為節點(diǎn)，以網(wǎng)絡(luò )為基礎的車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統。它可以實(shí)時(shí)監控和存儲車(chē)輛的行駛軌跡、速度、時(shí)間、里程等狀態(tài)信息，可以對車(chē)輛行駛油耗、氣耗數據、駕駛員行為數據、輪胎情況等進(jìn)行采集、統計、分析，改變駕駛員的不良駕駛習慣，優(yōu)化管理運輸過(guò)程。
特別值得一提的是，利用北斗系統在全球四大衛星導航系統中獨有的短報文功能，北斗車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能為車(chē)輛提供北斗短報文通信服務(wù)。在沒(méi)有公共通信網(wǎng)絡(luò )覆蓋的情況下，北斗車(chē)聯(lián)網(wǎng)的基本定位、數據采集、數據傳輸等功能可以穩定運行，可以為使用者提供遠程調度指揮功能及北斗緊急通信鏈路。特別是在災區移動(dòng)通信中斷、電力中斷或移動(dòng)通信無(wú)法覆蓋北斗終端的情況下，就可使用短報文進(jìn)行通信。
天上數顆北斗星，地上一張地基網(wǎng)。中國兵器工業(yè)集團通過(guò)抓總建設北斗地基增強系統，構建面向大眾與行業(yè)用戶(hù)的高精度位置運營(yíng)服務(wù)平臺，打造自主可控的北斗地基增強“全國一張網(wǎng)”，可以實(shí)現比標準精度更好的北斗高精度應用服務(wù)。
據專(zhuān)家介紹，國家北斗地基增強系統的北斗基準站接收北斗導航衛星信號后，經(jīng)傳輸、處理、修正，針對用戶(hù)不同層次的需求，通過(guò)衛星、數字廣播、移動(dòng)通信方式等實(shí)時(shí)播發(fā)，實(shí)現實(shí)時(shí)米級、分米級、厘米級和后處理毫米級高精度定位服務(wù)。比如，智能手機中的北斗高精度，可用于汽車(chē)的駕駛定位導航；車(chē)道級導航可用于大貨車(chē)管理、約車(chē)；更高精度毫米級的應用，可以用做建筑變形監測、地質(zhì)災害監測，包括泥石流滑坡等。
未來(lái)，北斗高精度應用將成為像水、電、氣一樣觸手可及、隨需而用的公共服務(wù)產(chǎn)品。
看見(jiàn)“祖國，這里有我”時(shí)，感覺(jué)一切都格外有意義
每次傳來(lái)北斗任務(wù)圓滿(mǎn)成功的消息時(shí)，中國航天科工集團三院304所的北斗任務(wù)軟件評測團隊總是無(wú)比激動(dòng)。這支平均年齡28歲的團隊，是北斗系統的軟件“體檢師”，一直以“啄木鳥(niǎo)”的勁頭把好軟件質(zhì)量關(guān)。
面對北斗衛星研制、發(fā)射周期緊、技術(shù)新、算法復雜等困難，項目團隊經(jīng)常封閉測試、集中加班，先后發(fā)現了300余處問(wèn)題和隱患，包括影響導航任務(wù)通信、數據采集、姿態(tài)計算等方面的問(wèn)題50多個(gè)。
“參與任務(wù)以來(lái)，每天都開(kāi)啟頭腦風(fēng)暴，將軟件的每個(gè)功能和性能印刻在腦海中，秉承‘不輕視一處疑問(wèn)、不放過(guò)一個(gè)問(wèn)題’的原則，逐行排查代碼可能存在的漏洞。同時(shí)，也親身感受到了軟件測試的價(jià)值和樂(lè )趣。”多次帶領(lǐng)團隊承擔北斗導航、量子衛星、暗物質(zhì)衛星等軟件評測的李麗華說(shuō)。
參與北斗地面系統研制的中國電科20所團隊，平均年齡不到35歲。無(wú)論是在試驗室、機房，還是在野外，從漫天黃沙的西北到風(fēng)光旖旎的東南沿海，總有團隊成員的身影。團隊在高原建站時(shí)，海拔超過(guò)4500米，氧氣含量嚴重不足，凜冽的寒風(fēng)像刀子一樣，很多人出現劇烈頭痛、惡心嘔吐等情況。但是，每當他們路過(guò)高原監測站，看見(jiàn)石碑上寫(xiě)著(zhù)的“祖國，這里有我”時(shí)，感覺(jué)所做的一切都格外有意義。
《人民日報》（2018年06月11日18版）
(責任編輯：蘇玉梅)
