4年,30顆衛星,這就是中國北鬥三號全球衛星導航系統。
2020年6月23日,最後一顆衛星成功送入預定軌道,標誌著北鬥三號系統全部完成並正式開通。
根據騰訊大數據顯示,現在我們的生活85%都是跟導航有關係,在2018的時候,每天的定位需求量已經突破了600億次,導航定位已經是生活中不可或缺的了。
目前,有著四大導航系統,美國的全球定位系統(GPS)、歐洲的伽利略系統(GALILEO)、俄羅斯的格洛納斯系統(GLONASS)、我國的北鬥衛星導航系統(BDS)。隨著北鬥的組建完成,在導航系統技術中處於領先地位,在7萬公裡的高空測距精度可達到一個釐米,如今已經在160多個國家使用。
那為何我們在生活感受不到呢?其實,北鬥已經在不知不覺中為我們提供定位服務了,定位的時候不僅只有GPS,還有我們的北鬥。在一些軟體上,就能看到不同系統的星數,不出意外的話,看到的北鬥衛星數量比其他衛星的都要多很多,這也就是我們平時在使用定位的時候越來越精準的原因。
這也僅僅是其中很小一部分的應用,在交通運輸、災害預警、環境管理等,凡是涉及到空間位置的變化,都有著很大的應用,北鬥三號導航系統也被稱之為「國之重器」。
華為的晶片事件,讓更多的人意識到核心技術自主可控是多麼的重要,儘管華為做的已經很優秀了,在晶片製造上還是受制於人,作為如此重要的建設,會不會被別人卡住脖子呢?
對於這個問題,北鬥三號衛星的總設計師林寶軍說到了:核心器部件做到了100%自主可控,華為的事件絕不會出現在北鬥衛星上。
因為在做北鬥的時候,就在考慮現在卡脖子的技術,和未來可能卡脖子的技術,設計的時候就已經把這些卡脖子技術填平了!
國產龍芯CPU「上天」
在北鬥使用龍芯CPU之前,儘管龍芯做了10年的晶片,但沒有人敢用,北鬥衛星在設計初期,就考慮到了在關鍵技術上要自主可控,於是就拒絕採用進口CPU和PROM,毅然地採用了龍芯。
那會的龍芯晶片還比較笨重,面積大了三倍,性能卻減了三倍,在這樣的情況下,跟著龍芯一起碰到問題解決問題,最終獲得了巨大的突破,並用在了首發星的星載計算機。
搭載龍芯的首發星已經有5年了,加上全球組網星累計壽命有30年了,在中軌道的惡劣環境中沒有出現星翻轉。林寶軍在公開的演講場合中更是說到:「國產不等於不可靠,我們要相信中國自己」。
自己做微波器件
導航衛星的信號從天上發射到地上,需要用行波管進行放大,當時也是準備買歐洲人的行波管,但是價格貴且交期也保證不了,在這樣受制於人的情況下,乾脆就自己做了。
於是北鬥團隊突破了氮化鎵高效固放技術,它的線性比行波管好4倍,雜散比行波管好100倍,並且到現在為止,掌握這項技術的僅只有北鬥一家。使用北鬥衛星導航,信號更好,定位更準。
而GPS3現在還沒有發射,即使現在發射了,北鬥的這項技術還是領先5年,並且GPS3布局好也不知道是什麼時候的事兒了。
既然自己做了,那就徹底擺脫關鍵器部件依賴進口受制於人的局面,核心元器件必須要做到100%自主可控。
功能鏈設計,大大地減少衛星重量
為了一件雙星發射,就必須要減小衛星的重量,也就是要把2-3噸的重量減小到1噸左右,並且還要提高使用壽命,原本的打算使用的東三平臺,已經不能滿足要求。
為了解決這個問題,就提出了功能鏈設計理念,把原來的十幾個系統按照學科劃分成4個,這樣不僅減少了重量,還很大地降低了出問題的概率,簡單的比如,原來有12臺計算機一起工作,現在把12臺計算機的功能和計算能力融入到一臺之中,1臺出問題的概率要遠小於12臺的概率。
結果就是,這項設計北鬥首發,把衛星的重量縮減到了840.6公斤,小衛星也實現了大衛星的能力。
KA相控陣星間鏈路,測距精度高達一釐米
導航系統的一個重要功能,就是要實時地測距,這其實是北鬥從區域走向全球的一大難題。像目前歐美主流的做法是:全球布站,因為他們的盟國多,行事方便。但我們不行,就必須在技術上想辦法。
北鬥團隊自研並全球首創KA相控陣星間鏈路技術,把發射的30顆衛星連接起來,實現星與星之間的對話,星與地之間的通話,做到一星通星星通。
有了這項技術的加持,實現了在7萬公裡高空實時測距精度達到了釐米級,URE(用戶距離誤差)超過其他三個系統一個量級。而7萬公裡的的高度差不多是地球的兩圈,如此高的精度,也只有北鬥三號導航系統能做到。
除了這些之外,還有很多的關鍵技術,比如高精度長壽命的陀螺、新敏、時頻等,北鬥都一一突破了,真正做到國之重器。
據了解,北鬥的首發星研究團隊只有81個人,平均年齡也僅有31歲,用了3年零3個月,就幹成了GPS2到GPS3的技術跨越,並且在後面也都接受住了考驗,一年發射8顆北鬥組網衛星,M國一年最多只發射過6顆GPS衛星,在速度和質量上都超過M國,這或許就是北鬥精神和北鬥速度吧。
現如今,北鬥三號導航系統已經成熟,這幾年的手機也都支持北鬥導航,未來將會在更多領域應用,影響到我們的方方面面。非常重要的一點,航天衛星技術領先,靠的是自主研發,不會被別人在關鍵的技術上卡脖子。