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利箭再刺苍穹 北斗繁星满天——北斗三号今年首组双星发射成功侧记

文章来源:中国航天报 发布时间:2019-09-25

9月23日5时10分,伴随着浓烈火光和隆隆巨响,长征三号乙/远征一号运载火箭携第22颗和第23颗北斗三号全球组网卫星,在西昌卫星发射中心一飞冲天,顺利入轨。

这标志着北斗三号组网开始从基本系统向完整系统过渡和升级,今年的北斗卫星高密度发射从此按下了开启键。

同时,这也意味着“金牌火箭”又一次刷新飞行记录,在高密度发射任务的挑战下继续书写成功。

“萌星”首次有了轻量化“心脏”

北斗三号卫星导航系统由3种不同轨道的卫星星座组成,包括MEO卫星(中圆轨道卫星,因其小巧灵活被网友称为“萌星”)、GEO卫星(地球静止轨道卫星,被北斗人称为“吉星”)和IGSO卫星(倾斜地球同步轨道卫星,被北斗人称为“爱星”)。

这3类卫星在不同轨道上各自坚守岗位。“萌星”是全球组网的主力,不辞辛劳地绕地球满场跑着,让自己的星下点轨迹不停地画着波浪线,以求覆盖到全球更广阔的区域。

此次发射的这双“萌星”上配置了轻量化氢原子钟,这也是“萌星”首次配置此类装备。

据了解,星载原子钟是北斗导航卫星的最关键载荷之一,素有“导航卫星的心脏”之说,可为卫星系统提供高稳定的时间频率信号,其性能决定了导航系统定位、测速及授时精度。理论上如果钟的精度提高,导航精度也会改善。

氢原子钟,是以氢原子为物理基础建立的一套极度精密的电子设备,简称氢钟。此次发射的“萌星”搭载了我国自主研制的氢钟,新技术让“萌星”更高能。

“氢原子钟比较轻量化,对卫星的负担会相对较轻,同时能够达到相对高的精度和稳定度指标,使用性能会大幅度提升。”北斗三号卫星副总师王金刚介绍,“目前有铷原子钟、氢原子钟,以后还会有铯原子钟等不同的原子钟,各自拥有不同特性。”

“萌星”之前使用的铷原子钟虽然能够满足导航卫星在地面主控站不断同步校准下的指标要求,但无法实现导航系统中长期自主导航能力的要求。氢原子钟拥有优异的中短期稳定度和低漂移率,这能显著延长导航卫星自主导航时间,大幅降低北斗导航系统对地面的依赖程度,为导航定位提供保障。

“北斗以星座的形式提供服务,增加一颗星,就意味着服务能力增强。对于普通人来说,最直观的理解就是定位变快、变准。”王金刚坦言。

组网开始从基本系统向完整系统过渡

整个北斗三号的组网主要划分为三个阶段:最简系统、基本系统和完整系统。

2018年3月底,随着第7、8颗北斗三号卫星升空,我国组成了北斗三号最简系统。这一系统成功验证了北斗三号的体制设计、星地协调设计的准确性。

2018年11月19日,北斗三号第18、19颗卫星成功入轨,北斗三号基本系统星座部署圆满完成。

“本次双星的成功发射,意味着北斗三号开始从基本系统向完整系统过渡和升级。”王金刚解释说,“这也是今年北斗卫星高密度发射的开始。”

事实上,北斗三号工程的建设速度远远超过了北斗二号。自2017年11月发射北斗三号工程第一组卫星以来,我国只用了一年零14天就将19颗北斗三号卫星送入天空。高密度的发射意味着研制周期、发射周期都要大幅度缩短,这给北斗团队带来了压力和挑战。

“我们结合批产特点开展流程优化,加速单机和整星研制进程,既保质量又提高效率,实现了10余颗星并行研制的任务目标。”北斗三号卫星副总指挥王东介绍。

从卫星设计而言,按包络设计的思想,开展整星设计,“以不变应万变”,从而能够灵活应对不断变化的增量需求和用户新要求。

多线并行的研制任务对人员的复用提出了更高的要求,在整星AIT方面,北京采用测试岛的新模式,测试人员更加专业化,从而实现人员大幅减少。

在发射场人员管理方面,试验队根据任务各阶段需求,对人员进出场采取动态和精细化管理,在确保满足任务需求的前提下,及时释放人力资源。以测试业务为例,在发射场和北京唐家岭地区实行测试数据远程判读,从进场初期的百人压缩到仅30人左右。

此外,为提高高密度发射要求下单机产品的交付能力,以控制与推进分系统为例,“我们采用的是组批投产的生产管理方案,建立通用产品生产线,保证工期、产量和产品质量的稳定。”试验队控制与推进分系统调度常涛介绍。

对北斗团队而言,不折不扣地践行“高质量、高效率、高效益”理念,已经成为一种自觉和习惯,切切实实贯穿在每项工作的每个细节中。

去任务化让“金牌火箭”更灵活淡定

本次托举双星成功入轨的长征三号乙/远征一号运载火箭继续按照去任务化、去型号化的理念研制,档期更加灵活。

应对高密度宇航发射任务,“金牌老将”愈加淡定。

团队通过对火箭进行研制过程的调整,包括研制节点和研制方式等,实现了去任务化。

“所有与任务强关联的属性都靠飞行软件来实现,去任务化的最后结果就是靠软件来定义火箭,通过软件就可以决定到底执行什么样的任务,要实现怎样的功能。”长三甲系列火箭控制系统主任设计师韩峰说。

一般意义上的产品化,都偏向于硬件产品的产品化。长三甲系列火箭的控制系统则在硬件和软件方面都实现了产品化,飞行软件的通用化,可以实现模块化。

“其实就像用菜单点菜一样,需要哪个点哪个,点好后就成了一桌饭。”韩峰解释。过去很长时间,研制什么火箭需要与所发射的卫星严格一一对应,但火箭和卫星的研制节奏并不能总是保持同步,所以已经完成研制的火箭只能待在厂房默默等待相匹配的卫星。

这在很大程度上造成了资源和时间的浪费。尤其是近年来,随着高密度的发射节奏,这样的方式根本招架不住高强度的任务要求。

所以,去任务化成为一种刚需。生产出通用的火箭,只要构型相同,只需要根据具体任务要求进行针对性微调,就完全可以拿去用。

作为我国首型按照“系列化、通用化、组合化”思想设计出来的运载火箭,长三甲系列火箭的产品化工作既有先天优势,又可以搭上近年来高密度发射的机遇列车,于是成为我国运载火箭去任务化的先行者。

目前,从单机到整体,长三甲系列火箭的去任务化已经进入成熟运用阶段。

受“利奇马”影响的兄弟星出厂让人牵挂

对于总把“正常”二字挂在嘴边的北斗团队而言,要说这次任务和以往相比有什么不同之处,那么,这对“萌星”兄弟的出厂的确让大家牵肠挂肚了一番。

卫星出厂要从北京航天城经过公路运输到达首都机场,然后“打飞的”到达西昌机场,最后再由公路运输前往最终目的地。

8月初,受台风“利奇马”的影响,北京很多航线都被限制,总环分队提前做好了充足的应急预案。

但此次运输任务还是不可避免地受到了“利奇马”的影响,西昌卫星发射中心工作备份时间只有一天,变化无常的天气和任务节点带来双重压力。

调整装机押运的时间一次次调整,试验队员随时在各自岗位上等待命令。最终,运输机比预定的时间顺延了几个小时后于8月9日上午11:30顺利起飞。

跟机人员在3个多小时的飞行中,时刻监测机舱内的温度、湿度、压力等指标,北斗运输团队凭着丰富经验,及时妥善应对各种挑战。

就拿温度来说,温度需要低于25摄氏度才算达标,在炎炎夏日的时候,以往都选择早上起飞,这次因为台风延误,中午的机舱温度偏高,机械总体负责人谭沧海3次和机组人员沟通,及时采取降温措施。

“运输机里面空间不大,光庞然大物的卫星就占据了大部分地方,我们只能找边上可以拉下来的铁板弓着身子坐下,而且噪声也很大,每个人都需要佩戴耳塞才行。”经历过多次北斗卫星运输任务的张志龙描述。

运输机顺延几个小时对于在基地接机的任务来说又添了几分压力。在到达发射基地厂房后的一系列工作中,没有人选择休息,大家一起进行了卫星吊装就位工作。最终,试验队圆满完成了双星的运输和厂房就位工作,经测试,各项数据指标良好。

从当日凌晨4点忙到次日凌晨12点,在看到两个“小宝贝儿”稳妥就位一切正常后,负责运输的试验队人员才舒了一口气。

“平平安安、顺顺利利到达发射场就好。”谭沧海语气温柔,像在谈论自己的孩子。

塔架下的深情告白和花式祝福

发射前夕,试验队员在发射架前手持着鲜艳的五星红旗,怀着激动的心情一遍遍齐声高喊“祖国您好,祖国万岁!”响亮的声音回荡在山峦之间,深情的高调告白让人内心激荡。

这是长三乙火箭试验队临时党委开展的“为祖国华诞献礼,誓夺任务圆满成功”主题活动现场。当发射任务遇上新中国成立70周年华诞,这份机遇难得便胜却人间无数。

带着这份特别的仪式感,塔架下航天人的情感喷薄而出,他们用最简单直白而又热忱满满的齐声呼喊,诉说着对祖国的热爱,对祖国母亲生日的深深祝福,并为祖国的日新月异、繁荣富强感到骄傲和自豪。

那一刻,对于全体火箭试验队而言,一切的责任感、使命感、荣誉感、爱国情怀以及必胜的信念,都幻化为一种坚定的信仰,扎根于内心深处,渗透在每一寸肌肤。

“北斗工程是国家的重点工程,这也是新中国成立70周年前的一次重要发射,我们责无旁贷,一定要全力以赴确保成功。”火箭试验队总指挥岑拯说出了每个人的心声。

没有什么场景比与国旗同框更令人热血沸腾,也没有什么言语比对祖国高声表白更浪漫动人。

“在茫茫的人海里,我是哪一个;在奔腾的浪花里我是哪一朵。在征服宇宙的大军里,那默默奉献的就是我;在辉煌事业的长河里,那永远奔腾的就是我。”这是北斗导航卫星试验队组织拍摄MV的现场传来的歌声。

一首《祖国不会忘记》就像是专门为航天人而谱写的赞歌,唱出了每名航天人心中的呼唤。在紧张的发射场工作之余,北斗人也自编自导了《祖国不会忘记》MV,用自己的方式表达着对祖国母亲的祝福。

穿着深蓝色的导航队服,举起庄严的国旗,在神圣的塔架下,在朝夕相伴的卫星旁,北斗人歌唱着祖国,表达着情怀。

在西昌卫星发射中心执行任务的北斗三号试验队深知肩上责任重大,圆满完成本次任务不仅对北斗三号全球系统的建成具有重要意义,更是北斗人、航天人报效祖国的庄严承诺。

随着双星成功入轨,他们眼睛望去的地方皆是繁星满天。(郑恩红 沈昕)

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