来自 www.bifa9999com 2019-05-04 17:38 的文章
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中国研制新型相控阵天线可让导航卫星实时对话

  前不久,北斗全球导航系统首发星星间链路天线方案尘埃落定,中国航天科技集团公司五院提出的方案脱颖而出,其在北斗全球导航系统工程中的卫星抓总地位进一步巩固。作为方案中至关重要的技术,五院总体部发挥集成优势,组建“联合创新舰队”,成功创新研制出国内首台“Ka星间链路相控阵天线”,为方案锁定立下汗马功劳。孙家栋院士在前不久对该部的调研中,对该产品给予了肯定,并对相关技术提出了具体要求。

新技术“搭桥”北斗双星

  据《中国航天报》消息,前不久,北斗卫星导航系统“星间链路天线方案”尘埃落定,中国航天科技集团公司五院提出的方案脱颖而出,作为方案中至关重要的技术,五院成功研制出国内首台“Ka星间链路相控阵天线”。有分析认为,这一天线装置的出现,使得各种卫星可以在太空中实现无障碍实时通信,可以随时进行“太空对话”,将大大提高北斗卫星导航系统的效能,也会成为解放军的“力量倍增器”。

  不“扭脖子”就可为卫星搭桥

■本报记者 甘晓 通讯员 潘晨

  相控阵天线即将“巡视九天”

  北斗全球导航系统对星间链路提出严格的技术需求,要求在各个导航卫星之间实现“实时对话”。与依靠机械转动的传统天线不同,相控阵天线不用“扭脖子”,就可以随时为不同的卫星“牵线搭桥”,因此成为搭建星间链路的必然选择。

8月9日,第十八、十九颗北斗导航卫星首次实现星间链路建立。随后,第十九颗北斗导航卫星通过星间链路,由第十八颗北斗导航卫星顺利接收并传回第一帧星间遥测。

  作为一个由几十枚卫星组成的卫星群,北斗卫星导航系统(下称北斗系统)对星间链路提出严格的技术需求,要求在各个导航卫星之间实现“实时对话”。与依靠机械转动的传统天线不同,相控阵天线不用“扭脖子”,就可以随时为不同的卫星“牵线搭桥”,成为搭建星间链路的必然选择。

  作为星间链路最核心、最关键的设备,“Ka星间链路相控阵天线”具有电性能指标要求高、重量体积功耗小、工程化难度大等诸多技术难点。其组成元器件繁多,研制工作涉及微波、天线、电子等多个专业,与卫星研制相比,仅缺少推进专业,已不再是简单的单机产品,具有极强的系统性。不少科研单位也看到该天线的重要性,很早就启动了相关研究工作,有的还调集精兵强将进行研制。

这是继7月25日上述两颗北斗导航卫星在西昌卫星发射基地成功升空后传回的又一捷报。

  作为星间链路的核心设备,“Ka星间链路相控阵天线”具有性能指标要求高、重量体积功耗小、工程化难度大等诸多技术难点,其组成元器件繁多,研制工作涉及微波、天线、电子等多个专业,具有极强的系统性。中国在这方面取得成功,显示出在天基精密系统方面过人的研发能力。目前,中国航天科技集团公司五院总体部正在按既定流程紧锣密鼓地开展相关研制与生产工作,力争尽早实现首飞,让相控阵天线“巡视九天”,让北斗全球导航系统“威震四海”。

  五院总体部以承担国家重大科研任务、确立竞争优势、夺取技术制高点为己任,以应用需求为牵引,展开了系统谋划,主动加入到激烈的竞争中,通过自主投入资金、创新组织与管理模式、凝聚核心专业等,最终成功研制出国内首台“Ka星间链路相控阵天线”,在激烈的竞争中脱颖而出,得到专家和领导的一致好评:“这是总体部各核心专业的集体结晶,产学研相结合工作的典范”。

星间链路的建立,标志着我国成功验证了全球导航卫星星座自主运行核心技术,为实现全球卫星导航系统奠定了坚实的基础。而在两颗北斗导航卫星“搭桥”的背后,离不开对星间链路网络协议、空间相控阵天线、自主导航技术、综合电子分系统等多项新技术的攻关。

  作为卫星导航系统的“北斗”和电子侦察卫星是中国军事卫星的两大组成部分。美国智库曾称中国卫星能力已经朝美国看齐,其北斗系统已进入试运行阶段。 据透露,到2020年,由35枚卫星组成的北斗系统将具备全球覆盖的能力。美国海军专家安德鲁·埃里克森表示,北斗系统将会为中国军方和民间使用者带来巨大价值,其定位信息的准确度达到了10米以内,将会对全世界开放。

  集成、高效的研制思路

修建联通卫星的“高速公路”

  美国《基督教科学箴言报》的文章称,与美国的全球卫星定位系统一样,北斗系统将拥有民用和军用两个类型。在供民用交通运输之用时,北斗系统的精确度可能在10米的范围内,该系统可以记录速度,误差范围在0.2米每秒。就军用型而言,其导航和定位的精确程度比民用型高出很多,至少美国第三代GPS系统投入使用之前,解放军将具备与美国军方当前所享有的同样的高精确度。而目前美国第三代GPS还处于原型阶段。据中国卫星导航系统办公室主任冉承奇称,北斗系统将把解放军的目标追踪能力提高100到1000倍,并且还能减少军用开支。如果中国能够在2020年为北斗系统完成35枚卫星的部署,解放军就能够摆脱对美国全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统的依赖。北斗系统将为中国的导弹、精确制导武器和其他武器提供精确的定位和导航。北斗系统提供的跟踪和成像,将令解放军发动“外科手术”式的导弹打击及使用精确制导弹药的能力大大提高。

  针对Ka频段相控阵天线技术的研究始于“十五”期间,总体部已积累不少相关技术。该部高度重视本次“Ka星间链路相控阵天线”攻关工作,在星间链路体制尚未确定、研制任务分工尚未获得上级机关明确支持的情况下,建立了自主投入跟进机制,大力培育相关核心技术和产品。截至目前,该部就“Ka星间链路相控阵天线”自主投入研发经费累计已达1亿元,并已根据研制需求制定了后续经费投入计划。

北斗双星要冲出亚洲、走向世界,就要对空间环境进行灵活应变,保持卫星与地面、卫星与卫星之间的互联互通。突破北斗导航星座自主运行技术,成为研制团队面临的首要任务和最大难点。

  北斗系统为何如此重要?因为,准确地了解自己或对方在地球的什么位置,是任何一个国家都想掌握的最强大的技术之一。北斗系统的运行,让中国完全不再依赖美国的GPS系统,意味着解放军可以在没有美国任何干涉的情况下向世界任何一个地方调派自己的部队。目前,美国可以在某一个特定区域关闭自己的全球定位系统(GPS),这样该区域内的所有国家都不能利用GPS系统,当然包括敌对国家的军队。在北斗卫星定位系统投入运行之后,美国的这一战术将丧失效用。

  在该天线攻关初期,该部抽调了天线、热控、机械、电子、供配电、空间环境等多个专业的优秀人才,成立了专门的技术攻关团队,开展协同攻关,仅用14个月,就研制出国内首台符合方案要求的“Ka星间链路相控阵天线”产品。

“我们必须走自主可控之路,否则无法实现可持续发展。”北斗导航卫星总设计师谢军说。

  先进天线助力北斗迈向第二代

  在型号研制任务基本明确后,该部又迅速成立了专项项目办,推进相关工作,并发挥自身强大的工程化能力,将该天线的研究重点由电性能的实现,向长寿命、高可靠的航天工程系统应用转移。该部攻关团队以年轻人为主,在完成研制任务的同时,也有力地促进了年轻技术人员的快速成长。相控阵天线技术负责人年仅34岁,团队平均年龄31岁。

然而,在浩瀚的宇宙间修筑连接两颗小小卫星之间的“高速路”谈何容易。为此,中国航天科技集团公司五院设立了全新的自主运行分系统,并且投入充分的资源保障,重点攻关星间链路和星座自主导航技术。

  众所周知,“北斗”从诞生之日起就肩负着重大的责任。世界上绝大部分精确制导武器都采用美国的GPS卫星定位系统制导,中国的导弹及其他精确打击武器也不例外。但在战时一旦美国关闭对中国武器的GPS卫星定位服务,或者降低精确等级,那么中国的精确打击武器是否会顿时失效?这是摆在中国航天及军事科技工作者面前的一个重大难题。

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