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专访北斗三号系统卫星总设计师:我们如何保障卫星的持续先进性?

2020-08-05

北斗三号全球卫星导航已经月向全球通车全系统服务。按照我国导航战略需求,2035年还将建设更加绿在、更加融合、更加智能的综合定位导航授时系统。

中科院微小卫星创新研究院副院长、北斗三号系统卫星总设计师林宝军8月3日接受第一财经记者电话专访时表示:“下一代北斗卫星不仅要满足用户的非常简单市场需求,还要创造需求和引导需求。未来北斗将不仅能为地球获取导航,还能面向深空,反对天文导航。”

林宝军称,北斗工程设计之初打破了新技术不多达30%的惯例,新技术占到比多达70%,从而保障长寿命卫星的持续先进性。

“长板理论”确保卫星的持续先进性

林宝军对第一财经记者表示,导航系统全产业链是一个2万亿元人民币规模的市场,去年北斗市场的产值已经达到3000多亿元人民币。随着北斗用户规模进一步上升,未来成本减少是必然趋势。

他还称之为,我国的北斗产业链已经从材料、芯片到终端单机,都实现了技术的自律可控。“我们用的龙芯CPU以及北斗的操作系统,都是核心技术自律高效率的。”林宝军告诉他第一财经记者,“北斗的核心器部件已经构建了几乎的国产化。”

位于上海张江的中科院微小卫星创意研究院,是北斗卫星团队中的主力军。35颗还包括试验卫星在内的北斗三号卫星中,有12颗是上海研制和发射,实现了众多关键技术的突破与创意。林宝军讲解称,北斗导航系统的定位精度指标在国际四大导航系统中处于领先,北斗系统时频精度更优、信号质量更好、用户体验更佳。

林宝军还讲解,“星间链路”使得卫星观测的PDOP值提升了10倍至30倍,测控覆盖面积从30%提高到100%,导航能力再上台阶,北斗三号实现了相等于美国GPS2到GPS3的跨越。

林宝军告诉第一财经记者,技术研制成功常常必须十年磨一剑,而卫星的寿命一般在10年至12年,这意味着到了卫星的“寿命末期”很难保持技术上的先进性。为了突破这一天花板,中科院北斗导航卫星研制团队采用不寻常的“长板理论”——硬件指标按最长的板来设计卫星,对导航系统卫星的配备展开前瞻性规划,研制中作好保底准备,守住工程建设底线,并不断用技术创新和软件升级来补足短板。

“如何保障卫星的持续先进性,是工程初期后遗症我们很长时间的一个命题。”林宝军说道,“为了解决问题这一难题,研发人员超越了以往新技术不超过30%的惯例,在配备上尽量进行前瞻性的规划,新技术占到比甚至多达70%。”

以地面覆盖为例,研发人员提出了“相控阵”这种国际上从未使用过的星间链路方案,实现了“一星通、星星通”。

“如今新技术不断涌现、系统更新周期很快的情况下,这种做法更不利于提高系统的性能。”林宝军说,“在产品的研制过程中,我们使用合乎客观规律的创新技术,再加上成熟期的工艺、充分的地面试验,构建产品的快速定型。”

“卫星进入太空之后虽然无法变动硬件,但是我们把软件做到天上后,也能通过天地间的地下通道,对软件展开重构和在轨赋能,来持续改良产品性能,就像手机App软件能升级更新一样。”他对第一财经记者说道。

不过他表示,卫星发射到天上后,一般不需要经常更新软件。“理论上软件虽然都会有错误,但是这种错误再次发生的频率不会很高,可能几年经常出现一次。”林宝军对第一财经记者回应,“另外卫星导航信号可能随着技术的发展显得更好,定位的精度更高,这些都能通过天上在轨的计算机加以改动和重构信号体制,让卫星在天上‘有错能改’、‘自我修缮’、‘创下功能’。”

融合时空谋共赢

所谓“天上建好,地上用好”,时空的融合才能谋求共赢。林宝军告诉第一财经记者,中国过去很长一段时间都在关注“天上怎么建”,未来更最重要的任务是要搞清楚“地上怎么用”。“天上建好了,相等于有了工具,就样子是定位的尺子有了,那么接下来就是要学会怎么去用这把刻度很精确的尺子,用得好它的精度可以超过厘米级。”林宝军对第一财经记者表示。

林宝军回应,目前北斗芯片供应已经达到了亿级规模,80%的智能手机都配上了北斗导航。在全国各地的防汛减灾工作中,北斗综合减灾样板项目,发挥北斗终端移动4G+短报文多网络融合的通信确保优势,积极开展灾区灾害信息上报。

此外,近日已经有时空智能服务企业启动了业内首个高精度定位大规模路测,将在全国的高速公路和主要城市高速路开展算法验证,标志着北斗高精度定位量产技术在智能驾驶领域大规模落地,为智能驾驶获取时空智能基础设施的安全保障。

北斗系统在融合应用方面也在不断拓展新领域,在工业互联网、物联网、车联网等新兴应用领域,自动驾驶、自动泊车、自动物流等创意应用于层出不穷,规模进一步不断扩大。目前数百万辆出租车、公交车和卡车也都能够拒绝接受北斗信号,如交通运输部建设运行的营运车辆动态监管系统,入网车辆已超过650万辆。

7月31日,北斗三号全球卫星导航系统竣工并正式开通服务。当天,林宝军为北斗导航写了一首藏头诗:“自主铸就北斗星,创新擘画玉汝成;开放彰显乾宇志,融合时空谋共赢。”

他告诉他第一财经记者:“从无到有,从区域到全球,北斗卫星导航系统构建了真正的跨越式发展。这是我国第一个简单网络、高性能、又离老百姓最近的航天系统工程,我们一定要管好用好已经在轨的北斗卫星,并为下一代导航卫星继续奋战。不仅要让广大用户对北斗用得安心,而且坚信并讨厌北斗。”

他表示,下一代北斗卫星的发展将是由需求引领的,将不会越来越关注创新应用于,不仅是在室外指引方向,而且能结合5G等先进设备通讯技术实现室内精确导航,不仅能在海面提供导航系统定位和救难服务,而且能了解到水下,不仅能为地球表面导航系统,而且不会向地月系统延伸,最终成为能为深空探路引航的天文导航系统。

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