近日，我國發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，使北斗導(dǎo)航衛(wèi)星家族成員增加到19枚。與“哥哥”們相比，這對新生的“北斗兄弟”部件國產(chǎn)化率提高到98%，關(guān)鍵器件和部件全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，渾身洋溢著濃濃的中國創(chuàng)新味。

　　從北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的“老家”——中國航天科技集團公司五院了解到，北斗雙星的新技術(shù)、新產(chǎn)品占到了其全部產(chǎn)品的近八成，這在中國航天以前研制的衛(wèi)星上前所未有。這究竟是如何實現(xiàn)的?

　　高難度的升級版

　　新發(fā)射的兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是此前發(fā)射衛(wèi)星的升級版，這種“升級”體現(xiàn)在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個方面

　　“北斗導(dǎo)航雙星‘兄弟’是他們‘哥哥’們的升級版。”中國航天科技集團公司五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師謝軍表示，這種“升級”體現(xiàn)在北斗雙星的“心臟”、“大腦”、“筋骨”等多個方面。

　　銣原子鐘是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的“心臟”，它的性能指標是決定定位系統(tǒng)指標的主要因素之一。然而，在上世紀80年代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制剛起步時，受限于工業(yè)制造基礎(chǔ)和創(chuàng)新能力，類似于銣原子鐘的關(guān)鍵產(chǎn)品只能從西方國家購買。

　　謝軍至今依然記得他們當(dāng)初為了進口銣鐘，與歐洲某公司負責(zé)人從白天談判到凌晨四五點仍然談不下來的艱辛和憋屈。“必須自己干!”五院西安分院和510所的科研人員們下定決心，相繼攻克一系列難題，研制出我國第一臺銣鐘，全面替代了國外產(chǎn)品。謝軍說，相比之前，新一代高精度銣鐘的定位、測距和授時等功能更加精準，能提供更精確的定位服務(wù)。

　　北斗雙星“兄弟”配備的高軌衛(wèi)星綜合電子系統(tǒng)被稱為我國衛(wèi)星的“最強大腦”。過去，我國的衛(wèi)星大都有兩個“大腦”，一個主管思考、視覺和四肢運動等功能，另一個負責(zé)衛(wèi)星的生理調(diào)節(jié)和與外界的交流。五院總體部和502所研發(fā)了“綜合電子系統(tǒng)”，可以用一套系統(tǒng)實現(xiàn)過去兩個衛(wèi)星“大腦”的功能，做到“一腦兩用”。“最強大腦”應(yīng)用了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的四核片上系統(tǒng)SoC2012和國產(chǎn)化ASIC芯片。這兩種產(chǎn)品從方案到控制算法，從硬件到SpaceOS2.0操作系統(tǒng)、再到應(yīng)用軟件，都是100%中國造，性能達到國際領(lǐng)先水平。

　　北斗雙星“兄弟”在轉(zhuǎn)運、升空及巡天的過程中，要順利通過高溫、高壓、劇烈震動的考驗，就必須有強健穩(wěn)定的“鋼筋鐵骨”。為此，五院總體部和529廠攻下多道世界級技術(shù)難關(guān)，給它們首次采用了桁架式主承力結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)承載能力更強、重量更輕，讓北斗雙星“兄弟”在精度上的整體偏差不超過一根頭發(fā)絲的粗細。

　　今后，大家的朋友圈里有可能會刷出北斗雙星“兄弟”的自拍照。這是因為五院508所設(shè)計師們?yōu)樗鼈兣渲昧诵滦偷腃MOS相機。與上代產(chǎn)品相比，這個“自拍神器”重量輕、體積小、功耗大幅下降，還首次擁有存儲功能，能隨時存取所拍圖片，方便人們及時了解“兄弟倆”的近況。

　　嚴密的系統(tǒng)創(chuàng)新

　　高密度、高強度的創(chuàng)新絕不能依靠“隨機”和“碰巧”，而是需要極為嚴密的系統(tǒng)謀劃和推進。無論是頂層設(shè)計還是技術(shù)體系形成，都需要系統(tǒng)創(chuàng)新。“協(xié)同”也是系統(tǒng)創(chuàng)新的重要特點

　　中國航天科技集團公司五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師王平介紹說，一般來說，新研制的衛(wèi)星所采用的技術(shù)中如果45%都是新技術(shù)，就是一項高難度研制工作了。而此次的北斗雙星身上，新技術(shù)、新產(chǎn)品占到了衛(wèi)星全部產(chǎn)品的近八成，創(chuàng)中國航天歷史，創(chuàng)新難度可想而知。

　　這樣高密度、高強度的創(chuàng)新絕不能依靠“隨機”和 “碰巧”，而是需要極為嚴密的系統(tǒng)謀劃和推進。這種“系統(tǒng)性”首先體現(xiàn)在頂層設(shè)計上。“十二五”以來，五院啟動了“航天器元器件自主可控工程”，形成了覆蓋未來5年需求的20類、近千項元器件型譜框架，建立起完備的決策、開發(fā)、應(yīng)用驗證評價體制。五院還成立了專門進行國產(chǎn)化管理的“指揮部”，編寫《五院航天器元器件需求型譜建設(shè)框架》，從頂層明確了航天器元器件自主可控的路線圖，細化實施步驟和策略。

　　系統(tǒng)創(chuàng)新還體現(xiàn)在技術(shù)體系的形成上。比如，經(jīng)過前期北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的探索與實踐，五院總裝與環(huán)境工程部形成了整星批試驗的技術(shù)體系，具備了完整的批試驗技術(shù)流程，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了大型航天器批量化熱試驗，縮短了試驗周期。這種技術(shù)體系，讓北斗雙星實現(xiàn)了國內(nèi)首次中型衛(wèi)星雙星在同一容器內(nèi)并行進行熱平衡、熱真空試驗。

　　總裝工藝師們發(fā)明了基于航天器裝配仿真技術(shù)的虛擬裝配方法，使關(guān)重設(shè)備安裝及逆流程操作一次合格率100%，既省時省力，又能提前發(fā)現(xiàn)裝配風(fēng)險。他們發(fā)明的電磁兼容仿真系統(tǒng)，省去了做十幾次試驗才能驗證一個設(shè)計的不便，不僅能快速仿真，還能直接生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)，讓設(shè)計師的設(shè)計工作更加得心應(yīng)手，提升了創(chuàng)新效率。

　　“協(xié)同”也是系統(tǒng)創(chuàng)新的重要特點。五院“航天器元器件自主可控工程”與國內(nèi)科研院所、高校組建創(chuàng)新“聯(lián)合艦隊”，開展了近百項元器件應(yīng)用驗證，牽引國內(nèi)生產(chǎn)廠自主啟動研制;在原子鐘、行波管放大器、固態(tài)放大器等關(guān)鍵載荷產(chǎn)品的國產(chǎn)化研制中，五院積極聯(lián)合國內(nèi)科研院所、高校等20多家單位，協(xié)同開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品研制工作，終于用6年時間實現(xiàn)了有效載荷部件的全部國產(chǎn)化。

　　謝軍表示：“在此次北斗雙星研制過程中，聯(lián)合創(chuàng)新的模式取得了很好的效果。下一步，北斗團隊將繼續(xù)堅持這一成功做法，聯(lián)合一切可以聯(lián)合的力量，同中科院、哈工大等單位一同構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新體系，加快推動北斗導(dǎo)航衛(wèi)星國產(chǎn)化。”

　　北斗創(chuàng)新“開枝散葉”

　　北斗雙星的創(chuàng)新技術(shù)能在多個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進行推廣，并為我國開辟出不少新興科學(xué)領(lǐng)域。目前，圍繞北斗的創(chuàng)新正不斷“開枝散葉”，走近人們的身邊

　　北斗雙星的創(chuàng)新技術(shù)并非是僅用一次的“奢侈品”，而是能夠走向經(jīng)濟社會多個領(lǐng)域的“大眾品”。

　　中國航天科技集團公司五院北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮遲軍介紹，像北斗雙星高性能芯片這樣具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品還有很多，相關(guān)工藝和技術(shù)除了應(yīng)用在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星研制中，還能在我國很多產(chǎn)業(yè)、行業(yè)中進行推廣。比如，衛(wèi)星上應(yīng)用的星座可靠性分析、大規(guī)模集成電路空間應(yīng)用等新技術(shù)，將顯著促進我國結(jié)構(gòu)材料、微處理計算機、電子技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科和工業(yè)的發(fā)展。

　　北斗導(dǎo)航雙星“兄弟”還為我國開辟出不少新興科學(xué)領(lǐng)域。遲軍告訴記者，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的研制，將帶動航天器的總體設(shè)計、航天器動力學(xué)、航天器環(huán)境試驗技術(shù)、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航天器數(shù)字化設(shè)計、航天器結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、新興材料科學(xué)等專業(yè)的快速發(fā)展，促進了導(dǎo)航星座時空基準建立與維持、導(dǎo)航信號生成與傳輸、空間微放電機理與抑制、原子物理應(yīng)用等新專業(yè)的建立。

　　目前，圍繞北斗的創(chuàng)新正不斷“開枝散葉”，走近人們的身邊。今年2月，西安市一位老人外出時遭遇搶劫，在陌生地被推倒后無法起身。情急之下，老人按動隨身戴的“飛鄰行蹤寶”上的親情號碼鍵，家人通過行蹤寶立即確定了老人的位置，半小時內(nèi)趕到事發(fā)地點，解救了老人。這款“飛鄰行蹤寶”由中國航天科技集團公司五院所屬中國衛(wèi)星公司研制生產(chǎn)，是基于北斗導(dǎo)航定位技術(shù)深耕創(chuàng)新、“開枝散葉”的典型例子。

　　據(jù)了解，北斗系統(tǒng)自2012年12月面向亞太區(qū)域提供正式運行服務(wù)以來，已廣泛應(yīng)用于交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預(yù)報、大地測量、救災(zāi)減災(zāi)、手機導(dǎo)航等領(lǐng)域。廣東、上海、陜西、湖南等10余個省份已經(jīng)開展或計劃開展北斗應(yīng)用示范項目，北斗系統(tǒng)已在高精度駕考、老人關(guān)愛、兒童安全定位等大眾應(yīng)用領(lǐng)域惠及民生。

　　五院相關(guān)專家表示，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的民用開發(fā)需要聽取社會各界的意見，要使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)屹立于世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之林，取得話語權(quán)，必須充分發(fā)揮中國企業(yè)的作用。

　　“北斗系統(tǒng)可以做到與其他系統(tǒng)兼容。”謝軍說。五院總體部的科研人員專門為北斗研制出星間鏈路系統(tǒng)方案和星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在北斗雙星“兄弟”身上安裝了面向北斗全球系統(tǒng)的Ka頻段相控陣天線及星間收發(fā)信機，讓它們能與不同的研制單位以及國外導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)交流互通。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星家族開放兼容的“家風(fēng)”，將會吸引更多的創(chuàng)新客人。