北斗导航系统卫星总的数量达1九枚,氢铷石英钟

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日前,我国采取一箭双星方式,成功发射了北斗三号第三、四颗组网卫星,这两颗卫星上均装载了中国航天科工二院203所研制的一台高精度铷原子钟和一台星载氢原子钟,技术指标达到国际先进水平。

  中国25日成功发射两颗北斗导航卫星,使北斗导航系统的卫星总数增加到19枚。这对北斗“双胞胎”弟兄,将为北斗全球组网承担“拓荒”使命。

  • 名称:GIOVE(伽利略在轨验证部件卫星)
  • 制造商:萨里卫星技术有限公司
  • 发射日期:2005年12月28日
  • 发射地点:哈萨克斯坦,拜科努尔
  • 轨道:23226公里×23285公里(14432英里×14469英里),轨道倾角56°
  • 运载火箭:联盟号/Fregat

原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备,其研发涉及量子物理学、电学、结构力学等众多学科,目前国际上仅中、美、俄等少数国家具有独立研制能力。星载原子钟主要应用于导航系统,分为氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟3种。美国的GPS导航系统、欧洲的伽利略导航系统及俄罗斯的格洛纳斯导航系统,均采用了铷原子钟搭配铯原子钟,或者铷原子钟搭配氢原子钟的方案,充分发挥了铷原子钟体积小、重量轻及铯原子钟、氢原子钟长期性能优异的特点。

  据北斗导航卫星系统总设计师谢军介绍,作为北斗系统全球组网的主要卫星,新发射的北斗双星将为中国建成全球导航卫星系统开展全面验证,为后续的全球组网卫星奠定基础。

规格

  • 银河17号

作为导航卫星的“心脏”之一,高性能的星载原子钟对导航精度起到决定性作用。相比北斗一期、二期工程中单纯采用铷原子钟,本次发射的北斗三号导航卫星上装载有新一代高精度铷原子钟,比前代产品体积更小、重量更轻,技术性能大幅提升。

  谢军说:“这对双星首先要承担的是在轨验证全球卫星导航系统总体方案与技术体制。拿信号格式来说,这次采用的是具有自主知识产权的全新信号格式,导航信号数据在区域组网导航卫星的基础上扩展了一倍还多。这意味着同样的时间内,导航卫星可发送更多的信号,更好更快地满足用户需求。”

有效载荷

  • 铷原子钟,L波段天线,信号发生单元,两部辐射监视器,导航接收器

更值得一提的是装载的星载氢原子钟,这是其在北斗二代二期试验卫星得到验证后,首次应用于北斗导航系统组网卫星。相比铷原子钟,氢原子钟在重要技术指标,如频率稳定度、频率准确度及日漂移率等方面具有明显优势。星载氢原子钟的应用可使北斗导航系统实现更高的定位精度、全球覆盖及较长的自主导航能力,显著降低北斗导航系统全球应用时的校时压力。

  专家说,这“兄弟俩”要验证其测距、抗干扰等性能。此外,它们还要验证首次在空间使用的星间链路技术,将与今年3月发射的一颗北斗卫星实现星间互联互通,共同开展全球组网试验验证工作。

结构尺寸

  • 1.3米×1.8米×1.7米(4.3英尺×5.9英尺×5.4英尺)

  欧洲航天局和欧共体达成共识开发的伽利略系统——第一个民用卫星定位、导航和计时系统。

星载氢原子钟包括物理和电路两部分,构成较为复杂。卫星发射及在轨运行时需要面对的振动、温度、辐照等苛刻环境要求,进一步增加其研制难度。经过技术攻关,我国相继解决了高性能长寿命吸气剂复合真空泵技术、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技术问题;温控系统的参数优化,电磁兼容性的改善,使星载氢原子钟长期频率稳定度大幅提高,增强了整机的环境适应性。最终攻克了包括指标优化,整机小型化、轻量化技术研究,可靠性与长寿命技术研究等关键技术难题。目前,我国的星载氢原子钟在技术性能及可靠性上均达到国际同类产品水平,为北斗三号组网卫星的高性能、长寿命要求提供了有力保障。

  这两颗卫星还将率先探测全球导航卫星面临的电磁与空间环境,监测导航卫星的干扰信号,为卫星提供抗干扰性能设计依据,为后续卫星研制积累扎实的数据。

结构特点研制历程使用情况

“作为无线电时间频率计量标准领域的尖端技术,我国正在进入星载原子钟研制的‘无人区’。”航天科工二院203所党委书记韩志平表示,未来中国的星载原子钟将会有更多原创性突破,助力我国航天事业发展。

  揭秘

结构特点

GIOVE-A和GIOVE-B是为了提供在轨冗余而建造的,容量十分充足。较小的GIOVE-A搭载铷原子钟(和它的备用品),同时使用两个独立的信道传输同一个信号。这种三轴稳定的卫星有一个立方体形状的星体,并装有两块太阳能电池板,它们能够产生700瓦的电力。较大的伽利略工业卫星还装备了氢原子钟,它以三种不同的信道传输数据。

  北斗新星98%部件系国产

研制历程

开发工作于2003年开始,使用三颗或四颗卫星来进行系统测试。

GIOVE(Galile,In-orbit Vahdation
Element)卫星安全接入了国际电信联盟分配的伽利略频率,进行放射性环境研究和临界技术(例如星载原子钟、信号发生器和用户接收器)测试。

  中国北斗导航卫星系统建设实施“三步走”战略:第一步,在2000年建成北斗试验导航卫星系统;第二步,在2012年建成区域导航系统;第三步,在2020年左右,建成由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗卫星导航系统。

使用情况

GIOVE-A的预计使用寿命在2008年初结束。

  目前,前两步已实现,中国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航定位系统的国家。
中国最新发射的两颗北斗导航卫星与此前的北斗卫星相比发生了脱胎换骨的变化,部件国产化率提高到98%,其“心脏”“慧脑”“铁骨”等关键器部件全部为“中国智造”。

  据中国航天科技集团五院介绍,25日发射的第18、19颗北斗导航卫星的设计寿命从以前的8年提高到12年。这两颗卫星使用的新技术、新产品占到卫星全部产品的近八成,这在中国以前研制的卫星上前所未有。

  铷原子钟是其中典型的例子。铷原子钟被誉为卫星导航定位系统的“心脏”,是决定定位系统性能的主要因素之一。五院西安分院和510所经过数年的研制,相继攻克了铷钟寿命、长期稳定度等难题,研制出中国第一台铷钟。

  谢军说,高精度铷钟是新发射的北斗双星有效载荷的核心设备。相比之前,新一代高精度铷钟的定位、测距和授时等功能更加精准,可提供更加精确的定位服务。

 

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