《科学画报》
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新一代北斗导航卫星“新”在何处
2021-10-25 12:43:002015年3月30日，我国首颗新一代北斗导航卫星搭乘着长征三号丙运载火箭，成功登入太空并顺利进入预定轨道。新一代北斗导航卫星首发星的成功发射，拉开了我国北斗卫星导航系统全球组网建设的序幕。
北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的，与世界其他卫星兼容共用的全球卫星导航系统。其可在全球范围内全天候、全天时为用户提供高精度、高可靠的定位、测速、授时服务，并兼具短报文通信能力。
新一代北斗导航卫星首发星是我国发射的第17颗北斗导航卫星，它虽个头小，却能量大。在不到4年的时间里，上海微小卫星工程中心作为卫星总体单位，组织近30家科研机构协同攻关，迈出了北斗卫星导航系统全球组网的第一步。这颗卫星被称为新一代北斗导航卫星，它究竟“新”在何处?
从星地相连到星间链路
我们已经习惯了通过手机上的地图应用软件寻找周围的景点，查看目的地的位置，以及选择最佳路线等。这一切都是靠卫星导航。卫星导航系统的使用运行，离不开地面基站的支持，比如美国的GPS(全球定位系统)就在世界各地都建有大量的地面基站。
新一代北斗导航卫星首发星的研究团队另辟蹊径，提出了一个全新的方案：通过一种星间链路体制，让卫星与卫星之间建立起稳定的连接，从而使几十颗卫星编织成星网。这样一来，只要能保证其中任一颗卫星和地面建立连接，就可以实现整个卫星网络的准确运行。
这一方案突破了北斗导航系统因地面基站的限制而难以从区域走向全球的瓶颈。但研究人员都明白：靠卫星与卫星的互联互通来实现全球定位服务，是一条全球都不曾有人走过的路。
从单点最优到功能链
导航系统的核心是卫星，而卫星系统的关键是载荷。当时，承担这次项目的卫星总体单位是上海微小卫星工程中心，载荷设计总体单位是中国电子科技集团公司第二十九研究所，研究人员面临的现实情况是：一方面，所有元器件必须国产化，才能实现自主可控，保障国家安全;另一方面，时不我待，团队要用最短的时间，与国外三大导航系统竞争上万亿元的卫星导航应用市场。
如此一来，研究人员不仅要采用新技术，还要争取更快的研发速度，任务重，时间紧，难度可想而知。
以往研制卫星都是采用分系统模式，通常包括遥测遥控、热控、姿态轨道控制、星务管理等分系统。然而，每增加一个分系统就意味着卫星故障率大幅提高。而新一代北斗导航卫星上更多新技术的应用，极大增加了卫星的故障风险。
为了确保新一代北斗导航卫星的稳定性和先进性，团队经过充分论证，决定改变传统“单点最优”思维模式，按照“功能链”的设计理念，采用一体化的设计方法，首次采取全国性开放式协同设计平台，以实现专业优势互补，快速优化迭代。
更高的设计要求
以往的卫星都是采取转移轨道方式，卫星需要几次变轨后才能进入预定轨道。而新一代北斗导航卫星采取的是直接入轨方式。直接入轨的方式可以减少卫星携带的燃料，同时也要求卫星质量更轻、体积更小，对卫星设计提出了更高的要求。
新一代北斗导航卫星采用了与以往北斗卫星不同的设计路线，比如在确定卫星姿态方面，首次采用了以恒星为参考源的星敏感器，而不是常用的陀螺定姿技术。为此，团队针对导航任务研发了一个专用技术平台，未来研制的北斗导航系列卫星都可以在这一平台上进行研发。
最终，新一代北斗导航卫星98%的部件实现了国产化，核心关键部件更是全部为“中国制造”。多项技术达到了国际领先水平，目前，核心器件在轨表现良好。
新一代北斗导航卫星首次验证了星间链路和自主导航体制，实现了“一星通，星星通”，让卫星能够“天上对话”“星星组网”。星间链路既提高了测定轨道和授时精度，也降低了管理成本，为实现自主导航奠定基础。
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