從一個設想到覆蓋全球！北斗衛星不斷突破 穩步提升

今天（8日）是中國航天事業創建70週年。1956年10月8日，國防部第五研究院掛牌，標誌著中國航天事業的誕生。作為中國航天的標誌性重大工程之一，北斗衛星導航系統經過30多年發展歷程，現已深度融入國計民生，成為我國重要的空間基礎設施。今年，西安衛星測控中心北斗測控團隊歷時數月，對北斗系統進行全面在軌升級，北斗衛星導航系統導航精度、穩定性得到顯著提升。

 

今年3月13日到7月31日，歷時140天，中國北斗衛星導航系統完成全面在軌升級。升級後的北斗衛星導航系統將在全力確保穩定運行的基礎上，豐富發展新的導航技術手段，向全球用戶提供更加穩定可靠的定位導航授時服務。這次升級，涉及北斗導航系統所有在軌衛星，要完成大量軌道控制、數據注入等複雜操作，工作規模和難度都是史無前例的。

 

 

西安衛星測控中心 買鵬：這次升級的要求比較高，覆蓋範圍大，要求對用戶的影響是無影響、無感升級、零容錯，所以説壓力會更大。

 

 

從2025年年底開始，買鵬和他所在的測控團隊就已預先制訂了上百份應急預案並反復推演，最終確定了“分批實施、逐星驗證、動態切換”的升級策略。升級前，團隊還加大了對升級目標衛星的“體檢”頻率，對衛星部件、載荷、整星運行狀態等進行檢查，保證它們以最佳狀態投入在軌升級。

 

 

西安衛星測控中心 梁文潔：基本上每個月都會有衛星體檢，每半年會有一個匯總。對一些故障比較頻發的衛星，頻率還會高一點。

 

為確保全系統平穩升級，在軌升級啟動階段，測控團隊要先把程式和指令上注至試驗衛星，並重點監測這顆試驗衛星的狀態。

 

 

買鵬：相當於我們輸液前，做一個皮試，看看適應性，一般正常之後才會去進行輸液之類的操作。

 

試驗星完成升級並確認狀態正常後，升級團隊分批次對其餘衛星實施相同作業。從今年的3月13日到4月10日，該團隊每天要給衛星上注大量指令，這個步驟不能出現一點差錯，因為每一條指令都關係著衛星的姿態和位置。

 

 

完成了上述步驟後。升級團隊重構北斗導航衛星的編號，也就是PRN號，主要是將所有北斗三號衛星相對靠後的編號，與北斗二號衛星相對靠前的編號進行對調。

 

 

買鵬：對於普通百姓，把性能更好的衛星對應PRN號，調整到大多數人都能用到的一個號段。這樣對於精度、穩定性，比如説山區遮蔽區域，有顯著的提升。

 

 

經過測控團隊四個多月的值守，全部升級操作在用戶普遍無感的情況下順利完成，北斗三號系統全面接替北斗二號系統的導航服務，北斗衛星導航系統導航精度、穩定性得到顯著提升。北斗衛星導航系統作為建設成熟、功能完備、性能優越的全球衛星導航系統，目前在軌運行衛星數量已達50顆，空間信號精度優於2米，全球定位精度優於10米，測速精度優於0.2米/秒，授時誤差小于20納秒。通過精密單點定位服務信號，可實現定位水準精度優於0.3米、垂直精度優於0.6米。目前，北斗系統已深度融入國家經濟社會發展大局，持續向各類用戶提供高精度定位導航授時服務，成為支撐行業發展、服務百姓生活的科技先鋒。

 

 

西安衛星測控中心 王星宇：本次升級圓滿結束，但是我們後續要繼續做好在軌衛星的管理等工作，確保這些衛星在軌正常運行。

 

從一個設想到覆蓋全球

 

北斗衛星導航系統的“三步走”

 

1994年，我國正式立項啟動建設北斗衛星導航系統工程，啟動自主可控導航系統的建設之路。從零起步的北斗，用清晰的三步走戰略，完成了從試驗探索到服務全球的跨越。

 

北斗衛星導航系統工程邁出的第一步，是建設基於雙星定位原理的北斗一號系統。“雙星定位”設想由陳芳允院士于1983年提出，原理是利用兩顆地球同步軌道衛星進行區域定位的導航方法。2000年，“北斗一號”系統建成並投入使用，解決了中國衛星導航系統從無到有的問題。

 

 

梁文潔：北斗一號本質是探路、攻堅。當時我們沒有任何成熟經驗，軌位爭取、在軌運維，都是全新的挑戰。這一階段重大的意義，是驗證了一系列技術路線，證明中國完全具備自主建設衛星導航系統的能力。

 

 

2012年，北斗二號系統完成建設，實現了對亞太區域的導航服務覆蓋。然而要想實現全球組網的最終目標，必須解決地面測控站覆蓋範圍有限的問題。為此，中國航天人選擇採用星間鏈路技術，通過搭建衛星與衛星之間的數據通信鏈路，實現對地面測控站測控覆蓋範圍以外衛星的測控管理。

 

 

梁文潔：實現了衛星與衛星、衛星與地面站的鏈路互通後，我們雖然無法直接控制處在地球另一面的北斗衛星，但通過北斗衛星的星間鏈路，同樣能和它們取得聯繫。測控站只要對星座中的一顆北斗衛星發送指令，便可以在所有衛星之間傳遞下去。

 

 

北斗三號全球系統由3類不同的衛星組成，包括3顆地球靜止軌道衛星、3顆傾斜地球同步軌道衛星和24顆中圓地球軌道衛星，它們在不同的軌道上各司其職。採用星間鏈路技術後，北斗三號系統定位精度較上一代顯著提升，更形成了優於傳統導航系統的中國特色技術優勢。如今的北斗，早已融入千家萬戶、百業千行。手機定位、交通出行、智慧農業、基建監測等領域處處都有北斗的身影。

 

多星共位方案

 

為中國衛星爭得“太空席位”

 

北斗衛星在軌提供優質導航服務的前提，是要將衛星準確部署在預定軌道上。2007年，面對軌位稀缺的狀況，以航天測控專家李恒年為首的“北斗牧星人”，憑藉先進精湛的多星共位技術，在國際談判中為即將發射的北斗衛星爭取到了太空中寶貴的“一席之地”。

 

環繞赤道上空、距地面約3.6萬公里的地球靜止軌道，是航天領域極其寶貴的資源。隨著人類航天事業的發展，這條360度的圓弧顯得越來越擁擠。

 

 

西安衛星測控中心 高敏：週邊一圈是地球同步軌道，在地球同步軌道上分佈著很多中國和國外的衛星，它們之間不會産生碰撞風險和頻率干擾，是因為我們使用了多星共位技術。

 

 

這項技術的全稱是地球靜止衛星多星共位控制技術。在我國率先研究這項技術的，是西安衛星測控中心的航天測控專家李恒年。2007年，為了北斗衛星導航系統的建設需要，我國要發射北斗一號04衛星到既定軌道。但這個軌道上，已經有了兩顆國外衛星。當李恒年提出我國的多星共位方案時，國外專家明確表示：不同意。

 

既要和平利用太空資源，還不能損害國家合法太空權益。談判桌上的兩難，關係到北斗衛星導航系統未來數十年的佈局。

 

 

西安衛星測控中心 李恒年：當年好像走不通了，走到哪個軌道都有別人的衛星或者我們的衛星。我們新打上去的衛星到哪兒去？放不進去了，相當於空間滿了。

 

面對國外專家的質疑，談判桌上的李恒年沒有退讓，他與團隊一次次討論，一遍遍分析，把中國人自己的同步衛星共軌控制理論，變成了一套經得起驗證和推敲的多星共位技術方案。

 

李恒年：最後把我們的軌道位置擠進去了。我現在回顧原因，就是別人知道你有這種技術，能保證自己的衛星安全和別人的衛星安全，別人也能放心。

 

 

經過艱苦的拉鋸、漫長的磋商，李恒年用科學、週密的技術方案説服了外方專家，最終實現了北斗衛星與他國衛星共軌運行的目標。不僅為北斗衛星成功爭取到了至關重要的太空軌位資源，更成為中國和平利用太空資源的典範。事後李恒年將這項技術總結為中英雙語著作並出版，為世界各國提供了太空治理的“中國方案”。

 

“天地大營救”驗證北斗測控團隊技術實力

 

北斗導航星座的建設歷程並非一片坦途，2020年3月，就在北斗三號星座組網建設的最終衝刺階段，西安衛星測控中心北斗測控團隊就曾經實施了一次驚心動魄的“天地大營救”，為北斗三號系統如期開通服務爭取到了寶貴時間。

 

2020年3月9日，北斗三號GEO-2衛星從西昌發射升空，成功進入預定軌道。作為北斗三號組網的倒數第二顆衛星，它對於北斗系統順利組網運行至關重要。按照計劃，它要在接下來幾天裏完成5次變軌，最終進入距地球3.6萬公里的地球靜止軌道。但發射第二天，衛星在進行第二次變軌時，意外發生了。

 

 

西安衛星測控中心 王鑫：點火十幾分鐘的時候，衛星的姿態持續變化，相當於異變的趨勢。三分鐘過去，還在持續地發散，如果再往下到達它的門限的話，這個衛星姿態可能會失控。

 

如果不及時處置，後續可能會引起整星故障。而距離“北斗”全球組網，只剩下不到五個月。

 

王鑫：衛星的安全，是有很大的風險的，對我們來説，也是心裏頭比較心驚膽戰的這麼一個狀態。

 

 

面對突發情況，身處總體崗位的王鑫冷靜下達發動機緊急關機的指令，而後迅速帶領團隊開展問題排查。

 

王鑫：最後能確定故障點是在發動機，它的大噴管的喉部靠近上游的位置，有一個類似燒蝕的擊穿，有點像咱們説的這個地方燒漏了。

 

就在大家對如何解決這從未出現的問題一籌莫展之際，一個大膽的設想被王鑫提了出來。

 

 

王鑫：8B目前是沒有辦法滿足這麼高的軌道抬升和長時間工作的要求，可能會超限。所以必須想辦法用其它方案，比如用6A、6B或者7A、7B，三組推力器組合使用。通過小發動機組合工作，設計比較合適的軌道控制的方案，也可以把衛星的軌道抬升到GEO軌道（地球靜止軌道）。

 

 

在精心設計變軌策略後，測控工作者開始了攻堅。經過王鑫和團隊成員13個晝夜的努力，最終，這顆衛星安全地定點于地球靜止軌道。2020年7月31日，我國正式宣佈，北斗三號全球導航系統正式開通服務。6年間，“北斗牧星人”始終奮戰在北斗系統運維一線，以管好用好保護好國家太空資産為己任，守護一顆顆北斗衛星閃耀全球。