6项关键技术为国际首创

北斗三号全球卫星导航系统正式开通一年来，单点定位精度达到1.61米，为全球超20亿用户提供了全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。　　

中国科学院微小卫星创新研究院研制的北斗三号专用导航卫星平台，突破关键技术53项，其中6项为国际首创，荣获2020年度上海科技奖技术发明奖一等奖。　　

星箭分离的冲击力高达6000g，要求卫星平台具有高耐冲性　　

美国的GPS早在1993年就已开通，曾经是“导航系统”的代名词。北斗三号要想超越GPS，前提是有一个好的卫星平台。“这个平台相当于一辆车，在研制之初就面临高冲击、高精准、高可靠三大挑战。”北斗导航卫星副总设计师刘迎春告诉解放日报·上观新闻记者。　　

为了快速组网，北斗三号采取“一箭双星”的发射方式，星箭分离的冲击力高达6000g，这就要求卫星平台这辆“车”具有高耐冲性。　　

而高精度分离冲击理论分析是一道世界难题，以往算出来的精度都很低，试验匹配度也差，只能不断地试错。　　

研制团队通过与其他大学合作，提出了融合式的直接积分冲击分析法，数据偏差小于15%，平均精度是传统分析方法的1.7倍。　　

“我们还发明了吸冲隔冲的双层递进抗冲击结构，相当于在星箭分离接口安装了‘防撞角’，在结构架的连接处用了‘减速坡’，降低了80%的冲击 ，舱内实测最大冲击力从6000g减少到460g。”刘迎春说，这些措施解决了卫星与运载上面级分离冲击的难题。　　

从区域走向全球的关键，需要卫星平台控制的“高精准”　　

能否给北斗三号卫星拉一个“微信群”，可以互相“聊天”？两颗卫星距离最远6.9万公里，要想彼此“添加好友”，不仅位置信息要准确，姿态控制也要准确。　　

星间链路是北斗三号从区域走向全球的关键，这就需要卫星平台控制的“高精准”，即轨控精度要高、轨控次数要少、轨控影响要小。　　

当地球运行到太阳和北斗卫星之间，会短时遮挡太阳光，在黑暗和光明切换的瞬间容易引起导航服务中断，导航的精度也会发生相应变化。　　

研制人员首次提出了高精度姿轨联合控制技术，使得过去由于轨道调控引起的导航服务中断，从一两年一次，变为7年一次，而且星座中的卫星是轮流进行调控，用户根本感觉不到导航精度的极细微变化。　　

“过去，我们的卫星需要通过观察地球、太阳和星星，来确定姿态，现在只需要看星星就可以实现了。”刘迎春介绍。由于在国际首创了基于单星敏定姿的全动偏导航卫星姿态控制技术，实现了姿态控制精度优于0.03°，原来需要“三只眼”，现在只需“一只眼”。　　

此外，还首次提出了基于面阵校正的多源融合自主天文导航技术，实现了不依赖地面的卫星长期自主轨道确定。　　

小型化的同时如何确保“高可靠”　　

北斗三号卫星组网的稳定运行，需要卫星平台的“高可靠”。　　

相比北斗二号卫星平台重量2160千克，北斗三号卫星平台重量“瘦身”不少，仅为1060千克。小型化的同时如何确保“高可靠”呢？　　

除了器部件100%自主可控，研制人员采用了“功能链”理念的卫星总体设计技术，构建了全新的导航卫星平台技术体系，破解了这一难题。　　

“以前的卫星平台像是一棵树，有多个树杈。它是按具体任务来分类，一个卫星平台有90多个单机，就被分成了多个层次。”刘迎春介绍，北斗三号卫星平台改变了“树杈”的分类法，而是按功能链来分类，看其可以实现什么功能。打个比方，管道工和修路工，在之前的分类中，得要单独分类，而按照功能链则可以划分为同一类：维修工。　　

“链是最简单的一维结构，也有助于后续的集成和整合。”刘迎春说，北斗三号卫星平台由结构热功能链、控制功能链、电子学功能链组成。　　

卫星平台相当于一辆车。过去，“车”的重量往往大于装载的“货物”，即平台重于载荷。研制人员在国际上首创发明了耐冲框架面板卫星型谱，使得载荷与平台的质量承载比为1.2，这辆“车”终于可以装载更多的“货物”，携带更多的科学载荷，达到国际先进水平。　　

由于以“功能链”组成的专用导航卫星平台，采取模块化设计，这就像“堆积木”，可以同时作业，再拼装在一起，因此卫星总装厂集成测试时间仅需45天，大大缩短了生产工期。　　

北斗三号卫星平台像一个超大“微波炉”，如果内部温度过高，电子学设备容易烧坏。如今，可用散热面占卫星表面积比＞85%，确保了卫星力热环境。　　

卫星上天后出现故障怎么办？刘迎春告诉解放日报·上观新闻记者，卫星平台的电子学功能链，实现了软件重构和在轨赋能，已通过软件重构修复了四分之三的卫星在轨故障，而在轨赋能进一步提升了导航服务效能。　　

电子学功能链通过简化系统结构，提升了系统固有可靠性，专用导航卫星平台10年寿命末期可靠性预计由0.743提升至0.893。“这就像以前分别带着录音笔、照相机和手机，现在这些功能都集成在了手机上，出门更加轻便了！”　　

研制人员突破传统的分系统架构，构建了基于功能链的专用导航卫星平台技术体系，实现了跨越发展的目标。经国际组织评估，北斗三号卫星平台的多项核心指标，不论是抗冲击能力，还是载荷平台比，以及姿态控制精度、轨控中断次数、平台自主定轨等，均优于GPS，在同类卫星中整体处于国际领先水平。