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北斗副总设计师谢军揭秘卫星服务稳定背后的“细致工作”

原标题:北斗副总设计师谢军揭秘卫星服务稳定背后的“细致工作”

  8月3日,国新办举行北斗三号全球卫星导航系统建成开通新闻发布会。北斗系统工程副总设计师、北斗三号工程卫星系统总师谢军表示,为确保卫星系统长期、连续稳定的可靠服务,在研制和入轨后,科学家做了大量细致有效的工作

  谢军表示,北斗系统是一个高风险、复杂的系统,技术上的特点是混合星座,有约36000公里高度的GEO、IGSO卫星,有约21000公里高度的MEO卫星,卫星指标要求高、空间环境复杂,同时工作寿命也是大于10年和12年,作为卫星产品,它的质量具有在轨很难维护、很难修复、很难更换的特点,所以研制和入轨后,科学家做了大量细致有效的工作。

  首先,在卫星系统方案的设计上,我国选用的都是成熟的技术方案。对于一些新的技术,北斗创新的技术体制和产品,我国开展了充分的地面试验验证,保证这些风险是可控的。同时,客观上作为卫星产品不可能不出一点问题,因此考虑有了冗余、备份的设计。某一台单机同一功能出现问题有另一台单机替代,比如时频系统,保证无缝切换,保证系统可靠稳定工作。设计阶段单机选用上,首先立下了这样的规矩,同时认真贯彻。

  在生产研制的过程中,针对北斗的高密度发射,我国三年完成了30颗星的发射、组批生产这样一些特殊要求,避免由于进度带来质量问题,也是有严格的质量管理规定。

  首先,产品技术状态上一定是按照严格的充分论证,更改要经过层层审批、试验验证。另外,对于非常基础的、源头的元器件、原材料固有的影响产品质量的这些环节加严控制,有专门机构负责元器件、原材料的筛选,出现有疑点问题整批都不用。这是研制生产阶段的第一步。

  第二步,对所有要上天的产品与其他产品一样都有相应完整的力学和热真空实验。北斗还有一个特殊的地方,面对组批生产、高密度,专门对关键单机安排可靠性专项实验。某一个产品在轨工作的温度可能是正负10度范围,对同类产品同样设计生产状态要进行加严20度、25度实验,某一个产品的工作是40度的工作范围,平时可能要做到60度,而且是全寿命周期来做。可靠性专项工程在北斗整个研制过程中对保证上天产品的质量作出了非常扎实的贡献。“有一些疑点问题我们就是通过这个来解决的。”

  第三步,还是加严了产品验收。验收过程中做好产品的数据比对,第一批产品建立一个基线,第二批、第三批、第十批的产品和基线数据比对,有数据成功包络线,通过这样一些措施把上天前的产品,不带问题出场、不带疑点上天。

  “卫星发射入轨以后,工程研制队伍并非不做任何工作。管理上,北斗系统相对其他航天系统,专门设置组建了由卫星设计方为主的在轨支持系统,由有经验的卫星设计师对在轨产品以及卫星工作状态通过卫星下传的工作参数以及工作状态的信号连续地判读,比如原子钟的数据我国有连续累计进行趋势分析,导航信号完好性也是这样做。工程上,定期进行评估。通过评估可以发现一些变化规律,对于这些规律,我们相应的在地面研究相应对策。在入轨之后,还充分地利用大数据技术,能够很好地对卫星产品的工作状态,比如工作温度、工作电流,进行调控。有专门的风险与控制保障链,相应的文件已经进入2.0版本。”

  通过这样一些管理,研制过程加严,上天以后不放松监测,整个系统的理念要“先于故障发现问题、先于问题发现苗头、先于苗头解决问题”,“先于苗头解决问题”,就是一定要让用户不能体验到一流的北斗对他的使用造成影响。“北斗系统这次开通在服务功能和性能指标上有实实在在的承诺,相信通过前期的工作和后续在轨的措施,北斗系统一定能够为全世界范围内的用户提供连续、稳定、可靠的一流服务。”谢军表示。

  北斗三号工程运控系统总设计师陈金平进一步解释了北斗三号系统的保障系统运行稳定方面的情况。陈金平指出,北斗三号系统有30颗在轨卫星、几十个地面站,星与星要组网、星与地要组网、地与地要组网,组网关系极其复杂,对于系统的稳定运行、确保服务连续不中断,也是极其复杂的问题。为此北斗三号工程运控系统做了大量工作。

  一方面建立了充分的故障处置预案。北斗三号系统从2018年底开始向全球提供基本服务,至今已有一年半的时间。这次全面开通的各类特色服务,在5月份就开始试运行,至今已有两个多月时间。这个过程中北斗系统还做到了服务连续不中断。“这并不是说我们系统里没有出现过故障问题。”陈金平解释道,每一次故障出现,运维人员在及时进行处置归零的同时,也强化落实举一反三,建立积累故障处置预案库。前期集成测试中,专题设计了许多故障测试场景,同时作为故障预案放在库当中。“有了这样一些预案的积累基础,再加上有北斗一号、北斗二号20年的长期运行管理经验,现在对北斗三号的各种故障问题,我们运维人员是越来越从容了。”

  其次建立了充分的运维保障手段。在北斗三号系统设计当中,就为稳定运行工作作了充分考虑,同步安排了相应运行保障系统建设。比如大数据分析系统,可以把星地各类运行状态数据进行关联分析,进行挖掘分析,从而为系统的稳定运行和故障预测提供支撑。另外,引进了很多外部监测数据,及时反馈,诊断系统服务性能状态。同时,建立了干扰检测系统、训练保障系统。“这些系统在过去都是没有的。这次随着整个系统的开通,我们一并投入使用,一定能为系统的稳定运行起到比较好的保驾护航作用。”

  第三,建立了完善的运行管理机制。北斗系统长期坚持的“多方联保机制”,地面系统常设运维单位与卫星系统其他各类设备研制单位建立协调机制,共同进行管理维护系统。另外,还有状态会商机制、常态巡检维护机制,这些机制可以把运维人员与系统的运行有机地结合成一个整体。

(文章来源:21世纪经济报道)

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